论文部分内容阅读
鉴于其优良的强韧性和焊接性,低合金高强钢被广泛地应用于现代工业制造的多个领域。KMN钢是由意大利进口的一种用于制造大型风机叶轮的低合金高强钢,碳当量较高,具有一定的冷裂倾向。KMN钢焊接叶轮在服役过程中,焊接热影响区易产生微裂纹,影响风机整体性能和安全性。为优化焊接工艺,本文研究了焊接热输入及焊后热处理温度对KMN钢钨极氩弧焊接头热影响区组织性能的影响。同时,采用“热处理-超声振动冲击法”和搅拌摩擦方法进行了微裂纹修复初步试验。研究结果表明,KMN钢钨极氩弧焊接热影响区的微观组织与性能随焊接热输入的变化而变化。当焊接热输入为0.25kJ/mm热影响区中生成一定数量的板条马氏体,使得该区显微硬度高达460HV,冲击韧性为115J/cm2,优于KMN钢母材。随焊接热输入的增加,马氏体所占比例下降,热影响区硬度随之降低,同时热影响区的冲击韧性也逐步提高。当焊接热输入高于0.46kJ/mm时,马氏体基本消失,硬度趋于稳定,约为425HV。当焊接热输入为0.67kJ/mm时,热影响区中可以观察到下贝氏体与针状铁素体,冲击韧性达到最佳,为182.5J/cm2。焊接热输入为0.77kJ/mm时,热影响区中上贝氏体的出现与晶粒粗化导致冲击韧性下降。对KMN钢钨极氩弧焊接头进行了550℃C-700℃C保温1小时回火热处理。结果表明,随回火温度升高,热影响区组织逐渐转变为回火索氏体,硬度逐渐降低。在610℃C以下进行回火时,热影响区硬度下降缓慢,呈现出一定的回火抗力。在550℃C、580℃C回火后,热影响区的冲击韧性下降。XRD测试结果显示,残余奥氏体含量变化与韧性变化一致,是造成冲击韧性恶化的主要原因。继续提高回火温度,合金元素析出产生弥散强化效果,同时碳化物聚集、粗化,冲击韧性得到改善。对KMN钢裂纹,采用“热处理-超声振动冲击法”进行了初步修复试验。对含裂纹试样在800℃C与1000℃C加热时,裂纹内部均生成含Fe氧化物,且与基体之间不能产生冶金结合。在1000℃C下加热时,裂纹区域出现脱碳现象,裂纹处的基体生成白色块状铁素体,裂纹区域发生部分熔化。采用搅拌摩擦技术修复铝合金裂纹时发现,搅拌摩擦处理适用于表层缺陷的修复,而搅拌摩擦焊则可用于修复较深的内部缺陷。同时搅拌摩擦技术能够细化修复区组织,提高修复性能。若能增强搅拌头性能,搅拌摩擦技术有望能够修复钢材料微裂纹。