0Cr16Ni22Mo2Ti钢在闪光焊接过程中纳米晶的形成.PDF

简 报 第45 卷 第 14 期 2000 年7 月 0Cr16Ni22Mo2Ti 钢在闪光焊接过程中 纳米晶的形成 张福成 张 明 胡白桃 王天生 (燕山大学材料与化工学院, 秦皇岛 066004) 摘要 0Cr16Ni22Mo2Ti 奥氏体钢在闪光焊接过程中, 材料经快速加热到熔融温度并强烈变形, 焊 接熔合区内形成纳米晶组织, 熔合线处纳米晶的尺寸为 20 nm, 随距熔合线距离的增大纳米晶尺 寸增大, 纳米晶层的厚度为 50 m. 此纳米晶形成的原因是半固态金属经强烈塑性变形使其中固 相组织碎化及其引起的细化. 关键词 纳米晶 闪光焊接 塑性变形 纳米材料在力学 光学 电学 化学及磁学等方面表现出的优异性能向人们展示了其诱 人的应用前景, 已成为当前材料科学工作者研究的一个热点. 机械合金化 超细粉烧结 非 晶晶化处理等是人们熟知的可以得到纳米级超细晶材料的工艺方法. 快速加热可显著细化钢 [1] 铁材料的奥氏体晶粒, 金属材料在室温强烈变形可以得到超微晶组织 , 利用深过冷处理方法 [2] [3] 也可以制备纳米材料 , 对于半固态金属进行强烈搅拌可获得细晶凝固组织 . 对半固态钢铁 材料进行强烈变形能否获得纳米晶材料方面的研究未见报道. 高速铁路要求将高锰钢辙叉与 碳钢钢轨焊接到一起, 然而由于这两种材料在物理性质和组织结构等方面的显著差异, 它们 的焊接存在很大的困难. 我们借助焊接介质材料, 并利用材料性质梯度过渡的思想结合闪光 [4] 焊接方法进行试验, 获得焊接成功 . 在研究焊接接头组织时, 发现 0Cr16Ni22Mo2Ti 奥氏体 钢焊接介质与高锰钢闪光焊接后, 其熔合区组织为纳米晶. 闪光焊接时熔合区材料的热/ 力条 件为熔融温度和强烈变形. 本研究分析纳米晶的组织结构和其形成机理. 1 实验 试验用材料为0Cr16Ni22Mo2Ti 奥氏体钢和普通ZGMn13 奥氏体钢. 0Cr16Ni22Mo2Ti 钢 经真空感应炉熔炼后进行锻造, 锻件空冷后, 再将其加热到 850C 保温 10 min 空冷. 利用瑞 士制造的GAAS 80/700 型闪光焊机, 将0Cr16Ni22Mo2Ti 钢与ZGMn13 钢进行预热闪光焊接. 闪光焊接工艺过程是利用大电流使对焊端面材料迅速加热到熔化状态, 然后通过施加压力快 速将两者对焊到一起. 在闪光焊接时两对焊材料熔合区所受的热/力条件相同, 加热速度为30 /s, 变形温度在液固两相温度区间, 变形速度 100 mm/s, 变形压力 70 MPa, 焊后材料在熔点 温度附近的冷却速度 30 /s, 从高温到室温的平均冷却速度 1.2 /s. 由于闪光焊接时顶锻压 力很大, 熔化的金属被迅速挤出, 熔合区实际上是半熔化区. 通过 Formarst-F 型膨胀仪模拟 闪光焊接时材料熔合区的热循环过程, 分析两种对焊