304不銹鋼由于其優(yōu)異的性能，所以在工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，人們針對(duì)304不銹鋼焊接接頭強(qiáng)化機(jī)制的研究主要集中在傳統(tǒng)的焊接方法。而激光焊接技術(shù)作為一種新型焊接方法，熱輸入低、焊接速度高、焊接接頭質(zhì)量好等，所以在材料連接領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但激光焊接過(guò)程對(duì)焊接接頭的組織-性能關(guān)系的影響還不清楚。很少有人研究304不銹鋼激光焊接接頭強(qiáng)化機(jī)制。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，普渡大學(xué)的Keyou Mao在Materials Science and Engineering： A上發(fā)表了最新的研究成果“Microstructure-property relationship for AISI 304/308L stainless steel laser weldment”。在該文中，研究人員利用納米壓痕和顯微鏡技術(shù)來(lái)研究了焊接接頭的組織與性能之間的關(guān)系，提出了一種新的焊接接頭強(qiáng)化機(jī)制。

【致歉：很抱歉，未能找到通訊作者Keyou Mao的確切中文名字，小編表示誠(chéng)摯的歉意!】

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 焊接接頭示意圖和顯微組織

(a)焊接接頭示意圖

(b)焊縫的顯微組織

(c)熱影響區(qū)的顯微組織

(d)母材的顯微組織

圖2 晶粒結(jié)構(gòu)和取向

(a)EBSD晶粒取向圖

(b)熱影響區(qū)樹(shù)枝晶的SEM圖

(c)從母材到熱影響區(qū)和焊縫過(guò)渡過(guò)程中晶界角度比例

圖3 焊接件不同位置的納米壓痕

圖4 焊接接頭的顯微硬度和折合模量

(a)不同載荷下，母材、熱影響區(qū)和焊縫的折合模量

(b)不同載荷下，母材、熱影響區(qū)和焊縫的顯微硬度

圖5 沿壓痕分布的硬度和平均晶粒尺寸

圖6 焊接件的位錯(cuò)

(a)熱影響區(qū)的TEM明場(chǎng)像和電子衍射的晶帶軸

(b)圖(a)矩形框內(nèi)的高倍STEM明場(chǎng)像

(c)母材的TEM明場(chǎng)像

(d)焊絲的TEM明場(chǎng)像

圖7 熱影響區(qū)的Ti-C-N析出相

(a)TEM明場(chǎng)像

(b)圖(a)紅框內(nèi)的TEM明場(chǎng)像

(c)析出相的核的會(huì)聚束電子衍射樣式

(d)析出相的殼的會(huì)聚束電子衍射樣式

(e)基體的會(huì)聚束電子衍射樣式

(f)析出相的EDX分析

圖8 Hall-Petch計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的比較

圖9 提出的強(qiáng)化模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的比較

圖10 應(yīng)用提出的模型計(jì)算得到的晶界強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和析出相強(qiáng)化

【小結(jié)】

本文通過(guò)對(duì)304不銹鋼接頭(母材、熱影響區(qū)和焊縫)進(jìn)行SEM、TEM以及納米壓痕測(cè)試，根據(jù)顯微組織的特點(diǎn)，提出了焊接接頭三個(gè)區(qū)域的顯微組織-性能模型，該模型考慮了析出相強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊接接頭三個(gè)區(qū)域的屈服強(qiáng)度。

和母材以及焊絲相比，熱影響區(qū)的晶粒尺寸更小，硬度更高。但根據(jù)Hall-Petch關(guān)系得到的硬度大于實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。熱影響區(qū)的位錯(cuò)密度和母材以及焊縫的位錯(cuò)密度相近。熱影響區(qū)會(huì)形成核-殼結(jié)構(gòu)的Ti-C-N析出相。熱影響區(qū)的晶界強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度的提高效果比母材和焊絲的效果好。