热处理工艺对M390/304闪光对焊焊接接头微观组织及力学性能的影响

本工作基于提高M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能并且使M390/304焊接接头达到高端刀具的硬度要求,对闪光对焊的M390/304焊接接头进行不同热处理工艺研究。实验采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头的力学性能及微观组织演变,并通过线扫描研究了不同热处理工艺下焊接接头的元素扩散,揭示了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理。研究结果表明,1150℃空冷热处理工艺为M390/304闪光对焊焊接接头的最佳热处理工艺,对应的抗拉强度和延伸率分别为494 MPa和15.7%,分别比焊态提高了2.7%和182%。延伸率显著提高是由于在1150℃空冷工艺下焊接接头的元素扩散程度较大,焊缝中化学成分的均匀性得到提高。不同热处理工艺下焊接接头的断裂类型均为脆性断裂,但断裂位置并不相同。断裂位置的变化是由于不同热处理工艺下C、Cr、Ni等元素的扩散程度不同,焊缝中碳化物的尺寸和形貌也不同,导致焊缝中第二相强化作用不同。

热处理工艺对M390/304 CMT焊接接头微观组织及力学性能的影响

基于改善M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能特别是提高焊接接头硬度,以达到高端刀具生产的要求,对冷金属过渡焊接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢获得的焊接接头进行不同工艺的热处理研究.采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头力学性能及微观组织演变,统计了不同热处理工艺下焊接接头中M390母材、M390细晶区和M390粗晶区等区域的碳化物分布,研究了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理.研究结果表明,在1150℃水淬热处理工艺下焊接接头既满足刀具钢硬度的要求,又具有良好的力学性能,可以作为M390/304焊接接头的最佳热处理工艺,对应焊接接头的抗拉强度和断后伸长率为502 MPa和20.8%,抗拉强度和断后伸长率分别是焊态的98%和95%.1150℃水淬热处理工艺的M390母材、细晶区和粗晶区中碳化物平均尺寸最小,碳化物形貌以细小的块状均匀分布.淬火温度升高,抗拉强度和断后伸长率均呈现出先下降后升高的趋势,随着冷却速度的减小,抗拉强度和断后伸长率均呈现出下降的趋势.不同热处理工艺下焊接接头的断裂位置在M390粗晶区和焊缝的界面位置,在此位置处硬度差异很大,存在应力分布不均匀现象.

M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢CMT对接焊连接机理

本工作以ERNi-1镍基焊丝为填充金属,通过冷金属过渡焊接技术(CMT)对粉末冶金制备的M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢进行连接;采用拉伸实验、维氏显微硬度测试、SEM及EDS表征焊接接头力学性能及微观组织,统计焊缝及M390一侧不同区域的晶粒尺寸及碳化物分布情况,研究焊接接头的连接机理。研究结果表明:通过CMT对接焊成功实现M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢的连接,得到无孔洞、无夹杂等缺陷的焊接接头。最佳焊接工艺参数为焊接速度4.5 mm/s、送丝速度9 m/min、焊接电流110 A、焊接电压18.1 V,对应焊接接头抗拉强度达到493 MPa、延伸率为21.8%,断裂于焊缝位置,且断裂类型为韧性断裂,其塑性远高于M390母材。焊缝组织由奥氏体组织及(Ti、Ni、Al)的碳化物组成。焊缝与M390实现良好的冶金结合,但在304熔合区有明显的熔合线。M390热影响区由于受热输入及焊接残余应力的影响,其基体中残留奥氏体被诱导发生马氏体相变,导致M390热影响区基体中碳元素过饱和,析出的碳元素不仅使得碳化物数量增加,而且促使碳化物类型由M_(23)C_(6)向M_(7)C_(3)发生转变。M390粗晶区碳化物尺寸最大,呈现出条形状形貌;M390细晶区碳化物尺寸介于M390母材与M390粗晶区之间,呈现出条形状和颗粒状两种形貌。M390高碳马氏体不锈钢一侧热影响区的晶粒尺寸明显小于采用传统熔化焊时马氏体钢热影响区的晶粒尺寸,充分体现CMT焊接对M390高碳马氏体不锈钢热影响区粗化问题的改善。

M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢TIG焊连接机理

针对M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢的连接问题,使用TIG焊接方法,并对M390/304焊接接头进行拉伸、维氏显微硬度测试、SEM及EDS表征焊接接头力学性能及微观组织,X射线衍射分析各区域中相组成,统计焊缝及M390一侧不同区域的晶粒尺寸,揭示焊接接头的断裂机理。研究结果表明,采用TIG焊可以实现M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种金属连接,得到焊缝形貌美观、无孔洞、无夹杂等缺陷的焊接接头。最佳焊接工艺参数为:焊接电流120 A,电弧电压16 V,焊接速度3.3 mm/s;对应的抗拉强度为266 MPa。焊缝由马氏体、M23C6及M7C3组成,焊缝中晶粒尺寸最大,平均晶粒尺寸为17.96μm。由于焊缝基体组织为马氏体且晶粒尺寸最大,焊接接头断裂在焊缝,断裂类型为解理断裂。M390侧和焊缝中碳化物主要为(Cr、V)碳化物,从M390母材到粗晶区,碳化物形貌逐渐由颗粒状向长条状演变,热的作用导致碳化物长大聚集。

高碳马氏体不锈钢M390与奥氏体不锈钢304闪光对焊的微观组织及力学性能

通过闪光对焊方法连接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢.通过室温拉伸试验、显微硬度测试表征了焊接接头的力学性能.采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了焊接接头的微观组织形貌、元素扩散及各区域相组成.结果表明,利用合适的焊接工艺参数,M390与304之间可以形成焊缝形貌美观、抗拉强度最大值为480.62 MPa、断后伸长率为6.2%的闪光对焊焊接接头.焊缝组织由马氏体、奥氏体、M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)组成.M390侧及焊缝中碳化物类型为(Cr,V)碳化物.M390热影响区不同位置受到的热影响不同,导致在不同位置碳化物的聚集长大程度不同.M390粗晶区中碳化物聚集长大的同时有新的碳化物不断析出,碳化物以长条状和颗粒状两类形貌存在,而细晶区中碳化物尺寸小,以颗粒状存在.焊接接头为脆性断裂,断裂位置在焊缝,这与焊缝组织及焊接接头元素扩散相关.

不同冷却速度对M390粉末冶金高速钢组织与硬度的影响

利用热模拟试验、扫描电镜、X射线衍射、维氏硬度计等研究了M390粉末冶金高速钢的连续冷却相变规律及不同冷却速度对其组织和硬度的影响。结果表明:冷却速度主要影响M390粉末冶金高速钢的基体组织类型;随着冷却速度的增加,基体组织依次为铁素体、铁素体+马氏体以及马氏体。与基体组织的转变不同,冷却速度不改变碳化物的类型,碳化物均为3种类型,即MC型、M_(7)C_(3)型和M_(23)C_(6)型,但是对其尺寸和形态有影响。随着冷却速度的增大,M390粉末冶金高速钢的硬度整体上呈增加的趋势,冷却速度为1℃/s时,硬度出现明显升高,硬度增加的原因主要与基体组织中马氏体的含量和碳化物的弥散强化有关。

淬火工艺对M390刀具钢力学性能的影响

采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等研究了经不同工艺淬火后M390刀具钢的物相、显微组织、硬度及拉伸性能。结果表明:随淬火温度从1100℃升高到1200℃,M390刀具钢的基体组织依次由铁素体为主转变为马氏体为主,再到马氏体与残留奥氏体的混合,而晶粒尺寸未发生明显变化,碳化物类型均为M_(7)C_(3)和M_(23)C_(6);1150℃保温30 min水淬后基体组织以马氏体为主,含有少量的残留奥氏体,相连碳化物占比与圆度值均最小,硬度达到峰值62.38 HRC,抗拉强度与断裂应变总量分别为1121.88 MPa和3.25%,强韧性匹配最优。

冷处理及回火次数对刀剪用M390粉末钢组织和性能的影响

通过对M390粉末不锈钢进行淬火、冷处理和低温回火,研究了热处理对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:冷处理降低合金中残余奥氏体的数量,大幅度提高材料硬度和抗弯强度;1180℃淬火试样冷处理后,随回火次数的增加,单位面积碳化物颗粒总数和平均粒径增加,硬度下降,一次回火后硬度达到61.1 HRC;1130℃淬火试样冷处理后,随着回火次数增加,单位面积颗粒总数不断增加,平均粒径和硬度下降,一次回火后硬度达到60.0 HRC;淬火温度和回火次数对抗弯强度影响不大,合金抗弯强度为4000 MPa左右。

M390高铬高钒粉末冶金工具钢奥氏体化过程中的碳化物演变规律

利用SEM-EDS、TEM和Image-Pro Plus等分析手段研究了M390钢在不同奥氏体化过程中的碳化物演变规律。结果表明,在1075~1150℃加热,保温15~120 min奥氏体化条件下,M390钢中碳化物体积分数和平均尺寸随淬火温度升高整体呈现下降趋势。同一淬火温度下,随保温时间延长,碳化物数量整体减少,碳化物平均尺寸先减小后增大,小尺寸碳化物数量先增加后减少,硬度先上升后下降。高温油淬后M390钢中未溶碳化物类型主要是M_(7)C_(3)和M_(8)C_(7)。在奥氏体化过程中,M390钢中碳化物变化主要是M_(7)C_(3)的溶解、长大及再溶解。

淬火温度对刀剪用M390粉末冶金不锈钢组织和性能的影响

通过对M390粉末冶金不锈钢进行不同温度下的平衡相计算和真空气淬+低温回火处理,研究了淬火温度对回火后显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着淬火温度的升高,M390钢回火后的碳化物尺寸不断长大,单位面积的颗粒数量减少而所占面积分数提高,碳化物分布均匀性降低。硬度随淬火温度的升高呈先上升后略微下降趋势,在1130℃淬火时达到最大值60.2 HRC,回火后降为58.5 HRC。抗弯强度受淬火温度的影响不大,为4000 MPa级水平。为获得良好性能,淬火温度应控制在1200℃以下,1130~1180℃真空气淬+200℃低温回火是刀剪用M390钢的最佳热处理工艺制度。