以低碳钢为例说明焊接接头最薄弱，碳钢表面堆焊不锈钢

摘要：采用真空扩散焊对06Cr19Ni10不锈钢和A283低碳钢进行扩散连接，研究了焊接接头的显微组织和力学性能。结果显示了：06Cr19Ni10不锈钢和A283扩散焊接头的抗拉强度。低碳钢的屈服强度和屈服强度随焊接温度的升高而呈增加趋势，焊接温度为850时焊接接头断裂伸长率和减震能最大。当析出相变大时，扩散焊接接头的韧性下降，成为导致焊接接头断裂或失效的裂纹源。

关键词：不锈钢，低碳钢，真空扩散焊，显微组织，力学性能

CLC 分类号：TG456.3 文献识别码：A 产品编号：1001G4012(2019)0G0607G04

随着新材料、新装备的不断出现，异种金属复合材料制成的零件在机械工程领域的使用越来越多，而异种材料零件只有充分发挥不同材料的优异性能，也有助于以降低成本和降低成本。经济性.优点[1].焊接是异种金属材料连接的主要手段，因此，提高异种材料焊接接头性能的研究是目前的热点[2].奥氏体不锈钢具有以下优良性能：它具有强度高、韧性好、耐腐蚀等特点，广泛应用于水电、石化、交通、食品等行业[3]。近年来，核电、风电等新能源产业快速发展，奥氏体核电、风力发电设备中不锈钢的使用在结构设计上有所增加[4]。传统的熔焊、钎焊工艺已不能满足新能源装备对奥氏体不锈钢和低碳钢焊接接头的质量要求。 [5].近年来，随着工业生产的需要，真空扩散焊技术逐渐从航空航天领域兴起，其在通用机械加工行业的应用也在不断扩大[6G7]。通过使焊接件在真空环境下紧密接触，并在恒温恒压下保持一定时间，使接触面之间的原子相互扩散并形成结合，从而产生结合面积大、结合力高的效果。强度。这是一种焊接方法。作者研究了06Cr19Ni10奥氏体不锈钢与A283低碳钢扩散焊接头的显微组织和力学性能，发现奥氏体不锈钢与低碳钢的连接方式不同。材料焊接结构工程提供了理论和实践基础。

1 试验材料及试验方法

1.1 试验材料

焊接材料选用06Cr19Ni10不锈钢和A283低碳钢，其化学成分如表1所示。

1.2 测试方法

每个试件为直径为200毫米、长度为50毫米的棒材，两个材料试件的端面搭接焊接。焊接前，将两个试件的接触面打磨光滑、打磨抛光并清洁。 A283低碳钢采用5%10%(质量分数)H2SO4溶液+2%10%(质量分数)HCl水溶液进行酸洗，酸洗温度为20，酸洗时间为510小时。 06Cr19Ni10不锈钢15%（质量分数）HNO3水溶液+50gL-1 NaF水溶液，室温蚀刻5-10秒，沸水清洗，100-120干燥。丙酮超声波除油清洗5分钟后，立即将清洗后的样品放入真空扩散焊炉中进行焊接，避免样品长时间暴露在空气中氧化。

扩散焊设备为真空扩散焊炉ZK/LY200，采用真空度110-3Pa，焊接压力10MPa，升温速率350h-1，保温时间60min。扩散焊温度分别为800、850、900。

采用线切割机制备金属结构样品，并对金属结构样品的观察面进行电解抛光和化学蚀刻处理。电解抛光液为高氯酸和乙醇按1:15(体积比)的比例混合而成，抛光电压为35V，抛光时间约为30秒。将电解抛光后的样品用王水溶液擦拭，腐蚀后使用GSX500金相显微镜（OM）和SIGMA300扫描电子显微镜（SEM）观察界面连接处的结构特征。使用EPMA-1720系列电子探针、针（EPMA）测量两侧元素的扩散量使用X射线衍射仪(XRD) XRD-6000对扩散焊缝界面进行相分析。工作电压40kV，工作电流50mA，扫描范围30100，速度2min-1，按GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》和国标。 /T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，对06Cr19Ni10不锈钢和A283低碳钢的扩散焊接头进行了试验。机械性能测试。拉伸和冲击试样沿轴向取样，冲击试样界面有V形缺口。

2 实验结果与讨论

2.1 微观结构

图1为06Cr19Ni10不锈钢与A283低碳钢在不同焊接温度下扩散焊接头界面的显微形貌，随着焊接温度的升高，06Cr19Ni10不锈钢的基体中出现了碳化物析出相，我是这么理解的。当焊接温度升高到850时，碳化物逐渐溶解并消失，当焊接温度继续升高到900时，06Cr19Ni10不锈钢基体中出现大量碳化物析出物，这些析出物主要在相交处点.集中于这是由于扩散所致，随着焊接温度的变化，焊接界面两侧碳含量与碳化学势的平衡逐渐打破，A283低碳钢中的碳扩散到06Cr19Ni10不锈钢中。钢基体侧面。

图2a）为06Cr19Ni10不锈钢与A283低碳钢扩散焊接头的高倍SEM形貌，可以看出在扩散焊缝附近06Cr19Ni10不锈钢基体中存在许多黑色颗粒。该区域的X射线衍射分析表明，黑色颗粒是富铬碳化物Cr23C6。这类碳化物的特点是硬度高、脆性强[10]，对扩散焊接接头的韧性产生负面影响。图3 显示了扩散焊缝中的碳、铬和铁元素。 EPMA线扫描分析结果表明，随着焊接温度的升高，碳原子数量从A283低碳钢一侧向06Cr19Ni10不锈钢一侧扩散。随着06Cr19Ni10不锈钢基体含碳量的增加，碳化物相增多，同时A283低碳钢侧含碳量减少，珠光体脱碳形成铁素体。铁素体层随焊接温度升高而增大。铁和铬的原子半径相近，在界面附近以替代扩散的形式形成扩散层。铬的扩散距离随焊接温度升高而增大。

2.2 机械性能

表2和表3为06Cr19Ni10不锈钢与A283低碳钢扩散焊接头的拉伸和冲击试验结果。06Cr19Ni10不锈钢与A283扩散焊接头的抗拉强度和屈服强度良好。发现有。不同焊接温度下的低碳钢位于两种母材之间，并随着焊接温度的升高而趋于增大，当焊接温度为850时，焊接接头断裂后的伸长率和减震能达到最高。最大限度。

图4为06Cr19Ni10不锈钢与A283低碳钢扩散焊接头在不同焊接温度下界面的冲击断口形貌。从图4a）和图4b）可以看出，接头的界面冲击断裂随焊接温度的变化而变化。 800和850有明显区别，韧窝属于延性断裂，但两者的区别在于800焊接条件下扩散焊接头冲击断裂的韧窝尺寸较大，且焊接条件下韧窝尺寸明显，硬质化合物的存在。酒窝。通过EDS测试发现该化合物的成分为富铬碳化物。一个如图5 所示的对象。这些碳化物的位置会产生裂纹，从而导致接头失效和破坏。当受到塑性变形时，这些硬质碳化物与周围塑性良好的基体组织分离，成为众多裂纹的来源，这些裂纹聚集形成扩展裂纹，最终导致接头失效。焊接温度为850时界面冲击断裂发生，因此韧性最好，图4c）为焊接温度900时的扩散焊，接头界面断裂模式为延性和延性的混合断裂模式。局部脆性断口呈河流状解理断裂，在韧性断口处可见较大的碳化物颗粒。这种脆性断裂。界面处析出硬质碳化物，降低韧性。06Cr19Ni10的扩散焊接接头不锈钢和A283低碳钢。这是连接的。

3 结论

(1)真空扩散焊实现06Cr19Ni10不锈钢与A283低碳钢的固相扩散连接，且06Cr19Ni10不锈钢与A283低碳钢扩散焊接头的抗拉强度和屈服强度随着焊接工艺的增加而降低。趋势：当焊接温度为850时，焊接接头断裂伸长率和减震能达到最大值。

(2)大尺寸的Cr23C6析出相降低了扩散焊接接头的韧性，成为导致焊接接头破坏性失效的裂纹源。

第：章

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文章来源材料与测试网期刊文章理化测试-物理第55卷第9期（pp:607-610）