TWIP钢薄板激光和TIG焊接行为研究

论文摘要

为了满足快速发展的汽车领域对减自重、降油耗、低排放、更安全等方面的更高要求,钢铁业界同仁正在努力进行改革和创新,研究开发具有更好综合性能的新钢种。TWIP(Twinning Induced Plasticity)钢具有极高的塑性、高的应变硬化率和高的强度,它的冲击吸收功是普通高强钢的两倍。这些优良的性能可以很好地满足现代汽车工业的要求。因此,TWIP钢在未来的汽车领域具有非常广阔地应用前景。焊接工艺过程节省金属、生产率高、产品质量好,且大大地改善劳动条件,所以广泛应用于机械制造领域。据工业发达国家统计,每年有占总量45%左右的钢材需要进行焊接加工之后才能使用。因此研究TWIP钢的焊接性能很有必要性。本文选用厚度为1mm的三种不同成分含量TWIP钢板,采用500W脉冲Nd:YAG固体激光器和全自动TIG焊机分别进行焊接,通过对焊接接头进行显微组织观察、拉伸、杯突、断口扫描、显微硬度、X射线衍射分析、电化学腐蚀实验,研究了焊接接头显微组织和性能,比较了两种焊接工艺对TWIP钢焊接接头综合性能影响。主要结论如下。1、对激光焊后的三种TWIP钢板材(编号为1#、2#和3#)焊接接头进行组织性能对比分析可得：三种板材激光焊接接头宏观焊缝为上宽下窄并以焊缝中心为基准的对称分布,热影响区均不明显,焊缝中心形成较细小的等轴晶,在焊缝与熔合线接触的位置形成方向较一致的柱状晶,焊缝成形良好；三种板材激光焊接接头水平方向硬度分布趋势大致相同,在焊缝区硬度最高,在热影响区硬度值最小,3#板材基体硬度最大,为180HV；在焊缝深度方向上,三种板的焊缝硬度值呈“U”形走势,1#底层硬度最大,为432HV,2#和3#表层硬度最大,分别为422HV和400HV；经过拉伸实验,2#板激光焊接接头断裂在近缝的母材处,1#和3#激光焊接接头在焊缝处断裂,三种激光焊接接头经过拉伸后的弹性变形阶段都不明显,断裂时均无明显颈缩现象,通过实验测定2#强塑积最大,为41310MPa.%,2#激光接头性能最优越；1#和2#激光焊接接头拉伸断口均为韧性断裂,3#激光焊接接头表现为脆性断裂；经过杯突实验得到1#和2#母材及激光焊接后的焊缝塑性变形能力相对与3#都要优越。2、对三种TWIP钢板材TIG焊焊接接头进行组织性能对比分析可得：1#试样TIG焊焊缝中心的组织为细小的等轴晶,2#和3#则均为典型胞状树枝晶；1#和2#TIG焊焊缝硬度值相差不大,约为165HV,均高于3#焊缝硬度；经过拉伸实验,1#、2#TIG焊接接头在热影响区断裂,而3#在焊缝处断裂,三种板材断裂时均未发生颈缩现象,且三种焊接接头抗拉强度均小于母材；2#TIG焊接接头断口表现为韧性断裂,1#和3#表现为脆性断裂；1#和2#TIG焊接后的杯突值增大幅度相当,3#TIG焊接后杯突值增大幅度最大,TIG焊接接头的冲压性能良好。3、通过对2#板材激光焊和TIG焊接接头进行对比研究,结论如下：TIG焊试样的塑性变形能力远低于激光焊试样；激光焊接接头的平均显微硬度比TIG焊接接头的平均硬度高；TWIP钢经过激光焊和TIG焊后均无新相产生,仍然保持单一奥氏体组织；母材经过焊接后腐蚀速率变慢,经过TIG焊后的板材抗腐蚀性能最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 TWIP钢的发展历程
• 1.3 TWIP钢合金元素对性能的影响
• 1.3.1 C
• 1.3.2 Mn
• 1.3.3 Al
• 1.3.4 Si
• 1.4 TWIP钢的可塑性机理
• 1.4.1 TWIP钢的成型性
• 1.4.2 TWIP钢的层错能
• 1.4.3 孪晶的作用
• 1.5 高锰钢的焊接性
• 1.6 TWIP钢焊接性能的研究现状
• 1.7 本课题研究的意义、内容及技术路线
• 第二章 实验材料、设备及分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 实验材料的生产冶炼
• 2.2.2 实验试样的制备
• 2.3 实验设备
• 2.3.1 焊接实验设备
• 2.3.2 力学性能测试设备
• 2.3.3 实验分析设备
• 2.4 实验分析方法
• 2.4.1 金相组织分析（OM）
• 2.4.2 静力学拉伸
• 2.4.3 杯突实验
• 2.4.4 扫描（SEM）分析
• 2.4.5 X射线衍射分析（XRD）
• 2.4.6 显微硬度测试
• 2.4.7 电化学腐蚀工作站
• 第三章 TWIP钢薄板YAG激光焊焊接接头组织和性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 YAG激光焊焊接接头金相组织分析
• 3.4 TWIP钢薄板YAG激光焊接接头的力学性能
• 3.4.1 单向拉伸实验
• 3.4.2 拉伸断口扫描
• 3.4.3 杯突实验
• 3.4.4 显微硬度测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 TWIP钢薄板TIG焊焊接接头组织和性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 TIG焊接接头金相组织分析
• 4.4 TWIP钢薄板TIG焊接接头力学性能
• 4.4.1 单向拉伸实验
• 4.4.2 拉伸断口分析
• 4.4.3 杯突实验
• 4.4.4 显微硬度
• 4.5 本章小结
• 第五章 同种TWIP钢薄板不同焊接方法下接头性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 激光焊和TIG焊焊缝性能对比研究
• 5.2.1 拉伸实验
• 5.2.2 断口分析
• 5.2.3 显微硬度
• 5.2.4 X射线衍射分析（XRD）
• 5.2.5 电化学腐蚀实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文