【《690钢焊接热影响区显微组织及其力学性能分析案例》3200字】

690钢焊接热影响区显微组织及其力学性能分析案例1.1金相组织的对比分析所谓金相，指的就是金属内部的各种化学成分在金属内部的所存在的组织形式，也就是各种成分在材料内部的物理状态和化学状态，而金相组织，就是反应金属金相的具体的形态，金属或钢材常见的金相组织有马氏体、奥氏体、渗碳体、贝氏体、珠光体、魏氏组织、铁素体、莱氏体等等。马氏体是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在\t"/item/%E9%A9%AC%E6%B0%8F%E4%BD%93/_blank"α-Fe中的\t"/item/%E9%A9%AC%E6%B0%8F%E4%BD%93/_blank"过饱和固溶体。通过观察，如图3-1，图3-2所示，马氏体在显微状态下的三维组织的形态为板条状或者为片状[8]，但是在金相观察中，通常的形态为针状。并且通过查阅资料，低碳马氏体通常表现为板条状，以下为马氏体的金相特征图，通过对比，690钢材的金相组织中含有马氏体。图3-1片状马氏体金相组织图3-2板条状马氏体金相组织珠光体，是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织，是渗碳体和铁素体一起组成的机械混合物。如图3-3，图3-4所示，其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替叠压的层状复相物，也称片状珠光体，以下为珠光体的金相组织，通过对比，钢材的金相组织中含有珠光体。图3-3球状珠光体金相图图3-4片状珠光体金相图奥氏体，是钢铁组织中的一种的层片状的显微结构，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性\t"/item/%E5%A5%A5%E6%B0%8F%E4%BD%93/_blank"固溶体，如图3-5,图3-6所示，奥氏体一般是等轴状的晶体。在显微结构下的辨识度较高。通过辨识，不难发现，钢材的金相组织中基本没有奥氏体。图3-5层状奥氏体金相图图3-6片状奥氏体金相图铁素体，是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，如图3-7，图3-8所示，它的晶界十分的圆滑，在钢中的铁素体主要以片状，块状，针状和网状存在，以下为铁素体的显微组织图像。图3-7铁素体金相图图3-8铁素体金相图渗碳体，铁和碳的化合物，Fe3C，其含碳量为6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C，渗碳体硬而脆，硬度为800HB。如图3-9，图3-10，在钢中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。图3-9网状渗碳体图3-10针状渗碳体贝氏体，如图3-11，图3-12，钢的奥氏体在珠光体转变区以下，Ms点以上的中温区转变的产物。它也是铁素体与渗碳体两相组织的机械混合物，但形态多变，不象珠光体那样呈层状排列。图3-11针状贝氏体图3-12羽毛状贝氏体魏氏组织，亚共析钢加热时因过热而形成的粗晶，冷却时又快，故铁素体除沿奥氏体晶界成网状析出外，还有一部分铁素体从晶界向晶内按切变机制形成并排成针状独自析出，这种分布形态的组织称为魏氏组织。如图3-11.图3-14，过热过共析钢冷却时渗碳体也会形成针状自晶界向晶内延伸而形成魏氏组织。图3-13粗晶魏氏组织图3-14针状魏氏组织索氏体，指的是钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物，如图3-15所示，是在光学\t"/item/%E7%B4%A2%E6%B0%8F%E4%BD%93/_blank"金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体。其实质就是珠光体，只是其组织比珠光体要细，比珠光体片层薄。而将淬火钢在600-650℃进行回火处理，所得到的组织称为回火索氏体，以铁素体为基体内分布着细均匀碳化物颗粒小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织，如图3-16所示，其组织呈球状。图3-15索氏体组织图3-16回火索氏体组织如图3-17,图3-18,图3-19,图3-20,图3-21所示，这些都是焊接热影响区的金相组织，从上到下的放大倍数分别是100倍，200倍，500倍，图3-22为690钢母材的金相图。图3-17热影响区金相图（x100）图3-18热影响区金相图（x100）图3-19热影响区金相图（x200）图3-20热影响区金相图（x200）图3-21热影响区金相图（x500）图3-22母材的金相图（x500）在焊接的过程中，热影响区的温度是时刻变化的，是一个动态的过程，当温度升至最高时，热影响区不断冷却，焊接中每一个温度的衔接都是无缝的，也就是说，热影响区冷却是连续的，并不是等温得到的，所以其金相组织应当是很多组织混合在一起，通过以上金相组织与这些有明显特征的组织例如马氏体，奥氏体，贝氏体等等进行对比，可以得出，焊接热影响区的金相组织主要为马氏体、珠光体和球状奥氏体。而690钢母材的金相组织为板条状马氏体、回火索氏体、少量贝氏体和少量游离针状铁素体。1.2冲击韧性的对比分析冲击韧性，是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，目的是为了反映出材料自身内部的细小的缺陷以及材料本身的抗冲击性能，主要包括冲击韧性值和断口形貌分析。通过对焊接前和焊接后的冲击韧性值得对比可以得出材料的性能转变倾向，通过查阅资料（材料与焊接规范2018版本）中的焊接结构用高强度钢的力学性能这张表，可以得到不同种类的钢种的力学性能，包括屈服强度，抗拉强度，断后伸长率，夏比V型缺口冲击试验等等实验数据，查表得，EH690钢在夏比V型冲击试验中的试验温度是-40℃，横向冲击功不小于46J，纵向冲击功不小于69J，而在690钢钢材焊接过后，经试验测得，材料的冲击功为5.65J，通过对比可以得出，690钢在焊接之后的冲击功变小了，冲击功变小，就意味着材料的冲击韧性变低，所以，690钢在焊接过后它的冲击韧性是变低了，材料整体的抗冲击能力变弱了。断口分析，是对断口形貌进行分析的方法，它是研究断口形貌，断裂原因和断裂机理之间关系的一门科学。断口忠实地记录了断裂的动态变化过程，如果对其形貌特征进行全面的分析研究，就可以了解断裂的全过程，这样就将一个复杂的动态问题——断裂，简化为用静态方法——断口分析来研究。分析断口，是为了防止事故发生，减少损失，提出改进方法和预防措施，提高产品使用寿命。观察用的方法用的是扫描电子显微镜（SEM），是一种介于\t"/item/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C/_blank"透射电子显微镜和\t"/item/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C/_blank"光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能\t"/item/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C/_blank"电子束来扫描样品,通过光束与物质间的相互作用,来激发各种物理信息,对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。断裂的类型有两种，分别是塑性断裂和脆性断裂，塑性断裂前会有较大的变形，而脆性断裂在断裂前没有明显的趋势，没有明显的征兆，所以危害更大。断裂会有断口，断口一共分为三类，分别是纤维状区，剪切唇区，放射状区。纤维状区，特征如图3-23所示，位于断口中央，与外加应力垂直，呈粗糙的纤维状园环形花样，暗灰色，常可观察到显微空洞和锯齿状;放射状区，特征如图3-24所示，具有放射花样特征（脆断特征)，放射线的发散或收敛方向为裂纹扩展方向；剪切唇状区，如图3-35所示，表面较光滑，与拉应力方向呈45°，切断区域，有金属光泽，呈灰色鹅毛状。图3-23纤维状断口图3-24放射状断口图3-25剪切唇状断口如图3-26所示，为焊接热影响区的断口行貌，由图片可以看出，断口大面积的形貌为河流花形状，根据这个特征，可以得出，焊接过后断口的类型为脆性断裂。如图3-27所示，为母材的断口形貌，可以看出，未焊接的母材图像断口大多是以韧窝为主，而韧窝的存在，就是表现塑性断裂最好的特征，所以可以由此得出，母材的塑性更好，在焊接过后，材料的冲击韧性会变差，会有脆化倾向。根据之前的冲击韧性的试验数据对比，焊接过后，测得材料的冲击韧性也变低了，无论从数据上还是图像上都论证了焊接过后材料的冲击韧性变差，材料变脆。图3-26焊接过后材料的断口形貌图3-27焊前母材的断口形貌1.3维氏硬度的对比分析维氏硬度，是指用一个相对面间夹角为136度的金刚石正棱锥体压头，在规定载荷F作用下压入被测试样表面，保持定时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d，进而计算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力，即为金属的维氏硬度值，用符号HV表示。在实际测量中，并不需要进行计算，而是根据所测d值，直接进行查表得到所测硬度值。分别将试样放在仪器的载物台上，通过显微镜观察一下找到清晰的物象，然后按下启动键，等待仪器反应完毕，分别选取两个对角所对应的直线的位置，按下读数，仪表盘会清晰的呈现出当前材料的维氏硬度。表3-1,表3-2分别为母材和焊后材料的维氏硬度测量值。表格中的数据为维氏硬度多次测量得到的值，进行对比时，求得平均值即可。表3-1焊后材料的维氏硬度测量值12345678910A281272296351355360322345259303B2822692742583133