具有中间夹层的具有中间夹层的40Cr/UHCS超塑性超塑性固态焊接接头组织及性能固态焊接接头组织及性能 答辩人：崔淼答辩人：崔淼 导导 师：杨蕴林师：杨蕴林 班班 级：焊接级：焊接073论文组成论文组成 1.研究背景、问题点研究背景、问题点 2.实验内容实验内容 3.实验结果、分析实验结果、分析 4.实验结论实验结论 研究背景研究背景u 1.材料背景：材料背景：l超高碳钢超高碳钢 （UHCS）： 高强度、韧性、塑性，代替中高碳钢制作工模具、钢丝、结构件等，开发廉价，应用前景l40Cr ： 主要用于制造重要的调质零件，用处广泛。 40Cr与UHCS的焊接可以达到两者的优势互补优势互补。因此，如何实现40Cr与超高碳钢的优质焊接是国内外比较普遍关注关注而又亟待解决亟待解决的问题。 焊接问题点及解决焊接问题点及解决2.焊接问题点焊接问题点u主要问题点：主要问题点：1.UHCS含C量大，焊接时淬硬倾向大。2.UHCS的塑韧性差，是难焊材料，难以与其他金属进行良好焊接。3.UHCS的强度高，焊接时接触面积小。u解决方案：解决方案：1.焊前表面对UHCS进行球化退火，对40Cr进行循环淬火，细化表面晶粒。2.利用UHCS在780，应变速率1.510-4S-1的超塑性。进行超塑性焊接。3.添加中间夹层。中间夹层的选取中间夹层的选取u选取原则：选取原则：v1.容易塑性变形，硬度较低；v2.物理化学性能与母材差异较被焊材料之间的差异小；v3. 中间层是熔点较低（但不低于焊接温度）、塑性好的纯金属；u实验选取：实验选取：v选择Cu、低碳钢、工业纯铁做中间夹层 厚度：厚度：中间层厚度一般为几十微米，以利于缩短均匀化扩散时间。厚度在30-100m。实验内容实验内容 40Cr热轧组织热轧组织 40Cr钢循环淬火态组织钢循环淬火态组织 制备焊接材料选择工艺参数焊接实验微观组织观察力学性能测试断面分析结果分析与讨论 实验结论实验材料实验材料 试样尺寸： D=15mm，H=25mmUHCS球化退火 中间夹层：直径略大于 15mm，厚度尽可能的薄工艺参数：u780，应变速率1.510-4S-1，焊接时间为10min、15min、20min、30min接头性能评价：u1.拉伸实验拉伸实验u2.结合面附近及母材的硬度测试结合面附近及母材的硬度测试 u3.接头界面接头界面SEM显微组织显微组织工艺参数与性能评价工艺参数与性能评价实验结果与分析实验结果与分析 1.添加中间夹层与直接焊接的比较添加中间夹层与直接焊接的比较 工业纯铁：工业纯铁： t=20min 50 m 541.39MPa 382.82MPa 直接焊接：直接焊接： t=20min 155MPa 383.56MPa 2.中间夹层材料对接头的影响中间夹层材料对接头的影响u采用工业纯铁工业纯铁为中 间层，最佳接头 强度为560MPa、 538MPa；u采用低碳钢低碳钢为中间 夹层，最佳接头 强度为389MPa、 379MPa；3.焊接时间对接头质量的影响焊接时间对接头质量的影响 t=10min 275.49MPa 320.35MPa t=15min 560.06MPa 538.65MPa t=20min 541.39MPa 382.83MPa4.显微组织观察与分析显微组织观察与分析a.800b.2000 c.1000 d. 30005.断口组织分析断口组织分析 6.显微硬度分析显微硬度分析 实验结论实验结论u1. 具有中间夹层的UHCS-1.6C/40Cr的超塑性固态焊接，最佳的工艺参数温度为780，焊接时间为15min，应变速率1.510-4S-1，中间层材料为厚度为50m的工业纯铁。接头性能良好，抗拉强度达到549MPa，是相同热力循环下40Cr母材强度的85%。u2. UHCS-1.6C/40Cr超塑性固态焊接采用Cu做中间夹层，由于Cu 在焊接过程中出现了高温氧化现象，形成了致密的氧化膜，阻碍了中间层与母材的扩散，得到的焊接接头强度低。u3. 采用工业纯铁做中间夹层，能增大待焊接面的接触面积，促进碳原子在界面间的充分扩散，有利于形成冶金结合，从而提高接头的强度，接头强度明显高于直接焊接。u 4. UHCS-1.6C/40Cr超塑性固态焊接采用工业纯铁做中间夹层，焊接断裂发生在工业纯铁与40Cr之间形成的过渡区，过渡区组织中粗大的非等轴的晶粒，是焊接接头的薄弱环节。谢谢欣赏谢谢欣赏