材料状态对1Cr13Ni马氏体不锈钢钎焊变形的影响开题报告.docx

毕业设计（论文）开题报告题 目 材料状态对1cr13ni马氏体不锈钢 钎焊变形的影响专 业 名 称 焊接技术与工程班 级 学 号学 生 姓 名指 导 教 师 填 表 日 期 年 4 月 7 日 目 录1选题的依据及意义：12国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：12.1 1cr13ni马氏体不锈钢的特点12.2 1cr13ni马氏体不锈钢的焊接现状12.3 金属构件的机械加工和残余应力13研究内容及实验方案：13.1研究内容13.2实验方案13.2.1 实验材料13.2.2 实验设备13.2.3 实验方法14研究目标、主要特色及工作进度14.1 研究目标14.2 主要特色14.3工作进度15参考文献11选题的依据及意义：1cr13ni马氏体不锈钢具有淬透性好，抗腐蚀性好，良好的机械性能，并且价格便宜，因而此类钢广泛运用于现代工业和现代制造业中。1cr13ni马氏体不锈钢钎焊变形行为严重影响材料工件精度，影响钢结构的外观和使用性能，甚至导致整个钢结构失效，给企业造成巨大的损失。因此，对1cr13ni马氏体不锈钢钎焊变形原因进行研究，控制焊接变形量，对于改善焊接件性能和提高企业生产效率具有重要意义，本文着重研究材料应力状态对1cr13ni马氏体不锈钢钎焊变形的影响。2国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：2.1 1cr13ni马氏体不锈钢的特点由于1cr13不锈钢的塑性和韧性都差，冷却时易在焊缝上和热影响产生裂纹, 因此需要缓慢地冷却焊缝和热影响区及过热区。在焊接热循环的作用下，热影响区晶粒急剧胀大，从而使焊缝变脆, 即使选用的焊接材料与母材匹配的情况下，焊缝金属也会产生脆化问题，要选用的焊接材料以含cr 、ni 要高些为宜。2.2 1cr13ni马氏体不锈钢的焊接现状 随现代工业和科学技术的迅速发展，在对不锈钢数量需求日益增加的同时, 也对其使用性能提出了更高要求。1cr13ni马氏体不锈钢在温度30以下时的弱腐蚀介质中,即在大气、蒸气、淡水中,具有良好的耐腐蚀性能,且价格便宜,因而该类不锈钢在机械制造中得到广泛应用。1cr13ni不锈钢的焊接工艺性能较差,其主要是淬硬倾向大和过热倾向大，金属组织的塑性和韧性也有差别，冷却时容易在焊缝和不完全熔化区、过热区产生裂纹，并在热影响区产生粗大的马氏体组织1。2004 年，水利部水工金属结构质量检验测试中心的马明朗等人对1cr13ni马氏体不锈钢焊接进行简要的阐述，对于 1cr13ni的焊接材料选择 g202、g207 时需要进行高温预热和焊后进行700750高温回火，当选择奥氏体焊条如 a102、a102、a202、a207 是焊后不要求进行热处理，但热影响区有可能产生一些淬硬层。在焊接工艺方面，建议采用较大的焊接电流，焊后缓冷。为了防止焊接中合金元素的烧损，提高焊缝的综合性能，采用低电压短弧操作，并且在整个焊接过程中保持弧长一定，收弧时应把弧坑填满。在多层焊时，必须对每道焊缝进行严格的清渣，要保证焊透。厚件采用钨极氩弧焊打底，待冷却后再焊接下一层。应尽量减少焊接层数，以免重复对焊接熔池的加热，使热影响区扩大，降低焊缝的综合机械性能及耐蚀性。为了获得具有足够韧性的细晶粒组织，应在焊缝冷却到120150时，保温2h，使奥氏体的主要部分转变成马氏体，再进行高温回火2。1cr13ni不锈钢的焊接，目前多采用焊条电弧焊。焊接时宜选用较小的焊接电流和尽快的焊接速度以及窄焊道、分段跳跃焊， 防止因应力集中产生裂纹。文献3 规定，为了防止1cr13ni 马氏体钢焊接时产生裂纹，焊前需经200 400的预热, 焊后缓冷到150 200 。针对1cr13 马氏体钢的焊接易产生裂纹，可选用含cr +ni 的焊接材料进行施焊，同时在焊接时每焊50 % 60 %要进行锤击(30 50 次为宜)目的是清除焊接应力，把拉应力变为压应力，防止焊缝裂纹。2.3 金属构件的机械加工和残余应力金属构件在冶炼、乳制、彈接、冷加工等过程中由于不均勾的冷却、组织构造的变化而在材料内部产生不均勾的应力。在材料加工成形后,上述应力并未完全消失,仍有部分作用与影响残留在构件内，这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。残余应力在构件内部自相平衡而与外力无关。凡没有外部作用,物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为内应力，亦称为初应力。残余应力即是一种固有应力。残余应力的存在对材料的形状精度、力学性能等均有重大影响，它的形成随构件的材质、形状、成形和加工工艺过程等的不同而不同，在煌接构件的制造和热处理过程中尤为明显。存在残余应力,一方面会降低工件强度，使工件在制造时产生变形和开裂等工艺缺陷；另一方面又会在制造完成后的自然释放过程中使材料的疲劳强度、应力腐烛等力学性能降低。在工作温度、工作介质及残余应力的共同作用下,构件的抗疲劳强度、抗脆断能力、抗应力腐蚀开裂及高温螺变开裂的能力都将大大下降低4。机械加工引起工件变形的原因可以分为弹性变形、塑性变形、热变形和残余应力变形。文献5-6对导致产生加工变形的诸多因素进行了分析，其中残余应力的释放与重分布对薄壁构件的影响较大。文献7提出根据工件变形后的几何形状，计算出变形部位的变形量和变形特征曲线的曲率，采用弹塑性理论和有限元计算的方法获得校正时的下压位移量，依据此位移量对工件进行校形。由刘东等8实验得出结论：(1) 在加工薄壁整体结构时，将加工过程分为粗加工和精加工两个过程。精加工毛坯取自粗加工毛坯的中心部位。用这样的精加工毛坯加工整体薄壁零件可以有效的减小加工后的变形。而且粗加工毛坯厚度越厚，工件最后的变形越小。 (2) 经过粗加工去除上下表面所获得的精加工毛坯，内部残余应力的分布比不进行粗加工的毛坯内部残余应力分布更均匀，应力值更小。而且粗加工毛坯厚度越厚，残余应力值越小、分布越均匀。这也是为什么用经过粗加工的毛坯进行精加工能减小工件变形的主要原因。陈五一等9实验得出锻造时产生的应力分布情况，锻造铝合金ld10中最大残余压应力出现在锻饼边缘的表层和锻饼中心这类金属流动最快的区域，而最大残余拉应力则出现在锻饼中心的表层和锻饼腰部中间一些金属流动缓慢的区域。3研究内容及实验方案：3.1研究内容 本课题以棒状1cr13ni马氏体不锈钢为原材料，先对其进行粗加工，研究粗加工对材料表层组织应力的影响，然后分别用500，700和900退火温度退火保温，并比较不同退火温度对组织性能及残余应力的影响。退火冷却时，比较不同退火介质对组织及残余应力的影响。退火完全冷却后，用应力分析仪测定几组材料的不同应力并比较钎焊后的变形情况。具体研究内容包括以下3个方面：1） 研究粗加工对材料表层组织应力的影响粗加工将材料加工成所需的形状，本阶段主要研究不同的加工余量对工件产生的不同残余应力影响及研究机械加工会导致相变。2）研究退火温度与退火介质对工件组织性能的影响将粗加工后的工件在500，700和900温度下退火保温，并分别用空冷和炉冷2种冷却方式进行冷却，比较其组织成分和残余应力情况。3）测定精加工后的应力状态，并与钎焊件的变形情况对比用strss3000型x射线应力分析仪测定精加工后工件的应力状态，并将不同应力状态的钎焊件进行对比，从而获得残余应力状态对钎焊变形的影响规律。3.2实验方案3.2.1 实验材料本实验采用1cr13ni马氏体不锈钢棒材，其化学成分如下： c:0.15si:1.00mn:1.00p:0.035s:0.030ni:0.60cr:11.5013.503.2.2 实验设备ast stress3000型x射线应力分析仪快速、有效测量齿轮、轴承、轧辊、曲轴、凸轮轴、压力容器管道以及其它一些零部件在热处理、机加工、焊接、喷丸、滚压等处理过程中产生的残余应力。x射线衍射法是目前国际上最流行，也是最准确可靠的残余应力测量方法。3.2.3 实验方法实验前要对试样进行清理，将试样的对接面在砂纸上进行打磨，尽量磨平，保证对接面光滑、平整。同时去除表面残留的氧化物。将磨好的试样用丙醇、乙醇等溶液进行清洗。去除试样表面的灰尘、表面的油污等杂质。本课题采用单因素实验方法，即在其它参数不变的情况下改变其中的一个工艺参数进行实验。本课题采用分组进行实验，首先将样品分组在进行不同方式的粗加工，观察其表面组织，并用ast stress3000型x射线应力分析仪测定其残余应力，再将样品分别在500，700和900温度下退火保温，并分别用空冷和炉冷2种冷却方式进行冷却，观察其组织及用ast stress3000型x射线应力分析仪测定残余应力。待其完全冷却后，精加工后用ast stress3000型x射线应力分析仪测定不同组的残余应力。待钎焊完成记录不同组的钎焊件变形情况。4研究目标、主要特色及工作进度4.1 研究目标1）通过对粗加工件应力数值的比较，确定粗加工对表层组织应力的影响。2）通过对不同退火温度后工件残余应力值的比较，确定退火温度和退火介质对残余应力的影响。3）通过对精加工后残余应力数值和钎焊件变形的比较，研究残余应力对钎焊变形的影响。4.2 主要特色1cr13ni马氏体不锈钢已广泛运用于各种领域，而其焊接性较差，已严重制约其运用，其中变形问题尤为突出，而钎焊具有温度低，变形小的特点。通过对材料状态对1cr13ni马氏体不锈钢钎焊变形的影响的研究，寻求最佳的应力状态以使其钎焊变形最小具有非常重要的实际意义。4.3工作进度1.检索文献，翻译外文资料一篇，完成开题报告 2015.3.102015.4.102.研究粗加工对材料表层组织应力 2015.4.112015.4.20 3. 研究退火温度与退火介质对工件组织性能的影响 2015.4.212014.5.154. 测定精加工后的应力状态，并与钎焊件的变形情况对比 2015.5.15201.6.25.撰写毕业论文、答辩 2014.6.32014.6. 225参考文献1齐春华,陈宇,苏立伟.1cr13(马氏体)不锈钢的焊接j. 水利科技与经济,2006,12(6):404-405.2 王香云,尉世凯.马氏体不锈钢焊接接头动态断裂韧性的研究j. 兵工学报 2007，28(8). 3 杜国华.焊接手册 k. 北京:机械工业出版社, 2004,444改进的希尔伯特-黄变换(hht)在多模式lamb波检测中的应用j,“无损检测” 2012年,第8期,22-28.5 zone-ching lin, wun-ling lai, h y lin, et al. the study of ultra-precision machining and residual stress for nip alloy with different cutting speeds and depth of cut. j. journal of material technology, 2000, 97(1): 200-210.6 孙杰, 柯映林, 吴群等. 大型整体结构件数控加工变形校正的关键技术研究j. 机械工程学报, 2003, 39(8): 120-124. 7 sun jie, ke ying-lin, kang xiaoming. study on technology strategies fo