高氮钢机器人富氮双丝PMIG焊接工艺试验研究(2)

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4.1 拉伸试验 18

4.2 冲击试验 18

4.3 维氏硬度试验 19

4.4 焊接接头及焊缝微观组织分析 21

4.5 焊接缺陷 22

4.6 扫描电镜SEM 23

4.6 本章小结 25

结论 27

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1 选题背景及意义

含氮奥氏体不锈钢是工程材料的一个重要部分,高氮钢比较全面的定义一般而言,在铁素体钢中氮含量超过0.08% (质量分数), 奥氏体不锈钢钢中渗入的氮含量达到或超过0.4% (质量分数), 就称这类不锈钢为高氮钢[1]。为同样能获得单相奥氏体组织，在制备高氮奥氏体不锈钢(以下简称高氮钢)时主要是通过加入氮元素来部分甚至完全代替合金元素镍的作用。

目前发展高氮钢已经被认为是发展高质量冶金技术的主要方法之一。氮会对不锈钢产生明显的影响, 高氮钢在机械性能及抗腐蚀性能上优于不含氮的钢[2]。氮作为钢中一种重要的影响因素被广泛的研究, 高氮钢的研究和应用越来越受到重视。现在全世界倡导CO2减排、汽车行业要求发动机更加高效、车体重量更小以进一步提高汽车的燃烧效率。高强度、耐热性能又好的钢将大有用武之地, 所以高氮钢在汽车行业中也将有可能得到广泛应用。目前的大部分高氮钢钢种并非全部需要高压熔炼, 空气中含有大量氮元素，所以在原料上具有一定的优势, 充分发挥氮元素合金化能提高钢的强度、增强耐腐蚀性。研究新的冶炼工艺并开发新的含氮廉价钢种, 扩大高氮钢的工业生产规模和应用领域是很有前途的[3]。

高氮奥氏体不锈钢的强度是普通奥氏体不锈钢的3倍左右，而韧塑性仍然可以与之媲美。此外由于氮含量较高，可在极低Ni含量的情况下，获得全奥氏体组织。同时不锈钢抗点蚀以及抗应力腐蚀的能力会随着氮含量在一定范围内的增加而提高，同时降低晶间腐蚀的概率。在不锈钢中加入但元素具有以下优点:①与碳元素相比,氮元素能使基体材料得到更有效的强化,同时可以促使晶粒得到细化;②氮元素和Ni元素一样也是奥氏体化形成元素,同时还可以降低合金中的Ni含量,避免出现铁素体和形变马氏体;③尽管氮对材料总体抗酸腐蚀的性能没有明显改善,但可以极大地提高材料抗点蚀和缝隙腐蚀能力[4]。

高氮奥氏体不锈钢一开始的应用主要限于某些特殊场合，可能更多地时候普通民用场合的应用仍欠广泛。采用高性能、低成本的设计和制造工艺是推动高氮钢广泛应用的关键措施。此外，系统的研究高氮钢热处理工艺、制备技术及使用性能之间的关系、探寻优良的焊接工艺对于促进高氮钢的推广也十分重要。

1.2 高氮钢焊接技术难点

高氮钢具有含氮量高的特点,焊接时可能会出现如此啊问题(1)焊缝区氮元素的损失，一般形式是氮气孔的形成和氮的逸出;(2)焊缝区和热影响区有氮化物，碳化物以及碳氮化物的析出,机械性能和抗腐蚀能力都会下降;(3)焊缝凝固裂纹及热影响区液化裂纹的形成。高氮钢是因为较高的氮含量才具有这样良好的性能,仙子问题是在其熔焊过程中,焊缝区氮的损失降低了焊缝中的固溶氮含量,从而造成接头性能的下降,因此,高氮钢熔焊时首先需要解决氮的损失问题,保证焊接接头性能[5]。