焊接Fe3AIQ235熔合区微观结构表征

焊接Fe3AI/Q235熔合区微观结构表征马海军；李亚江；U.A. Puchkov;王娟。

山东省石靖路73号山东大学液态结构及其遗传材料重点实验室；俄罗斯莫斯科105005 鲍曼莫斯科国立技术大学公关ChinaMaterial科学系。

文章信息：关键词：文章历史：Fe3AI金属化合物2007年7月17日收到焊接工艺2008年6月21在修订后的形式收到微观结构2008年6月24日出版裂纹摘要：对Fe3ＡＩ／Ｑ２３５焊接区进行分析，以调查焊接材料金属化合物的组织微观特征。

结果表明由于Ｃｒ２５，Ｎｉ１３等金属作为填充物从而获得了无裂纹的焊缝区。

由于铝，镍，锰，铬元素在熔合区附近的剧烈波动，产生了焊接区的微观结构不同的形态。

鱼骨状结构的Q235钢侧熔合区中是铁（铬，铝，镍）固溶体组成。

焊缝断口处的的剪切强度达到了５３３.３３ＭＰａ，断口的断裂形式主要是穿晶断裂且沿[1 1１]面向{110}面发生。

并判定断口晶面的结构模式和其中铁的相位关系，确定上贝氏体在焊缝中的成分及焊缝区组织形态的变化。

爱思维尔．版权所有2008１介绍在CON传统紊乱中,不同类的金属材料具有不同的原子排列。

低于熔点（Tm）或关键订购温度（Tc）不同的原子倾向于占据特定的晶格网站形成超晶格结构[ 1-3 ]。

Fe3Al具有导电、导磁和耐腐蚀的性能。

它由铝、铁元素构成，所以具有低成本和低密度的特点。

在低于600◦的温度下其强度没有太大的变化，因此它是常用的高温结构材料[ 4-7 ] 。

在社会发展中，有些铁结构在关键的时候应用Fe3Al焊接。

然而，Fe3Al焊接时容易产生裂纹[8–10]，尤其是对传统的焊缝熔焊，裂纹是结构材料工程应用中的主要障碍。

在我们以前研究的一些铬镍合金系列cr18 - NI8 、Cr18 - Ni13 、Cr25 - Ni13 Cr25-Ni20 ，具有优良的应用于焊接材料抗裂性能。

并且在室温中Cr25 - Ni13合金的焊接容易获得光滑、无裂纹的融合区。

因此，Cr25 - Ni13合金作为钨极惰性气体电弧焊接（氩弧焊）为Fe3Al／Q235钢在这篇文章中的填充材料，以调查的焊接结构的性能。

由对Fe3Al/Q235焊接区微观特征、元素分布、断裂特性和精细结构进行研究，从而为Fe 3 Al金属间化合物作为工程材料的应用提供了一个重要的实验和理论依据。

２实验性在测试中使用的材料是Fe3Al金属间化合物板和Cr25 - Ni13合金丝。

Fe3Al金属熔化的真空感应炉和制作成板热轧技术，其成分和热物理性质的关系如表1所示。

Q235钢和Cr25 - Ni13合金的成分和力学性能如表2所示。

焊前通过机械和化学的方法去除Fe3 Al和Q235钢表面氧化膜和污垢。

Fe3Al金属和Q235钢在室温下焊接采用氩弧焊等方；测试设备为ZX69 -150交直流可控硅整流弧焊机；用线切割法得到Fe3Al/Q235接头，切成大小为10毫米×10毫米×8毫米。

在测试中使用的焊接参数为：焊接电流90 ，电弧电压28-32伏，氩气流量L最小-1 ，焊接速度4.0-5.2厘米min-1的，如表3所示。

Fe3Al/Q235接头焊后，制备成金相样品，然后由盐酸和硝酸溶（3:1）溶液腐蚀。

焊接区的微观组织和断口形貌用尼康XFN-ASIA -IIA的金相显微镜和JXA- 840扫描电子显微镜（扫描电镜）观察并分析。

用JXA- 880R电子探针分析仪（EPMA ）（能量色散谱（EDS ）附件）和H- 800透射电子显微镜（TEM），分别通过该元素的分布和精细结构进行了测定。

H. Ma et al. /材料化学与物理112 （2008）810-815表１Fe3Al金属间化合物的成分和热物理性质成分（Wt%）Fe AI Cu Nb Zr B Mn Ce81.02 16.82 0.78 0.63 0.28 0.01 0.1 0.15热物理性质，化学性质结构有序的临界温度（◦c）杨氏弹性模量（GPA）熔点（◦c）热膨胀系数（10-6K- 1 ）密度（gcm−3）拉伸强度（MPa）伸长率（％）硬度HRCDO3 540 140 1540 11.5 6.72 455 2 ≥293结果与讨论3.1焊接区的微观结构Fe3Al金属焊接性较差，因此Fe3Al金属侧熔合区是整个焊接结构脆弱的地区。

可以看出，在图1A中，Fe3Al为基体金属和Cr25 - Ni13合金作为焊缝填充金属，焊接结构中不开裂的地方发生在Fe3Al金属边融合区。

由冷却速度和本地合金元素的波动影响，Fe3Al金属侧熔合区的显微组织由奥氏体（A）和不同形态的铁素体组成如图（六）所示。

A板的平行排列与熔合线的角度大致为和50-70。

一个板块的传播方向表示最大温度梯度凝固的方向。

其中的一个板块，在Q235钢侧的焊接热循环的影响下融合区焊缝金属颗粒很粗，见图1b。

由于合金元素的熔合区附近的过热导致浓度波动剧烈，所以共晶结构分布像一个粗的鱼骨。

当单相γ一铁氧体沉淀从熔池凝固时，Cr25 - Ni13合金被用来作为填充金属。

α±铁素体相变奥氏体以及为奥氏体E>铁氧体发生继续。

在室温下的焊缝矩阵是奥氏体（A）在焊缝中和共析铁素体（PF ）降水沿线的A晶界形成了亲共析铁素体（PF ）网。

上贝氏体（UB ）从A晶界和侧方扩展到一个谷物沉淀。

一个颗粒内部的一些下贝氏体（LB）分布见图。

2A。

顶端焊缝的微观结构与中间焊缝类似，由于冷却速度更快成典型的羽毛状分布见图2B。

3.2熔合区附近的元素分布如上所述，熔合区附近的显微组织影响较大的合金元素的分布。

图3A表明Fe3Al/Q235联合Fe3Al金属边熔合区附近的散射图像。

焊缝区、熔合区和Fe3Al金属基体由于材料不同它们之间具有明显的过渡区。

焊缝区的焊逢纹理细小紧密，其组成结构类似脚趾垂直与Fe3Al 金属熔合区，表明合金元素的熔合区附近的波动和分流。

通过电子探针测量铝，铁，镍，铬的分布，如图3 B所示。

由此可以看出，铝，镍和铬的波动严重，尤其是在融合区。

在Fe3Al 金属基材中铝的含量远高于铁，而铁则是分布在一个相对稳定的条件下。

这表明，铝有较大的扩散系数，并能够在较高温度下扩散。

Fe3Al金属铝原子的损失，促进Fe3Al金属间相形成了有序无序的B2或DO3结构。

Q235钢侧熔合区的散射图像如图4 A 。

由此可以看出，融合区的微观结构和焊缝是类似的，它们之间没有明显的过渡地带。

与Fe3Al金属边融合区的焊缝纹理比较短、小。

图4B表明，融合区的铁含量变化不大，镍、铬浓度下降。

冷却速度快和锰、镍、铬元素的剧烈波动导致合金元素的元素分布不均匀。

锰、镍元素促进了奥氏体的形成，铬促进了铁素体的形成，这是众所周知的。

微观结构的不平衡，对Q235钢侧熔合区附近结构的影响如图所1B示。

为了进一步确定在Q235钢侧熔合区共晶结构，实验中我们用EDS来确定其组成图和结果如表5和表4 。

由此可见，共晶结构主要由铁5.14％，铬 3.55％，铝2.38％，镍87.88％组成。

表3Fe3Al/Q235联合测试中使用的焊接参数焊接方法填充合金焊接参数电流（A）电压（V）速度（厘米分钟， 1 ）速度（厘米分钟1 ）氩气流量（L最小1 ）TIG Cr25–Ni13 90 28–32 4.0–5.2 7表2Q235钢和Cr25 - Ni13合金的成分和力学性能（质量分数，％）抗拉强度/ MP元素 C Si Cr Mn Ni S Mo PQ235 Cr25–Ni130.12–0.20≤0.15≤0.30≤0.90-2.20-2.500.30-0.70,0.5–2.5-12.0-14.0≤0.045% --≤0.75≤0.045-450.6≥550H. Ma et al. /材料化学与物理112 （2008）810-815图1。

熔合区的显微组织：（一）Fe3Al金属侧及（b）Q235的一面。

图2。

焊缝的显微组织3.3在Fe3Al/Q235焊接接头断裂特性剪切强度和断裂形态可以反映焊缝的机械性能。

Fe3Al/Q235联合剪切试验表明，断裂发生在Fe3Al金属热影响区（HAZ），达到533.33 MPa的剪切强度。

Fe3Al金属边的断裂面，主要是穿断裂层的分裂步骤组成。

裂解步骤45 ◦方向的剪切力，发现如图6 A 。

据了解，Fe3Al金属间化合物的主要支路系统[111] {110} 。

因此，可能发生骨折沿[1 1 ] {110}面的方向。

分布图的卵裂steps.Further意见和明显的河流模式。

6 B表示的分裂步骤，包括微步，寻找像鱼鳞。

Fe3Al金属间化合物是已知的脆性和经常穿卵裂破裂模式。

有人指出，焊接热循环没有改变这种材料的断裂模式。

骨折端对Q235表面主要是沿晶断裂模式，见图。

7A。

合金元素的偏析在晶界形成降水，弱的晶界诱发晶故障。

这表明，降水增强劈裂强度，但降低Q235侧骨折表面的晶间强度。

也有一些准解理骨折，在Q235钢侧断口如图。

7B。

3.4焊接区的精细结构为了更好的观察Fe3Al/Q235焊接区的精细结构，分别由TEM和选择区电子衍射分析削减一些薄箔Fe3Al金属侧熔合区、焊缝和热影响区Fe3Al金属。

熔合区的精细结构，获得了使用A= [1 1 1 ]和 B = [ 2 2 1 ]复合反射图8。

图3。

元素Fe3Al金属侧熔合区附近分布：（一）散射图像及（b）元素的分布。

图4。

元素Q235钢侧熔合区附近分布：（一）散射图像及（b）元素的分布。

表4降水Q235方融合区附近的组成元素SPECT 。

类型元素（％）原子（％）ＡＩＥＤ１.７６３.５５ＳｉＥＤ０.１５０.２９ＣｒＥＤ４.８９５.１４ＭｎＥＤ０.７７０.７７ＦｅＥＤ８９.８８８７.８８ＮｉＥＤ２.５６２.３８图5。

EDS分析，鱼骨状的沉淀。

图6。

Fe3Al金属边的断裂模式：（一）穿晶断裂和（b）倍率的分裂步骤。

H. Ma et al./材料化学与物理112 （2008）810-815图7。

Q235的一侧断裂模式：（一）沿晶断裂和（b）准解理断裂图8。

：（一）Fe3Al金属侧熔合区附近及（b）在焊接熔合区和焊缝的精细结构。

E>相内分布位置的密度较高，但较低的阶段容易形成错位。

晶格方向Ë >和阶段（1 １0 ）/ / （1 1 １）。

这表明α>相的形核和长大沿（1 1 １）阶段的习惯平原。

这些阶段分别组成分的晶体结构，无脆性相和微观缺陷，如孔隙和裂缝。

Fe3Al金属侧熔合区的优良性能可以得到保证。

分布在E>阶段一些硬质合金夹层。

精细结构的焊缝所示。

8 B 。

选定区域的衍射轴是Be > = [111] 。

E>铁氧体是在板条或透镜状模式，宽度约0.5米，由母亲相分离。