冷却速率和粉末特性对球墨铸铁的粉末焊接区的热稳定的影响

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1、冷却速率和粉末特性对球墨铸铁的粉末焊接区的热稳定的影响摘要：关于在大型模具中采用球墨铸铁的应用，多数的缺陷都是在焊补的位置出现的。冶金方面的相关调查指出，在热影响区微裂纹存在的主要问题，使用的主要的修补方法是氧乙炔粉末焊接的表面修复。还有使用粉末与镍基合金的自熔特性，通过控制冷却条件来进行模拟修复大型模具。结果表明，在焊接预热标准的前提下使用镍基合金粉末焊接的大零件时在一定条件下相对较高的冷却速率的作用下，微裂纹会出现在球墨铸铁的热影响区(HAZ)。断裂过程显示镍基合金焊接在焊缝的根部由于应力的收缩效应引起的。该裂纹主要集中在球墨铸铁的石墨和铁素体的分解面，然后经过马

2、氏体。关键词：球墨铸铁；裂纹；镍基合金；热影响区；马氏体1.前言球墨铸铁是一种应用广泛的材料，可以用于铸造大型、复杂的零部件。球墨铸铁相对较高的强度和韧度以及一些铁的特性，使得球墨铸铁在应用中具有一定的优势。要想使球墨铸铁的表面硬度和显微组织中珠光体的数量增加[1]，可以降低球墨铸铁表面的淬火温度。在焊接过程中形成的不同的显微组织，可以使用不同的过冷奥氏体连续冷却曲线（CCT）图来确定。然而，现在只有一些有牌号的球墨铸铁才有CCT图[2][3]。粉末焊接通过专门设计的喷嘴以粉末合金的方式进行焊接，美联储采用计量装置通过测量氧气流/乙炔流来确定焊接速度。粉末焊接，由于独

3、特的热循环特性以及镍基自熔性堆焊材料的冶金特性，被广泛应用于修复不同铸铁的表面缺陷。氧乙炔火焰，是一个强度相对较低的热源，可以产生如手工电弧焊（SMAW）这个工艺类似的比较温和的冷却速率。此外，粉末的自熔性焊接中，镍基合金的熔点明显低于铸铁和纯镍，因此峰值温度在明显低于通常铸铁热影响区的温度区间1400~900℃[4]。自熔性合金的类型和以及为了方面的应用程序，它是用于不同等级的灰铸铁和球墨铸铁的回收及重复利用[5]。自熔性成分在熔池表面形成的氧化物的原因的焊料通过金属键和金属连接起来形成的。铸铁焊接容易形成裂纹是一个众所周知的现象。在焊接过程中，铸铁通常被认为是焊接

4、性差。产生这种现象的主要原因是在使用普通的镍基合金作为焊料时，在焊接热影响区冷却时在熔化区（PMZ）容易产生含碳量比较高的脆硬组织及硬质相[6-10]。据记载，在采用电弧焊接铸铁的过程中，在熔合区（PMZ）容易产生马氏体和莱氏体[11]。然而，由于低的冷却速率和氧乙炔工艺和相对较低的峰值温度与自熔性合金，粉末焊接铸铁的零件，在热影响区相对于其他的焊接方法比较不容易开裂，对于这个结论还没有在文献中明确的提出。9在一些汽车生产线上，大型压力机的模具成型的应用中，在维修的过程中发现一些裂纹出现在粉末焊接修补过的位置。模具制造过程中球墨铸铁的等级是GGG70。疲劳试验和随后的

5、金相调查显示，原因主要是基体金属热影响区的焊补缺陷有关。本次课题研究涉及较少的研究范围在粉末焊接球墨铸铁在热影响区产生裂纹的可能性及了解产生这种现象的机制[12]。球墨铸铁的基体化学成分2、实验过程等级为GGG70的球墨铸铁是最基本的一种铸铁。这种铸铁的屈服强度在430MPa极限强度在690MPa。试样通常的尺寸为60*60*20mm3。在焊接前，试样表面的污秽物如油脂和油必须清理干净。基体的化学成分列于表1，这两种粉末的化学成分和应用数据列于表2。采用堆焊技术焊接样品。设置10升/分钟，模式为氧气和乙炔的流量，火焰呈中性。建议采用粉末焊接焊接球墨铸铁。粉末沉积后，试

6、样采用三种不同的冷却方式冷却。一部分样品使用大铜板接触冷却，放在水中的样品（CR1）冷却速率最高。第一组实验的冷却速率被设计呈模拟在实践过程中板厚大于一毫米局部预热300℃的焊接。一些样品在空气中冷却（CR2）用来模拟预热300℃并且焊缝有足够的长度。最后，寻找最优的设计条件，一部分样品在后期加热到400~500℃。通过对温度与焊缝及邻近的地方采用热电偶传感器与剖面测量冷却速率如图1所示。值得一提的是，实验经过精心设计，基于四组不同的条件不是六组，把可以预料的因素都集中起来，提高实验效率。后期的结果表明，实验的充分性。3、实验结果与实验讨论母材的微观组织结构如图2a所

7、示。金属基体是有珠光体的基体上弥散分布球状石墨。矩阵可以看作是共析钢0.8%碳含量。可以看出，石墨结节分散的颗粒组成的细珠光体层一起在晶粒边界存在三结更多的铁素体（图2b）。对于焊缝的化学分析表明，正如预期的那样与以前的报告相吻合，该样本稀释度低，即在1~5%范围之间。焊接热影响区的样品A1在焊缝区的显微组织结构图3a。该样品的冷却速率最高（CR1）而且可以看出整个热影响区为马氏体。显微硬度测试结果如图4所示。焊接热影响区硬度高的宽度约为3mm。在A1中开裂的主要原因是针状马氏体大和硬度高所引起的。9在图3b显示的是样品A2的针状马氏体的分布，实验条