3 種焊接工藝對馬氏體時效鋼性能的影響

馬氏體時效鋼由于其屈服強(qiáng)度大于1400MPa，是一種超高強(qiáng)度鋼，且具有良好的韌性、抗疲勞性，主要應(yīng)用于航空、航天以及汽車工業(yè)。但由于對這種鋼的焊接工藝研究較少，因此研究了焊接這種鋼的可行性。比較了傳統(tǒng)焊接工藝（鎢惰性氣體焊接TIG和等離子體電弧焊PAW）和激光焊接（LBW）工藝。馬氏體時效鋼采用真空電弧重熔工藝（VAR）生產(chǎn)，并進(jìn)行熱軋和退火處理，其尺寸為1000mm×3200mm×3.3mm。

在馬氏體時效鋼焊接完成后，確認(rèn)3個不同的焊接區(qū)域：熔融區(qū)（FZ）、熱影響區(qū)（HAZ）和基材區(qū)（BM-未受熱影響）。在FZ，熔融和隨后冷卻的焊接區(qū)域形成馬氏體和樹枝狀結(jié)構(gòu)。馬氏體時效鋼的硬度約為380HV，而在FZ其硬度略低，約為350HV。但馬氏體時效鋼老化后，其在FZ的硬度值明顯增加，在PAW工藝中硬度約為545HV，在TIG工藝中硬度約為520HV，在LBW工藝中其硬度約為580HV，這主要是因為其在該區(qū)域加熱和破裂下會引起晶粒生長。

通過光學(xué)和掃描電子顯微鏡觀察焊接結(jié)構(gòu)的顯微特征，并通過進(jìn)行拉伸和硬度測試來評價焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。測試結(jié)果表明：①3種焊接工藝都能夠焊接馬氏體時效鋼，但需要在焊接工藝結(jié)束后對其進(jìn)行老化處理；②由于焊接工藝感應(yīng)率損失約20%，結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度低于5%，而拉伸強(qiáng)度值的降低可能與焊接過程中熔融區(qū)奧氏體的形成有關(guān)；③斷裂通常在FZ和HAZ的界面開始，擴(kuò)展到鋼的較低硬度區(qū)域；④TIG和PAW的FZ和HAZ是LBW的FZ和HAZ的10倍，但不影響馬氏體時效鋼的力學(xué)性能。

刊名：Procedia Engineering（英）

刊期：2015年第114期

作者：Sakai P.R et al

編譯：趙喚