图 5从(a)SYSWeld和(b)实验获得的焊缝横截面图 。
4.2.X射线衍射
焊接和母材的XRD分析显示存在α相铁素体(图6) 。 α相铁氧体由有限量的溶解碳组成 , 并具有体心立方(BCC)晶格结构 。 焊接后 , α相铁素体〈1 1 0〉晶格结构的峰值强度增加 , 而其他晶格取向的峰值强度显著降低 。
图 6 接收和焊接试样的XRD图 。
4.3.晶粒结构和微观结构
通过XRD和光学显微镜(OM)成像(图7a) , 在基材上观察到铁素体相和珠光体相 。 基材由细晶粒组成 , 混合激光弧焊工艺后晶粒尺寸和微观结构没有显着变化 。
图 7 横截面的更高放大倍率OM显示了(a)基材 , (b)热影响区和(c)熔合区的晶粒结构 。
HAZ(图7b)是高温足够高(但低于熔化温度)以改变微观结构的区域 。 在焊接过程中 , 由于温度升高 , 母材在HAZ区域转化为更细的等轴晶粒 。 新的谷物在晶界开始生长 。 然而 , 焊接过程的短时间限制了晶粒生长 。 焊件中的HAZ区域相对较窄(约0.6 mm) , 并且在融合区观察到柱状晶粒 。
在SEM下对各个地区的进一步审查进行了调查 。 从图像(图8)中 , 确定了铁素体结构和碳化物相α 。 据观察 , 基材主要由α铁氧体晶粒和一些Fe3C 分布在它周围 。 在 HAZ 内 , 更多的铁3C分布在α铁氧体相内 , 而Fe3C和α铁氧体相在融合区呈针状和细长 。
图 8 横截面的SEM图像显示了(a)基材 , (b)热影响区和(c)熔合区的微观结构 。
融合区主要由马氏体相组成 。 马氏体的形成取决于材料的冷却速率 。 低碳钢HLAW期间的冷却速率先前已由Turichin等人研究 。 在他们的研究中 , 观察到冷却速率约为152°C / s , 并且在焊缝中观察到马氏体 。 低碳钢HLAW的冷却速度根据不同的工艺参数而变化 。 我们研究中的线性能量输入(411.5 J / mm)明显低于Turichin等人(1221.78 J / mm) 。 根据我们的模拟结果(图9) , 融合区内的平均冷却速率约为845.50 °C/s(峰值和马氏体起始温度之间) 。 这明显高于临界冷却速率 , 表明在融合区形成马氏体 。
图 9第一道温度曲线的模拟预测 。
4.4.EBSD分析
EBSD映射(图10)用于检查不同区域E1至E4的晶粒取向和纹理(图2) 。 结果与图7和图8中的OM和SEM图像一致 , 显示贱金属区域内的晶粒较粗 , HAZ中的归一化晶粒较细 , 熔合区内的针状针状结构 。 在重叠区域的HAZ中(来自双面焊接) , 与熔合区的微观结构相比 , 针状结构表现出更随机的纹理 。 从每次EBSD扫描中选择单个晶粒 , 以进一步分析极点图和晶体学 。
图 10 (a)基材、(b)热影响区、(c)融合区和(d)重叠区的热影响区的电子背散射衍射图像 。
分析了所选晶粒的极图 , 如图11所示 。 所选择的晶粒在〈1 0 0〉和〈1 0 1〉方向具有较强的质构 。 与融合区相比 , 基材和HAZ表现出不同的图案 。 基材和HAZ的极图结果表现出与其他研究一致的BCC结构 , 而从融合区提取的极图显示出马氏体结构 , 在〈1 1 0〉极图中存在希腊十字架和三重星星 , 与其他研究一致 。 预测的马氏体形成与EBSD结果的匹配良好(图12) 。
图 11 (a)基材 , (b)热影响区 , (c)熔合区和(d)重叠区的热影响区中所选晶粒的极图 。
图 12 区域(a)E3和(b)E4的相位映射 。
4.5.显微硬度
焊接试样的维氏显微硬度分布如图13所示 。 从结果来看 , 与热影响区(约350 Hv)和母材(约230 Hv)相比 , 在焊缝区域(约400 Hv)观察到更高的硬度和低波动 。 对于沿垂直轴的硬度映射 , 观察到硬度值从大约 419 Hv 显着降低到大约 306 Hv(图 14) 。
图 13 硬度结果如图2中的白色虚线所示 。
图 14 显示晶粒结构的横截面放大倍数更高 。
第一次混合激光焊接焊道的模拟结果如图所示 。 图15a和图15b显示了表面附近电弧导致的宽熔合区和激光源形成的更深的窄键孔区域 。 在第一道焊道中 , 由于快速凝固 , 熔合区主要由马氏体相组成 , 未观察到回火马氏体 。 第二道焊后 , 焊缝重叠区域显示出由热循环导致的回火马氏体小区域(图15f) 。 这与垂直方向的硬度映射一致 , 显示回火马氏体区域的硬度从约419HV降至约306 HV(图14) 。 如前一节所述 , 马氏体相变可以使用Ko?stinen-Marbürger模型来解释 。 根据测量结果 , 在熔合区和HAZ中观察到较高的硬度值 。 熔合区硬度值的增加主要归因于焊接过程中马氏体的形成 。 根据硬度值的降低和马氏体相分数的预测降低 , 回火马氏体相很可能在第二道中形成 。 这导致焊接重叠区域附近回火区的硬度值降低 。 回火马氏体硬度值的降低与Grange等人的研究结果一致 。 从图16中的SEM图像中 , 我们可以观察到E4处马氏体结构的粗化 。 数值模型预测的回火马氏体的相分数也与E3和E4之间马氏体相分数的差异一致 , 尽管回火马氏体的相分数不能通过EBSD表征直接测量 。
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