马氏体不锈钢机匣不同状态氩弧焊接头性能和组织研究

马氏体不锈钢机匣不同状态氩弧焊接头性能和组织研究

马秀萍

（中国航发南方工业有限公司，湖南，株洲，412002）

[摘要]研究了马氏体不锈钢1Cr12Ni2WMoVNb同种材料及其与1Cr11Ni2W2MoV异种材料焊接的钨极氩弧焊工艺，并分析了不同状态下的焊接接头的力学性能及显微组织。结果表明：上述两种不同组合方式的焊接接头，焊后经550℃消除应力回火，均可获得满意的接头力学性能，组织差异不明显。

[关键词]马氏体不锈钢氩弧焊接头性能组织

1Cr12Ni2WmoVNb与1Cr11Ni2W2MoV均是12%铬型马氏体热强不锈钢。这两种钢均具有优良的综合力学性能，耐蚀性好，可制造600℃以下及潮湿环境中工作的承力构件。某航空发动机燃烧室机匣拟由1Cr12Ni2WMoVNb同种材料或其与1Cr11Ni2W2MoV异种材料组合焊接而成，根据该机匣研制的需要，进行了1Cr12Ni2WMoVNb不同焊前热处理状态焊接接头及其与1Cr11Ni2W2MoV异种材料焊接接头的钨极氩弧焊工艺试验研究，测试了不同状态焊接接头的力学性能，并对其显微组织进行了研究，为该机匣设计及组合加工工艺制定提供数据基础。

1试验材料及方法

试验用母材之一为φ150mm的1Cr12Ni2WMoVNb棒材，采用线切割方法沿轴线方向切割成板材，然后采用磨床进行平磨，每边去除0.5mm重铸层。另一母材为2mm厚的1Cr11Ni2W2MoV板材。两种母材最终均加工成尺寸为t2.0×250×110的焊接试片，并按试验需求进行不同的焊前热处理。试验用焊丝牌号为H1Cr11Ni2W2MoV，规格为φ1.2㎜。试验用焊接设备为美国AMET公司的CBM-1.2×1.2型自动钨极氩弧焊设备，配备Miller350型焊接电源。试验时采取对接接头形式，不开坡口，采用自动钨极脉冲氩弧焊方法，直流正接，先在工艺试片上进行焊接工艺参数调整实验，优选焊接工艺参数，再采用经过优化的工艺参数（主要工艺参数见表1）按表2中所示的焊接接头组合方式焊接上述试片。后采用真空热处理炉对部分焊接试片进行550℃×3.5h、相当于空冷的消除应力回火。所有焊接试片经外观检验、X射线检验、荧光检验合格，即采用钱切割方法从焊接试片上切取横向力学性能试样和金相试样，并进行焊接接头的室温拉伸试验、显微组织观察及显微硬度测试。

试验结果与分析

1.1焊接接头显微组织

在金相显微镜下观察，所有试样的焊接接头低倍组织均未见裂纹、气孔、夹杂等焊接缺陷，焊缝成形良好，组织均匀，无明显偏析。经高倍金相显微检查，各种状态下焊接接头的焊缝及热影响区内均未见微裂纹等焊接缺陷，焊缝显微组织均为因金属融化而形成的铸态枝晶组织，热影响区组织与基体组织差异不明显，基体金属的显微组织均为回火索氏体，各种状态下的焊接接头组织无明显差异。焊后经550℃消除应力回火热处理的焊接接头1和2的焊缝显微组织见图1和图2。

图1焊接接头1焊缝组织×100图2焊接接头2焊缝组织×100

1.2焊接接头力学性能分析

焊接接头的室温力学性能及显微硬度测试结果见表3。由表3中结果可见，对于焊接接头1，焊后经550℃消除应力回火，其接头强度有一定的恢复，塑性略微下降，但不管是焊态还是焊后550℃消除应力回火的焊接接头，其室温拉伸性能均满足技术标准规定的母材1的室温拉伸性能的最低保证值要求。另一方面，焊接接头1的各种状态的全部室温拉伸试样均断裂于母材2一侧，这表明淬火+回火热处理状态的接头强度要高于正火+回火热处理状态的接头强度。

对于焊接接头2，其在焊态下的接头强度值略微偏低，但也达到了两种材料中性能较低的母材3技术标准规定的最低保证强度值要求；焊后经550℃消除应力回火，焊接接头的强度得到提高，可以满足技术标准规定的母材1的最低保证强度值要求。然而，焊接过程对材料的塑性产生了不利的影响，焊接接头的塑性变差，且略低于母材技术标准的要求，这可能与异种材料焊接时焊接接头各区域的化学成分不均匀性有关，但焊接接头的断后延伸率达到了《中国航空材料手册（第一卷）》中介绍的10%以上。

从表3的结果还发现，两种不同组合方式的焊接接头，在焊态下的拉伸试样均断于焊接热影响区，这说明焊态下热影响区的强度低于基体金属的强度，焊接过程的非均匀加热和冷却使热影响区产生了局部软化现象，成为焊接接头的薄弱环节。焊接接头在焊后经550℃消除应力回火热处理，试样均断于基体金属，拉伸强度值较焊态有所提高，表明焊接热影响区的软化得到恢复。

另一方面，从表3的显微硬度测定结果可以看出，对焊接接头1，焊态下焊缝及热影响区的硬度值远远高于基体金属的硬度值，进行550℃消除应力回火后焊缝及热影响区的硬度值大幅度降低，但仍然明显高于基体的显微硬度值；焊接接头2的显微硬度值的变化趋势与焊接接头1的基本相同。

2结论

2.11Cr12Ni2WMoVNb及1Cr11Ni2W2MoV两种材料的焊接性良好，焊接裂纹倾向性小，采用普通钨极氩弧焊方法即可获得优质焊缝。

2.2淬火+回火态1Cr12Ni2WMoVNb与正火+回火态同种材料焊接及其与淬火+回火态1Cr11Ni2W2MoV异种材料焊接的焊接接头，焊后经550℃消除应力回火，均可获得满意的接头力学性能，组织差异不明显。

参考文献

[1]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册（第一卷）[M].北京：中国标准出版社，2002.

[2]王金雪.袁鸿.张国栋.等.1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的组织与性能[J].焊接.2015（4）.

[3]钟培道.1Cr12Ni2WMoVNb（GX-8）钢的回火转变研究[J].材料工程.1989（4）.