65Mn钢激光焊接组织与硬度研究

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摘要：研究了65Mn钢激光焊接后微观组织和硬度的变化，结果表明：焊接质量良好，焊缝区组织由中心到边缘依次生成细小等轴晶、枝状晶、胞状晶。热影响区组织主要是针状马氏体、贝氏体以及少量铁素体。焊接接头主要由细小的α—Fe及Fe3C、FeSi等相组成。焊缝区平均硬度为HV710，热影响区硬度最高值约为HV770，从热影响区到基材硬度明显下降。 65Mn钢作为常用机器零件钢，广泛应用于机械、交通等部门。在做传统焊接时，由于65Mn的含碳量过高，有着难以克服的局限性，如热影响区大，热脆形性严重，而难以满足需求，与传统焊接方法相比，激光焊接具有深宽比大、焊缝窄、焊缝结合强度高、热影响区? ⒑附颖湫涡〖岸灾芪ё橹抻跋斓忍氐愣玫焦惴河τ肹1]，目前，有关65Mn钢激光焊接的研究很少，本文对65Mn钢进行了CO2激光深熔焊的实验研究，重点分析了65Mn钢激光焊接后焊缝及热影响区的组织和硬度变化，为将来65Mn钢激光焊接的应用提供理论指导。 1 实验材料及试验方法 1.1 实验材料 取退火状态下的65Mn钢棒料，其成分如表1所示。 1.2 试验方法表1 基材的化学成分(质量百分比%) 试样采用钼丝线切割成厚度为1mm，半径为12.5mm半圆柱状，使用前用400金相砂纸打磨表面，再用丙酮清洗备用。激光焊接试验采用TJ—HL—T5000型5kW CO2激光器，，光斑尺寸为3mm，焦距320mm, 焊缝长度为25mm，采用Ar气作为保护气体。用GX51型奥林巴斯金相显微镜进行显微组织观察和拍照，用D/Max-2200型全自动X射线衍射仪进行物相分析，用HV-1000显微硬度计进行显微硬度测试，载荷砝码200g，加载时间20s。对25个焊接试样进行焊后观察，找出焊缝成形好，接头狭窄，变形小，焊接焊缝笔直、光滑、均匀连续的三个最好试样进行分析，工艺如表2。表2 激光焊接工艺参数 2 实验结果分析 图1为焊缝中心→近中心区→边缘区的组织分布，由图1(a)可以看出，焊缝中心主要为等轴晶分布，近中心区为胞状晶与树枝晶的混合组织。由图1(b)可知，在靠近热影响区的边缘区为少量的胞状晶。 (a)焊缝区 100× (b)焊缝与热影响区 500× 图1 焊缝中心区与结合区的组织在进行激光焊接时，激光束与基材作用时间短，当光束移开后，熔池金属迅速冷却，然后快速凝固。在靠近熔池边缘，由于与母材接触，液态金属的结晶速度比熔池中心大，这样使焊缝金属生成胞状晶。在近中心区，由于温度梯度没有边缘区高，成份过冷度大，导致该区焊缝金属多数按树枝晶长大。而在焊缝中心区域，熔池金属温度梯度很小，熔池中未熔化的悬浮质点为非自发形核的现成凝固表面，这些晶粒不受其他散热条件的影响，可以自由生长，促使焊缝形成等轴晶[2-5]。 2.2热影响区金相组织 图2 热影响区的组织 500×图2为焊接热影响区组织，由图2(a)可见：焊接的热影响区粗晶区主要是由针状马氏体组成，这是由于在靠近熔合线附近，温度在1350