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304不銹鋼界面金相組織觀察

文章作者: 人氣: 發表時間:2021-04-23 09:29:31

分別為在三種工藝條件下獲得的接頭304母材/焊縫金屬界面附近的組織形貌。2205雙相不銹鋼和304奧氏體不銹鋼熔化焊時,熔化的母材和填充金屬在熔池內部和熔池邊緣的混合程度有所不同,在靠近304母材的邊緣區,由于溫度低,熔池金屬的流動性差,在液態下停留時間較短,受到機械力的攪拌作用較弱,再加上304不銹鋼和填充金屬化學成分的差異,所以在熔池邊緣熔化的母材和填充金屬就難以充分混合。因此,在毗鄰304不銹鋼一側熔合線的焊縫金屬中可形成和焊縫內部金屬成分不同的過渡層,如圖3.1中所示。進行異種鋼焊接時,由于不同母材的化學成分差異很大,無論采用何種成分的填充金屬,焊接過程中都不可避免地會產生化學成分介于母材基體金屬和焊縫填充金屬之間的過渡區。從圖3.1中可看出,2205雙相不銹鋼和304奧氏體不銹鋼焊接時,在304奧氏體不銹鋼一側的焊接熔合區中,形成了寬度大約為70~120um 的過渡區,且接頭B的過渡區較窄。這是由于過渡區的形成受元素擴散的影響,而過渡區的寬度取決于元素擴散推動力,填充金屬ER309與母材304奧氏體不銹鋼的化學成分相差較小,因此濃度梯度較小,擴散的驅動力較小,所形成的過渡區較窄。在工程應用中,由于過渡區通常是異種金屬焊接接頭的主要失效部位,因此應嚴格控制過渡區的寬度:

1)采用較大的焊接電流時,會增加液態金屬在高溫的停留時間、加強熔池的攪拌作用和改善熔池邊緣金屬的流動性,改變結晶條件,使過渡區寬度減小;

2)在母材熔合區富集母材成分,其過渡區主要取決于母材熔化特性,母材本身局部熔化溫度越低,母材熔化區域越寬,則最終形成的過渡區也越寬;

3)過渡區的寬度取決于元素擴散推動力。焊縫金屬與母材的化學成分相差越大,濃度梯度越大,擴散驅功力也越大,過渡區將越寬。

從圖3.1中焊縫和304母材界面處過渡區可看出,該區的組織形貌為細小的鐵素體相呈不連續且無方向性地分布在奧氏體基體上。根據文獻[54],該區的鐵素體相可以在兩種情況下形成,一是局部熔化部分在重新凝固結晶過程中生成,如沿晶界或沿軋制方向形成的鐵素體,其形成機理是:該區與焊縫區相比,過熱度較低,液態停留時間短,冷卻速度快,CrNi 含量較焊縫區低,因而形成的鐵素體組織較細小;另一種是未熔化部分,根據圖3.2Fe-Cr-Ni 三元截面相圖可知,當高溫加熱至單相δ-Fe 區域或δ+ γ雙相區時,發生γ- δ轉變形成的。這種δ-鐵素體的形核與長大決定于母材中局部CrNi 成分起伏,在鐵素體形成元素Cr富集處首先形成δ-Fe,根據受熱溫度和時間長短不同,δ-Fe 發生不同程度的長大;冷卻時這些δ-Fe 又發生向奧氏體的固態轉變,僅富CrNi 的晶核部分被保留下來,形成鐵素體晶核,與未發生轉變的母材之間形成一個明顯的邊界。


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