超高強鋼電子束焊接接頭微觀組織特征與力學性能研究.pdf

1、超高強鋼電子束焊接接頭微觀組織超高強鋼電子束焊接接頭微觀組織特征特征與力學性能研究力學性能研究Studyonthemicrostructurepropertiesofelectronbeamweldedjointsfultrahighstrengthsteel領域:材料工程作者姓名:謝永輝指導教師:楊新岐教授企業(yè)導師:李晉煒高級工程師天津大學材料科學與工程學院二零一四年十二月摘要摘要30CrMnSiNi2A鋼是一種低合金中碳馬氏體超高強

2、度鋼，因具有良好綜合性能，廣泛應用在機翼大梁、連接螺栓、起落架、平尾大軸等承受高應力且對塑性要求不高的重要部位。由于技術專有性和保密等原因，30CrMnSiNi2A鋼電子束焊接技術對外公布可查數(shù)據(jù)較少，缺乏對其焊接工藝、熱處理制度和力學性能等相互影響作用的系統(tǒng)研究，尤其缺乏對疲勞性能的相關研究；另外航空領域某承力部件在實際應用中迫切詳細試驗數(shù)據(jù)的積累和支持。因此，本文研究結果具有重要理論意義與工程應用價值。本文針對工程應用中30CrMn

3、SiNi2A鋼母材，首先采用正交試驗和控制變量試驗開展焊接工藝參數(shù)研究和五種焊后熱處理制度研究，隨后詳細分析了焊接工藝參數(shù)和熱處理制度對電子束焊接接頭宏觀形貌、微觀組織、焊接缺陷、硬度分布、抗拉強度及室溫沖擊韌性的影響，最后對熱處理后母材和焊接接頭進行高周疲勞試驗，探討疲勞SN曲線與疲勞極限的變化規(guī)律。由于工程應用中必須對電子束焊接接頭進行焊后熱處理工藝，本文針對14mm厚度試板探討了三種焊接工藝參數(shù)和二種焊后熱處理制度的影響。試驗表明

4、：影響熔深、熔寬和深寬比的最大因素分別為加速電壓聚焦電流、焊接速度和焊接束流；在焊接工藝參數(shù)和熱處理制度優(yōu)化后，焊態(tài)接頭橫向組織呈現(xiàn)漸進式梯度變化，熱處理態(tài)組織相差不大，主要為回火馬氏體；焊接缺陷由母材原始組織缺陷引起，工程應用中需嚴格把控母材質量。顯微硬度、拉伸和沖擊韌性試驗表明：三種焊接工藝參數(shù)和二種淬火溫度的影響較??；焊態(tài)下接頭硬度高波動大，熱處理后接頭數(shù)據(jù)低波動小，淬火高溫回火處理后接頭硬度數(shù)據(jù)偏低，其余適中。淬火＋回火試樣中，

5、隨著回火溫度升高，抗拉強度和屈服應力逐漸降低，延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性逐漸增加。熱處理態(tài)母材和焊接接頭疲勞極限分別為852MPa和834MPa，對應中值疲勞SN曲線分別為7.011028=N(S)7.8268和2.571029=N(S)8.0289。對于熱處理態(tài)焊接接頭疲勞試樣，低應力水平時在焊縫處斷裂，高應力水平時在母材斷裂。局部存在的微缺陷是影響疲勞性能的主要因素。關鍵詞：關鍵詞：30CrMnSiNi2A鋼；電子束焊接；焊后熱處