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微合金钢焊缝金属中针状铁素体形成机理的研究

张德勤  
【摘要】:由于微合金钢具有良好的焊接性,所以在国民经济各部门中得到广泛的应用,其焊缝金属的力学性能是微合金钢使用性能的重要指标之一,而焊缝金属显微组织又是决定焊缝金属的力学性能的重要因素。当焊缝金属中含有65%以上、平均尺寸约为1μm的AF时,焊缝金属具有良好的综合力学性能。因此,研究微合金钢焊缝金属中AF的形成机理,具有重要的理论和实际意义。本文对微合金钢焊缝金属中AF组织的相变动力学和相变热力学进行了系统的研究,同时对热输入对焊缝金属组织及性能的影响和焊缝金属中的夹杂物也进行了深入的研究。 采用焊缝金属热模拟试验方法,首次建立了微合金钢焊缝金属中AF相变的各种T-t_c-f动力学曲线。通过分析得出AF相变规律为:①焊缝金属中AF相变温度范围为670~540℃;②AF相变是典型的形核和核长大的扩散型相变,相变存在孕育期,随着热输入的增加,孕育期增长;③AF相变动力学曲线是不完整的“C”曲线,没有明显的“鼻子尖”。④随着热输入的增加,焊缝金属中的AF含量增加,当热输入增加到某一临界值后,AF含量又开始减少;⑤AF相变f-T曲线和f-t_c曲线均呈“S”形,即AF相变的析出分数开始时随温度的下降而增加,然后加速进行,最后增加又趋缓和。⑥随着热输入的增加,AF相变移向高温下进行。 本文利用KRC模型和规则溶液模型首次对焊缝金属中AF转变的热力学驱动力进行了理论计算。两种模型的计算曲线能够很好地吻合,其误差在±10kJ/mol范围内,说明两种模型都能很好地用于焊缝金属中AF相变热力学计算。焊缝金属中AF开始相变的驱动力理论值为△G~(γ→α+γ1≤-570J/mol。随着转变温度的降低,AF的形核和长大驱动力增加;随着焊缝金属中碳含量的减少,AF的形核和长大驱动力增加。AF的总相变驱动力要小于其形核和长大的驱动力。 通过对夹杂物尺寸、数量进行统计分析,得出焊缝金属中约有60%夹杂物的尺寸都小于0.6μm,只有不足10%的夹杂物尺寸大于1.0μm。提供AF形核的夹杂物尺寸约94%以上都集中在0.2~0.6μm范围内。分析认为,夹杂物作为一种高能惰性界面促进AF的形核的观点和高应变能区促使AF在夹杂物上形核机制,都能够很好地解释AF在同一个夹杂物上的多维形核现象。 随着热输入的增加,焊缝金属中夹杂物的数量变化不大,尺寸较大的夹杂


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