不銹鋼_碳鋼爆炸復(fù)合板消除應(yīng)力熱處理

1、第12卷第1期高壓物理學(xué)報(bào)V o l.12,N o.11998年3月CH I N ESE JOU RNAL O F H IGH PR ESSU R E PH YS I CS M ar.,1998不銹鋼 碳鋼爆炸復(fù)合板消除應(yīng)力熱處理王治平何智李強(qiáng)(中物院流體物理研究所沖擊波物理與爆轟物理實(shí)驗(yàn)室,成都523信箱610003高國(guó)慶(西南交通大學(xué)材料系,成都610031摘要為了消除爆炸焊接不銹鋼 碳鋼復(fù)合板界面的殘余應(yīng)力,對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了消除應(yīng)力熱處理,并做了力學(xué)性能測(cè)試、顯微硬度測(cè)量、掃描電鏡分析和金相分析。結(jié)果表明,不論是否經(jīng)過熱處理,界面兩側(cè)的成分都有互擴(kuò)散發(fā)生;熱處理溫度小于550時(shí),力學(xué)性能

2、、金相組織和顯微硬度變化不大;熱處理溫度高于650時(shí),硬度曲線下降到接近原材的硬度,但同時(shí)界面近區(qū)碳鋼表層發(fā)生脫碳現(xiàn)象;熱處理溫度在750時(shí),碳鋼內(nèi)部還發(fā)生相變。因此不銹鋼 碳鋼復(fù)合板的最佳熱處理溫度可能在600左右。關(guān)鍵詞爆炸復(fù)合熱處理殘余應(yīng)力中圖法分類號(hào)O3891引言由于爆炸復(fù)合過程中基、復(fù)板之間發(fā)生高速碰撞,因此在復(fù)合界面會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力,使界面兩側(cè)材料局部沖擊硬化。為了消除爆炸復(fù)合界面的殘余應(yīng)力,爆炸復(fù)合板材在復(fù)合之后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行消除殘余應(yīng)力熱處理1。熱處理溫度要精心選擇,溫度太低,殘余應(yīng)力不能消除;溫度太高,可能出現(xiàn)碳鋼脫碳及其它冶金學(xué)變化,因而影響不銹鋼復(fù)層的抗腐蝕性能。我們對(duì)爆炸復(fù)合1

3、C r18N i9T i Q235A樣品進(jìn)行了不同溫度的熱處理工藝實(shí)驗(yàn),并作了力學(xué)性能測(cè)試、顯微硬度測(cè)量、掃描電鏡分析和金相分析。結(jié)果表明,最佳熱處理溫度可能在600左右。2熱處理工藝及力學(xué)性能2.1熱處理工藝條件爆炸復(fù)合樣品為1C r18N i9T i Q235A,對(duì)復(fù)板厚度為f=4mm、裝填比為R=0.86和f=王治平:男,1940年11月生,副研究員。1997205208收到原稿,1997211205收到修改稿。5mm 、R =0.64的樣品,熱處理溫度分別為350保溫2h 和550、600及650保溫1h 空冷,做了貼合剪切實(shí)驗(yàn)和剝離實(shí)驗(yàn),并與常溫樣品做了比較;對(duì)f =2mm 、R =

4、1.20的樣品,熱處理溫度分別為550、650和750,保溫1h 后空冷,做了金相分析、掃描電鏡分析和顯微硬度測(cè)量。2.2力學(xué)性能測(cè)試對(duì)不同溫度處理后的1C r 18N i 9T i Q 235A 復(fù)合樣品進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試,其中包括貼合剪切實(shí)驗(yàn)和剝離實(shí)驗(yàn)。貼合剪切實(shí)驗(yàn)樣塊和剝離實(shí)驗(yàn)裝置分別示于圖1和圖2。測(cè)試結(jié)果列入表1中。從表1結(jié)果可以看到,不同溫度處理后的樣品,其力學(xué)性能(包括貼合剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度變化不明顯 。圖1剪切實(shí)驗(yàn)樣塊1.復(fù)板,2.基板F ig .1T en sile shear test 1.F lyer p late ,2.Paren t p late圖2剝離實(shí)驗(yàn)裝置1.基

5、板,2.復(fù)板,3.底座,4.頂桿F ig .2Stri pp ing test 1.Paren t p late ,2.F lyer p late ,3.Suppo rting ring ;4.R am表1熱處理工藝及力學(xué)性能測(cè)試Table 1Hea t trea t m en t technology and m echan ica l properties testsSamp le N o .A nnealing temp .(T i m e of keep temp .(h Shear strength (M Pa Stri pp ing strength(M Pa N o te0350

6、2405f =5mmR =0.861Room temp .390f =5mmR =0.64A Room temp .476B 5501502C 6501573D7501506f =2mmR =1.2016第1期王治平等:不銹鋼 碳鋼爆炸復(fù)合板消除應(yīng)力熱處理圖3f =2mm 爆炸復(fù)合樣品顯微硬度曲線F ig .3M icrohardness cu rves (f =2mm 3顯微硬度測(cè)試對(duì)復(fù)板厚度為f =2mm 、裝填比為R =1.20的爆炸復(fù)合樣品測(cè)量了焊接界面的顯微硬度。不同溫度處理后的顯微硬度曲線示于圖3中。樣品經(jīng)550保溫1h 處理后,其顯微硬度曲線與常溫曲線相差很小,說明焊接界面的硬度

7、沒有明顯下降;但在650和750保溫1h 處理后的顯微硬度曲線明顯低于常溫曲線,說明熱處理有了成效,焊接界面兩側(cè)的材料硬度明顯下降。為了檢驗(yàn)焊接界面附近是否出現(xiàn)其它冶金學(xué)問題,我們還用掃描電鏡測(cè)量了界面兩側(cè)的材料成分,并做了金相分析。4掃描電鏡分析我們對(duì)常溫及三種溫度處理后的樣品用AM RA Y 21845FE 場(chǎng)發(fā)射掃瞄電子顯微鏡做了成分分析。Si 、C r 、Fe 、N i 四種重量百分比含量較高元素的成分分析結(jié)果列于表2中,分析點(diǎn)的位置如圖4所示。550不銹鋼次表面(圖4(b ,B 點(diǎn)和650不銹鋼過渡區(qū)(圖4(c ,D 點(diǎn)的成分曲線示于圖5。表2掃描電鏡分析結(jié)果Table 2The r

8、esults of co m position ana lysesPo siti onT emp .(wSi(%w C r (%wFe(%w N i (%550650由圖5和表2所列結(jié)果可以看出:a 不論是否經(jīng)過熱處理,爆炸復(fù)合不銹鋼 碳鋼界面兩側(cè)均有成分?jǐn)U散,即Q 235A 一側(cè)有C r 、N i 成分,1C r 18N i 9T i 一側(cè)有Si 、Fe 成分;擴(kuò)散程度與熱處理溫度關(guān)系不大,但與取樣位置有關(guān):離界面越遠(yuǎn),擴(kuò)散成分的含量越少。說明界面兩側(cè)這種成分?jǐn)U散是爆炸焊接本身產(chǎn)生的,與熱處理工藝無關(guān)。26高壓物理學(xué)報(bào)第12卷(a Room temp .;A - Sub su rface o

9、f Q 235A ;B -Sub su rface of 1C r 18N i 9T i(b 550× 1h ;A -Su rface of Q 235A ;B ,C -Su rface and tran siti on regi on of 1C r 18N i 9T i(c 650×1h ;A ,B -Su rface of Q 235A and 1C r 18N i 9T i ;C ,D -Sub su rface and tran siti on regi on of 1C r 18N i 9T i圖4掃描電鏡取樣點(diǎn)位置示意圖F ig .4T he locati o

10、n of m easu ring po in t fo r scann ing(a 550×1h ,sub su rface of 1C r 18N i 9T i ,no carbon peak(b 650×1h ,tran siti on regi on of 1C r 18N i 9T i ,there s carbon peak圖5550和650不銹鋼成分分析F ig .5T he compo siti on analyses of stain less steel at 550and 65036第1期王治平等:不銹鋼 碳鋼爆炸復(fù)合板消除應(yīng)力熱處理b 在溫度低于550

11、時(shí),即使在不銹鋼次表面也看不到碳的峰值;但在650時(shí),在離界面更遠(yuǎn)的過渡區(qū)也能看到很小的碳峰(見圖5,說明碳鋼中的碳已擴(kuò)散到不銹鋼過渡區(qū),碳成分的這種擴(kuò)散與熱處理溫度有關(guān),是熱處理造成的。5金相分析常溫和550、650、750三種溫度熱處理后的樣品界面金相照片示于圖 6中。由圖可見:a 對(duì)常溫和550熱處理的碳鋼表層(近界面層有嚴(yán)重變形引起的纖維狀組織和許多細(xì)小顆粒,心部組織為鐵素體加珠光體(見圖6(a 和圖6(b ;不銹鋼界面為第二相點(diǎn)狀組織,心部為針狀組織(見圖6 (e 。b 經(jīng)650處理的碳鋼樣品近界面區(qū)小顆粒組織消失(可能表示發(fā)生脫碳,晶粒變得粗大,心部組織仍為鐵素體加珠光體,但已看不

12、到組織變形所產(chǎn)生的滑移線(見圖6(c ;而在不(a Room temp .(Q 235A ,×120(b 550×1h (Q 235A ,×100(c 650×1h (Q 235A ,×120(d 750×1h (Q 235A ,×120圖6不同處理溫度時(shí)Q 235A 和1C r 18N i 9T i 金相照片F(xiàn) ig .6T he m etallograph of Q 235A and 1C r 18N i 9T i at differen t temperatu res46高壓物理學(xué)報(bào)第12卷第1期 王治平等: 不銹鋼

13、碳鋼爆炸復(fù)合板消除應(yīng)力熱處理 65 (e 550×1h ( 1C r18N i9T i , ×500 (f 650×1h ( 1C r18N i9T i , ×500 圖6 ( 續(xù) F ig. 6 (Con tinued 銹 鋼界面則有大量的黑色小顆粒, 由文獻(xiàn) 2 得知可能是脫碳后形成的碳化鉻顆粒 ( 見圖 6 (f 。 c 750處理的碳鋼樣品表層金相組織與650相似, 近界面區(qū)小顆粒組織消失的范圍擴(kuò) 大, 晶粒也更加粗大; 而其心部已不再是 Q 235A 鋼的原始組織, 而是板條狀馬氏體加塊狀鐵素 體, 估計(jì)發(fā)生了相變 ( 見圖6 ( d ; 不銹

14、鋼表層及心部與650基本相同。 6結(jié)論 a 1C r18N i9T i Q 235A 復(fù)合鋼板不論是否經(jīng)過熱處理, 界面兩側(cè)都有物質(zhì)相互擴(kuò)散, 擴(kuò)散 程度與熱處理溫度關(guān)系不大, 但與距界面的距離有關(guān); 離界面越遠(yuǎn), 擴(kuò)散成分越少, 擴(kuò)散范圍一 般為幾十微米。 b 熱處理溫度低于550時(shí), 界面兩側(cè)近區(qū)的顯微硬度沒有變化; 熱處理溫度高于 650 時(shí), 顯微硬度明顯降低。 c 熱處理溫度低于550時(shí), Q 235A 鋼基本上不產(chǎn)生脫碳, 而在熱處理溫度高于650時(shí) 發(fā)生脫碳。 d 為了消除焊接界面的殘余應(yīng)力而又不明顯產(chǎn)生碳鋼脫碳, 最佳的熱處理溫度估計(jì)在 600左右。 參考文獻(xiàn) 1C ro ss

15、lan B. Exp lo sive W eld ing of M eta ls and Its A pp lica tion. O xfo rd: C la rendon P ress, 1982 2T eslenko T S. Sabo lenko T M , B erd ichevsk ii G V. T he Structu re of Exp lo sion W elded Jo in ts A vt Sva rka, . 1972, ( 1 : 1 4 66 高 壓 物 理 學(xué) 報(bào) 第12卷 THE HEAT TREAT ENT O F THE RES I UAL M D STRE

16、SS REL IEVED FO R EXPLO S IVE W ELD ED STA INL ESS STEEL CARBO N STEEL CLADD ED PLATE W ang Zh ip ing, H e Zh i, L i Q iang (L abora tory f or S hock W av e and D etona tion P hy sics R esea rch , Institu te of F lu id P hy sics , CA E P , P. O. B ox 523, C heng d u 610003, C h ina Gao Guoqing (D ep

17、 a rtm en t of M a teria ls, S ou thw est T raf f ic U n iv ersity , C heng d u 610031, C h ina ABSTRACT T he hea t t rea tm en t of exp lo sive w elded sta in less steel ca rbon steel cladded p la tes w ere conducted in o rder to relieve the residua l st ress nea r the w elded in terface. T he m ec

18、han ica l p erfo rm ences of the sam p les and the m icroha rdness cu rves of bo th sides of in ter2 face w ere m ea su red. T he com po sit ion of bo th sides nea r the in terface w ere ana ly sed by the scann ing elect ron m icro scop e and the m eta llo scop y. T he resu lt s ind ica te tha t w hether the sam p le is hea t 2t r