不同熱處理制度下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊接頭的組織與性能

袁 鴻，王金雪，余 槐，張國棟

（北京航空材料研究院，北京100095）

不同熱處理制度下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊接頭的組織與性能

袁 鴻，王金雪，余 槐，張國棟

（北京航空材料研究院，北京100095）

針對(duì)1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼開展閃光對(duì)焊試驗(yàn)，研究不同焊后熱處理制度對(duì)其焊接接頭組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：采用閃光對(duì)焊方法焊接1Cr11Ni2W2MoV，能夠獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。1Cr11Ni2W2MoV閃光焊焊態(tài)下焊縫組織為馬氏體和少量的δ鐵素體組織，焊接接頭具有較好的拉伸性能，但塑性和韌性較差。經(jīng)過淬火+回火熱處理后組織表現(xiàn)為回火索氏體組織，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性等性能均得到改善。在1000℃油淬+570℃回火狀態(tài)下，焊接接頭具有良好的綜合力學(xué)性能。

閃光對(duì)焊；1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼；熱處理；組織與性能

0 前言

閃光對(duì)焊是一種固相連接方法，熱效率高、焊接質(zhì)量好、可焊金屬和合金的范圍廣，除少數(shù)熱脆性合金外，幾乎所有可鍛壓的金屬以及異種合金接頭均可焊接；既能焊接緊湊截面，又能焊接如型鋼、板材等展開截面的焊件。因此，閃光焊是一種經(jīng)濟(jì)、高效的特種焊接方法。以環(huán)形件為例，傳統(tǒng)的環(huán)件生產(chǎn)工藝材料利用率很低，僅3%～8%，而采用閃光焊工藝可直接采用型材成型，節(jié)約原材料20%～40%，明顯降低生產(chǎn)成本[1-2]。

1Cr11Ni2W2MoV為馬氏體型熱強(qiáng)不銹鋼，室溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度較高、韌性和抗氧化性能良好，適用于制造低于550℃的潮濕條件下工作的承力件[3]。以1Cr11Ni2W2MoV為對(duì)象，開展閃光對(duì)焊試驗(yàn)，分析不同熱處理狀態(tài)下焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能研究不同熱處理制度對(duì)接頭組織和性能的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼化學(xué)成分如表1所示，經(jīng)機(jī)械加工成25 mm×55 mm×220 mm的焊接試塊。

1.2 試驗(yàn)方法

將加工好的試塊進(jìn)行清理后在T9型液壓式閃光焊機(jī)上開展閃光對(duì)焊試驗(yàn)，閃光焊機(jī)功率1000kW，焊接試塊截面積25 mm×55 mm。焊接完成后，對(duì)焊接接頭進(jìn)行不同的焊后熱處理，熱處理制度分別為：①焊后不進(jìn)行熱處理（焊態(tài)）；②1 000℃油淬+570℃回火；③1 000℃油淬+680℃回火。

表1 1Cr11Ni2W2MoV化學(xué)成分 %

將不同熱處理狀態(tài)下的焊接接頭加工成金相、標(biāo)準(zhǔn)拉伸及沖擊等試樣。采用LEICADMI3000光學(xué)顯微鏡分析接頭金相組織，并采用INSTRON5887拉伸試驗(yàn)機(jī)和SANS ZBC-2302沖擊試驗(yàn)機(jī)測試其室溫拉伸和沖擊性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 接頭宏觀形貌

圖1a為1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼閃光對(duì)焊的焊接接頭。閃光對(duì)焊的焊接接頭經(jīng)機(jī)械加工去除焊接過程中被排擠到焊縫外部的金屬及氧化物毛刺，再對(duì)焊接接頭進(jìn)行X射線檢測，未發(fā)現(xiàn)焊縫中有缺陷存在。

將焊接接頭沿高度方向取橫截面，經(jīng)化學(xué)腐蝕后觀察其宏觀形貌。結(jié)果顯示，通過合理選擇預(yù)熱、閃光、頂鍛、休止幾個(gè)階段的焊接工藝參數(shù)，在閃光焊過程中，焊縫對(duì)口金屬受熱熔化后在頂鍛力的作用下完全被排擠到焊縫對(duì)口以外，最終形成了結(jié)合緊密且呈平行的窄條狀焊縫，圖1b所示為閃光對(duì)焊接頭橫截面的宏觀形貌照片。

2.2 焊縫顯微組織

不同熱處理狀態(tài)下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊焊縫區(qū)的顯微組織如圖2所示。由于閃光對(duì)焊屬于固相連接，閃光對(duì)焊過程中受熱熔化的金屬在頂鍛力作用下全部被排擠到焊縫以外，因此焊縫中并無因金屬熔化而形成的鑄造組織，這也正是閃光對(duì)焊與傳統(tǒng)熔化焊的區(qū)別所在。圖2a為1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊焊態(tài)下，焊縫的顯微組織受到焊接熱循環(huán)的影響，其顯微組織與淬火狀態(tài)下的組織相似，表現(xiàn)為馬氏體和少量的δ鐵素體組織。圖2b為1000℃油淬+570℃回火狀態(tài)下的焊縫顯微組織，1Cr11Ni2W2MoV在經(jīng)過1 000℃油淬后的組織主要為板條狀馬氏體和少量δ鐵素體，再經(jīng)570℃回火后，原來馬氏體的板條狀特征消失，同時(shí)伴隨著彌散狀的碳化物（主要表現(xiàn)為M2X和M23C6型碳化物）顆粒析出，均勻地分布在等軸狀鐵素體基體上，即主要為回火索氏體組織。圖2c為1 000℃油淬+680℃回火狀態(tài)下焊縫的顯微組織，其組織仍表現(xiàn)為回火索氏體組織，只是隨著淬火后的回火溫度升高到680℃，碳化物顆粒有聚集長大現(xiàn)象[3-5]。

圖1 1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊焊接接頭及橫截面形貌

2.3 室溫拉伸及沖擊性能

圖2 不同熱處理狀態(tài)下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊焊縫區(qū)顯微組織

對(duì)不同熱處理狀態(tài)下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊的焊接接頭進(jìn)行室溫拉伸和沖擊試驗(yàn)。拉伸性能測試結(jié)果如表2所示。焊態(tài)下的焊接接頭具有較高的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到920 MPa，但塑性較低，延伸率和斷面收縮率分別為12.1%和59.0%，焊接接頭經(jīng)過1 000℃油淬+570℃回火熱處理后，仍然保持較高抗拉強(qiáng)度，達(dá)到923 MPa，同時(shí)塑性也提高，延伸率和斷面收縮率分別為17.1%和61.7%；當(dāng)焊接接頭經(jīng)過1000℃油淬后進(jìn)行680℃回火熱處理時(shí)，與1000℃油淬+570℃回火熱處理相比，抗拉強(qiáng)度和塑性均降低，抗拉強(qiáng)度為851 MPa，延伸率和斷面收縮率分別為15.3%和64.0%。不同熱處理狀態(tài)下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊接頭的室溫沖擊性能如表3所示。焊態(tài)下焊接接頭的沖擊韌性較差，僅有37.6 J/cm2，焊接接頭分別經(jīng)1000℃油淬+570℃回火熱處理和1 000℃油淬+680℃回火熱處理后，沖擊韌性均大大提高分別達(dá)到109.7 J/cm2和108.4 J/cm2。

表2 1Cr11Ni2W2MoV閃光焊焊接接頭室溫拉伸性能

表3 1Cr11Ni2W2MoV閃光焊焊接接頭室溫沖擊性能

由此可見，焊后經(jīng)過淬火+回火熱處理能夠有效改善焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性等性能在1 000℃油淬+570℃回火狀態(tài)下，焊接接頭的強(qiáng)度、塑性和韌性匹配較好，綜合力學(xué)性能良好。

3 結(jié)論

（1）采用閃光對(duì)焊方法焊接1Cr11Ni2W2MoV能夠獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。

（2）1Cr11Ni2W2MoV閃光焊焊態(tài)下焊縫組織為馬氏體和少量的δ鐵素體組織，焊接接頭具有較好的拉伸性能，但塑性和韌性較差。經(jīng)過淬火+回火熱處理后組織表現(xiàn)為回火索氏體組織，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性等性能均得到改善。

（3）在1 000℃油淬+570℃回火狀態(tài)下，焊接接頭具有良好的綜合力學(xué)性能。

[1]王金雪，袁鴻，余槐，等.TC18鈦合金閃光焊接頭的組織與性能[J].航天制造技術(shù)，2013（3）：22-24.

[2]馮秋元，李廷舉，丁志敏，等.閃光對(duì)焊技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].材料科學(xué)與工藝，2008，16（1）：49～53.

[3]中國航空材料手冊(cè)編輯委員會(huì).中國航空材料手冊(cè)（第一卷）—結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001：474-482.

[4]王金雪，袁鴻，張國棟，等.1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊接頭的組織與性能[J].焊接，2015（4）：58-60.

[5]李雪峰，王春芬，王嘉敏.回火馬氏體與回火索氏體辨析[J]熱處理，2012，27（4）：12-16.

Microstructure and mechanical properties of flash butt welded joints of 1Cr11Ni2W2MoV stainless steel after different heat treatment

YUAN Hong，WANG Jinxue，YU Huai，ZHANG Guodong
（Beijing Institution of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China）

Flash butt welding experiments of 1Cr11Ni2W2MoV stainless steel are carried out,and then the microstructure and properties o theweldedjointswithdifferentpostweldheattreatmentsarestudied.Theresultsshowthatflashbuttweldingissuitablefor1Cr11Ni2W2MoV and can gain the high quality welded joints.The microstructures of flash butt welds of 1Cr11Ni2W2MoV are martensite and a small quantit of δ-ferrite，and the welded joints have better tensile property and worse plasticity and impact toughness.After quenching and temper hea treatment，the microstructure is tempered sorbite,and the tensile strength，plasticity and impact toughness of the welded joints are improved.In the condition of quenching at 1 000℃and temper at 570℃，the welded joints have excellent integrated mechanical properties.

flash butt welding；1Cr11Ni2W2MoV stainless steel；heat treatment；microstructure and mechanical properties

TG457.11

A

1001-2303（2017）06-0052-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.06.11

2016-03-14；

2017-06-07

袁 鴻（1971—），湖北荊州人，高級(jí)工程師，主要從事航空材料焊接性及復(fù)雜構(gòu)件電子束焊接制造技術(shù)研究。E-mail：beamwelding@aliyun.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：袁鴻，王金雪，余槐，等.不同熱處理制度下1Cr11Ni2W2MoV閃光對(duì)焊接頭的組織與性能[J].電焊機(jī)，2017，47（06）52-54.