孿晶誘發(fā)塑性(TWIP)鋼激光焊接接頭的組織與性能研究.pdf

1、孿晶誘發(fā)塑性(TWIP)鋼因具有極好的強塑性組合性能而得到材料研究學(xué)界的普遍關(guān)注。近十幾年的研究表明，TWIP鋼尤其在汽車行業(yè)作為結(jié)構(gòu)材料具有廣泛的應(yīng)用前景，但其廣泛的應(yīng)用離不開先進的焊接技術(shù)。激光焊接因其能量密度高、變形小、綠色加工等優(yōu)勢成為21世紀先進的焊接技術(shù)之一。因而研究TWIP鋼焊接接頭的微觀組織及力學(xué)行為具有重要的應(yīng)用價值。迄今為止，關(guān)于TWIP鋼焊接接頭的研究相對于材料本身還很鮮見。本文對比TWIP鋼激光焊接和TIG焊接接

2、頭的組織和力學(xué)性能，研究了TWIP鋼激光焊接接頭在拉伸載荷、疲勞載荷、沖擊載荷以及應(yīng)力腐蝕環(huán)境下的組織演變和性能變化。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　對TWIP鋼分別采用TIG焊和激光焊接方法，分析接頭的組織和力學(xué)性能，結(jié)果表明:TWIP鋼激光焊縫的晶粒細小，未形成焊接粗晶區(qū)，TIG焊焊縫區(qū)由粗大柱狀晶組成，形成了明顯的焊接熱影響區(qū)。由于激光焊接過程的氣化導(dǎo)致焊縫中Mn含量有所下降，但兩焊縫經(jīng)XRD檢測，均為單一奧氏體相。拉伸試驗表

3、明激光焊件的斷裂發(fā)生在母材，TIG焊焊件沿熔合線開裂;和母材相比，兩種焊件的抗拉強度和伸長率均降低，但激光焊件的強度和韌性均明顯優(yōu)于TIG焊件;母材和接頭的斷裂均為微孔聯(lián)合型韌性斷裂。
　　研究了應(yīng)變速率對TWIP鋼激光焊接接頭的力學(xué)性能以及變形和斷裂行為的影響。結(jié)果表明TWIP鋼母材及激光焊接試件都具有較低的屈服強度、較高的抗拉強度和較好的伸長率;隨著應(yīng)變速率的提高，母材及激光焊件的屈服強度顯著提高，抗拉強度變化不明顯，伸長率則

4、呈下降趨勢;在所有的應(yīng)變速率下，母材和焊縫中均觀察到形變孿晶;焊縫中形變孿晶的數(shù)量少于母材，橫向焊件中形變孿晶在焊縫凝固晶界附近區(qū)域的密度最大;縱向焊件最后斷裂發(fā)生在焊縫處，斷裂時焊縫同時承受正應(yīng)力和剪切應(yīng)力作用。
　　測試了TWIP鋼母材和激光焊件在-196℃到室溫下的沖擊性能，分析了在沖擊載荷下，母材和接頭的變形和斷裂行為。結(jié)果表明在所有測試溫度下，母材沖擊變形時均發(fā)生TWIP效應(yīng)，表現(xiàn)出良好的沖擊韌性;沖擊斷口由火山口狀大韌

5、窩及分布在大韌窩撕裂棱上的小韌窩組成;母材的沖擊吸收功、變形過程中的形變孿晶數(shù)量和斷口形貌隨沖擊溫度變化均不明顯。激光接頭的沖擊裂紋由焊縫擴展至母材，焊縫區(qū)沖擊斷口形貌為尺寸較小的細密韌窩，隨著沖擊溫度的下降，韌窩深度變淺;TWIP鋼激光焊件在-117℃到室溫下的沖擊韌性良好;在-196℃沖擊溫度下，焊縫區(qū)斷口出現(xiàn)由(Fe，Mn)3C脆性相引起的沿晶斷裂形貌，導(dǎo)致該溫度下接頭的沖擊韌性遠低于母材和其他溫度的接頭。
　　對TWIP鋼

6、母材和激光焊件的疲勞性能以及疲勞裂紋的萌生和擴展特征進行了試驗研究。結(jié)果表明TWIP鋼母材的疲勞強度為252 MPa，激光焊件的疲勞強度為211 MPa，是母材的83.7％;疲勞裂紋擴展速率試驗中，TWIP鋼和焊件的da/dN-△K曲線均有良好的線性關(guān)系，焊件的疲勞裂紋擴展速率低于母材。TWIP鋼母材和接頭的疲勞裂紋分別起裂于試件近表面的面狀缺陷和焊趾位置的點狀缺陷。母材及其接頭變形過程中并未觀察到形變孿晶，疲勞裂紋穿晶擴展;由于過渡區(qū)

7、較小的彈性模量和硬度，接頭裂紋由焊縫區(qū)開始向過渡區(qū)偏折擴展，沿過渡區(qū)擴展斷裂。
　　TWIP鋼及其激光焊件在3.5 wt.％ NaCl和pH=5.5 H2SO4溶液中的應(yīng)力腐蝕結(jié)果表明，母材和焊件對NaCl溶液的應(yīng)力腐蝕敏感性大于H2SO4溶液。TWIP鋼在兩種腐蝕液中均為陽極溶解型腐蝕，但腐蝕過程不同:TWIP鋼NaCl溶液中表面首先發(fā)生嚴重的點蝕繼而發(fā)生陽極溶解;在H2SO4溶液中材料表面首先發(fā)生全面腐蝕，應(yīng)力導(dǎo)致材料表面的微