不同金屬材料的組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、980MPa低碳貝氏體高強鋼具有高的抗拉強度、高韌性和高的裂紋擴展阻力，是理想的低溫結(jié)構(gòu)材料。對于這種高強鋼，傳統(tǒng)的焊縫金屬已不能滿足焊接接頭韌性的要求，焊縫金屬成為焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。新型的貝氏體焊接材料可形成具有高強度高韌性的貝氏體組織的焊縫。因此，本文主要針對母材及焊縫金屬組織的沖擊韌性展開研究。
　　 本研究中的材料為980MPa高強鋼焊接接頭的母材BM及六種不同工藝的焊縫金屬DM4-1、DM4-5、M100、T100、

2、T5-20、T5-21。在韌性斷裂和解理斷裂物理模型的理論基礎(chǔ)之上，采用圓棒拉伸實驗和缺口沖擊試驗對材料的宏觀力學(xué)性能進行評價，采用SEM、EDX、XRD、TEM、EBSD等手段對材料的組織進行表征，進而得到組織與缺口韌性的關(guān)系。
　　 研究結(jié)果表明:由于熔池在凝固時存在較小的成分過冷，焊縫的一次組織為胞狀晶和胞狀樹枝晶，兩側(cè)焊道存在明顯的層狀偏析，中心焊道由于受兩側(cè)焊道熱處理和部分重熔的作用，層狀偏析減輕。層狀偏析區(qū)的胞狀晶比

3、中心焊縫區(qū)的胞狀晶尺寸小。通過能譜分析表明，焊縫T100一次組織中胞狀枝晶的晶界處存在明顯的成分偏析，其Si、Ni、Mn含量明顯高于胞狀枝晶內(nèi)部。DM4-1和DM4-5中Ni和Mn含量少，在凝固時成分過冷較小，因而形成胞狀晶，M100、T100、T5-20和T5-21中的Ni和Mn含量高，成分過冷較大，易形成胞狀樹枝晶。通過對母材顯微組織及焊縫的二次組織分析表明，母材BM顯微組織為板條貝氏體組織，有少量的塊狀鐵素體分布其間，奧氏體晶界不

4、可見。焊縫DM4-1顯微組織為針狀鐵素體和板條貝氏體的混合組織，奧氏體晶界清晰可見，M100、T100和T5-21顯微組織為貝氏體組織，奧氏體晶界不可見。母材及焊縫缺口根部組織中貝氏體層團尺寸的大小關(guān)系是:DM100＞DT100＞DDM4-1＞DT5-21＞D母材BM。母材及焊縫的硬度大小關(guān)系為:HDM4-1＜H母材BM＜HT100＜HM100。X射線衍射分析表明:母材BM、焊縫DM4-1、DM4-5、M100、T100、T5-21、T

5、5-20的焊縫組織中的相主要為貝氏體或鐵素體相。TEM電子顯微分析表明，母材中的板條狀組織為貝氏體相。通過SEM觀察和統(tǒng)計，母材及焊縫缺口側(cè)面裂紋尺寸（臨界事件）a的大小關(guān)系是:aM100＞aT100＞aDM4-1＞aT5-21＞a母村BM。母材、T5-21、M100、DM4-1層團尺寸D的關(guān)系為:D母材BM＜DT5-21＜DM100＜DDM4-1。EBSD分析表明，針狀鐵素體之間為大角度晶界，貝氏體板條之間為小角度晶界，貝氏體團界為大

6、角度晶界。
　　 通過韌性斷裂和解理斷裂的物理模型可得到以下結(jié)論:母材及焊縫金屬室溫缺口沖擊韌性與韌窩的形態(tài)有關(guān)，焊縫T100淺而密集的枝晶形態(tài)的韌窩導(dǎo)致低的沖擊韌性，焊縫M100韌窩斷裂和解理斷裂的混合斷裂形態(tài)導(dǎo)致低韌性，母材BM和T5-20韌窩為二次孔洞融合形成的，因而韌性較高。焊縫金屬在發(fā)生解理斷裂時，大角度晶界可在解理斷面上形成較粗的撕裂脊，大角度晶界對裂紋的擴展有一定的阻礙作用。然而大角度晶界密度的大小與沖擊韌性的高低

7、沒有直接的關(guān)系，大角度晶界不是造成沖擊韌性差異的原因。根據(jù)解理斷裂的物理模型，母材及焊縫金屬的低溫缺口沖擊韌性由解理斷裂的臨界事件決定。針狀鐵素體和貝氏體混合組織解理斷裂的臨界事件是奧氏體晶粒，板條貝氏體組織解理斷裂的臨界事件是貝氏體團。臨界事件的尺寸不同決定了韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差異，臨界事件尺寸越小，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，韌脆轉(zhuǎn)變溫度的大小關(guān)系為Tk(母材BM,T5-20,T5-21)＜Tk(T100)＜Tk(DM4-1)＜Tk(M100)。

8、
　　 通過對含B2相TiA1金屬間化合物斷裂行為研究表明:在較低應(yīng)力下，B2相對裂紋有阻礙作用，停在B2處或繞過B2相擴展，起到韌化的作用。解理斷裂的臨界事件是沿層裂紋的擴展。由于主裂紋尖端附近的區(qū)域具有較高的應(yīng)力，B2相與基體相變形程度不同導(dǎo)致新裂紋在B2相與基體之間起裂。圓弧試樣原位拉伸斷裂時，裂紋經(jīng)過沿層開裂—沿層裂紋擴展—穿層斷裂的過程。裂紋的擴展路徑與層片取向有關(guān)，層片的取向決定了裂紋的擴展路徑。直缺口試樣原位拉伸斷