TWIP鋼激光焊接性能研究終稿

1、太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書第1頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：twip鋼激光焊接性能研究畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：1 原始數(shù)據(jù)材 料：twip鋼冷軋和熱處理鋼板，尺寸為35150mm，厚度t = 0.9mm第2頁2. 論文要求：畢業(yè)論文要求學(xué)生綜合應(yīng)用大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)，學(xué)會(huì)處理實(shí)際問題的能力。本次畢業(yè)論文要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)一步掌握查閱文獻(xiàn)、使用常規(guī)計(jì)算機(jī)軟件、英文翻譯及科技論文寫作等方面的能力。2.1 查資料查閱twip性能和焊接對(duì)其影響的相關(guān)文獻(xiàn)資料，并作詳細(xì)摘錄；查閱twip鋼激光焊接相關(guān)英文資料并翻譯。2.2 寫文獻(xiàn)綜述報(bào)告 報(bào)告內(nèi)容應(yīng)充實(shí)，文字表達(dá)應(yīng)條理清楚、段落分明

2、。2.3 激光焊接對(duì)冷軋和熱處理twip鋼的影響（1） 產(chǎn)生的缺陷（2） 對(duì)延伸性與硬度的影響（3） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（a） 兩者對(duì)比分析（b） 分別于母材對(duì)比分析2.4 制作合格的各種檢測(cè)試樣2.5 對(duì)金相試樣進(jìn)行組織觀察并拍照2.6 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真分析和科學(xué)處理，并寫出畢業(yè)論文。2.7論文要求數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，圖文清晰，論據(jù)充分，書寫工整。第3頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：中文摘要英文摘要目錄1. 文獻(xiàn)綜述2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1實(shí)驗(yàn)材料（成分、原始組織）2.2實(shí)驗(yàn)方案（試件尺寸、熱處理工藝）2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2.4分析與討論3. 結(jié)論與建議4. 設(shè)計(jì)感想?yún)⒖假Y料致謝附錄1.英文資料翻譯（附原文）學(xué)生

3、應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文）：畢業(yè)論文（印刷版2份、電子版1份）第4頁主要參考文獻(xiàn)（資料）：1、米振莉，唐荻，嚴(yán)玲，等.高強(qiáng)度高韌性twip鋼的開發(fā)研究j.鋼鐵. 2005， (1): 58-60.2、黃寶旭. fe-mn-al-si-nb twip鋼的組織與性能d.上海:上海交通大學(xué)， 2007,(1):15-20.3、黎倩，符仁鈺，史文等. 汽車用tw ip鋼的探索研究j. 金屬熱處資料理，2008， 33 (5):1-4.4、劉云旭，金屬熱處理原理，機(jī)械工業(yè)出版社，1981:1-16.5、樊東黎.熱處理的昨天今天與明天m. 1999. 40(1):15-20.6、韋習(xí)成. si-mn系相變誘

4、發(fā)塑性鋼的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能d.上海大學(xué)博士學(xué)位論文. 2002. 10, (1):3-10.專業(yè)班級(jí) 材料成型0603 學(xué)生 要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 2010-03-012010-06-20 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 twip鋼激光焊接性能研究摘 要對(duì)冷軋狀態(tài)和熱處理后的twip鋼激光焊接試件進(jìn)行靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，從金相、硬度、斷口等角度對(duì)其組織和性能進(jìn)行了研究，同時(shí)與母材的一些性能作比較。結(jié)果表明：激光焊接過程中的工藝參數(shù)直接影響焊接后焊縫組織的性能，也是焊接后整體組織性能好壞的關(guān)鍵。總體冷軋狀態(tài)和熱處理狀態(tài)兩種方法處理的twip鋼焊接后金相和硬度相差

5、不大。其中熱處理twip鋼焊件的性能相對(duì)較好，其延伸率和硬度較冷軋狀態(tài)焊件高。而在與母材對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，冷軋焊接試樣焊縫區(qū)域的性能變化尤為明顯，其硬度較母材大幅下降。，相對(duì)而言，熱處理焊接試樣整體性能較母材變化不是太大。關(guān)鍵詞：twip鋼；激光焊接；顯微組織；力學(xué)性能rsearch on the performance in laser welding of twip steelabstractusing the static tensile， metallurgical， hardness， etc，right observe the organization and performance o

6、f cold and heat treatment of different twip after laser welding. while some performance through comparison matrix. results: laser welding process parameters directly affect the performance of the weld microstructure after welding， after welding and mechanical properties of the whole organization.it

7、is particularly of cold welding seam area of the sample，while contrast the welding specimens befor stretch， its hardness greatly decreased.it is little difference between cold and heat treatment of the two methods twip steel welding post-jin and hardness. the performance of heat twip is better then

8、the cold one. the elongation and hardness of the steel rolling twip relative after welding.key words: twip steel; laser welding; microstructure; mechanical proper目錄第一章 緒論11.1 選題背景及研究意義11.2激光焊接21.2.1激光焊接的發(fā)展過程21.2.2激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)21.2.3 激光焊接的主要工藝參數(shù)31.2.4激光焊接工藝增強(qiáng)技術(shù)41.2.5激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域41.3 twip鋼的組織和性能51.3.1 twi

9、p效應(yīng)的提出51.3.2 twip鋼的力學(xué)性能51.3.3 twip鋼變形過程中的孿晶觀察61.3.4 tw ip鋼的微觀組織71.3.5 twip鋼合金元素作用81.3.6動(dòng)態(tài)拉伸條件下twip鋼的斷裂機(jī)制81.3.7熱處理工藝對(duì)twip鋼組織性能的影響91.3.8退火工藝對(duì)twip鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響101.4 焊接后的twip鋼焊接接頭的組織和性能111.4.1 焊接后twip鋼的金相顯微組織111.4.2 焊接對(duì)力學(xué)性能的影響11第二章 激光焊接試驗(yàn)設(shè)備及過程132.1 試驗(yàn)方法及設(shè)備132.1.1試驗(yàn)方法132.1.2試驗(yàn)材料成分設(shè)計(jì)與冶煉132.1.3試驗(yàn)儀器與設(shè)備142.2

10、 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備172.2.1金相試樣制備過程172.3 試驗(yàn)過程182.3.1 激光焊接試驗(yàn)182.3.2拉伸試驗(yàn)192.3.3金相試驗(yàn)192.3.4硬度試驗(yàn)202.3.5 斷口分析20第三章 激光焊接試驗(yàn)結(jié)果及分析213.1 激光焊接試驗(yàn)213.1.1 激光焊接213.1.2激光切割223.2拉伸試驗(yàn)233.3金相組織253.4硬度分析283.5 斷口分析30第四章 結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致 謝34英文文獻(xiàn)35英文翻譯43iv第一章 緒論1.1 選題背景及研究意義汽車的輕量化是現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展方向，因此，先進(jìn)高強(qiáng)韌性鋼應(yīng)運(yùn)而生，如雙相鋼，相變誘發(fā)塑性鋼1。國際鋼鐵協(xié)會(huì)組織的ulsab-avc

11、項(xiàng)目的完成，證明了鋼鐵仍然是今后汽車使用的主導(dǎo)材料，約占車重的55% 70%，但鋼的內(nèi)涵卻發(fā)生了很大變化，即由原先的以軟鋼為主發(fā)展到以高強(qiáng)度鋼板為主，其中，高強(qiáng)度鋼板將由目前每車使用量占車重的14%45% (100294 kg/車)提高到未來的30% 70% 2。 高強(qiáng)度是汽車用鋼發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)，同時(shí)汽車用鋼要有良好的成形性。最新研制的twip鋼，是鋼材在強(qiáng)度和延展性綜合性能上的一次突破。twip鋼(twinning induced plastic)又稱孿晶誘導(dǎo)塑性鋼，具有中等的抗拉強(qiáng)度(約600mpa)和極高的延伸率(大于80% )。而且，twip鋼不僅具有很高的強(qiáng)度和成型性，還具有很好

12、的吸收撞擊能量的能力3，作為汽車用鋼在性能上具有很大優(yōu)勢(shì)，成為新一代延性高強(qiáng)鋼的一個(gè)發(fā)展方向。twip鋼的最大特點(diǎn)是：在保持高抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，具有極高的均勻延伸性，很高的能量吸收能力及優(yōu)良的成形性；此外，它幾乎沒有低溫脆性現(xiàn)象，直到-196-200，仍然未出現(xiàn)低溫脆性轉(zhuǎn)變。twip鋼顯示出很大的潛力，其發(fā)展正處于試驗(yàn)研究向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的階段，所面臨的主要問題是twip鋼的加工工藝，特別是冷軋工藝。這就需要加強(qiáng)對(duì)twip鋼軋制工藝及其機(jī)理進(jìn)行深入細(xì)致的研究。目前國外對(duì)twip鋼的研究比較多，德國馬普鋼鐵研究所g.frommeyer4課題組研制和開發(fā)了fe-mn-si-al系高錳奧氏體trip/twi

13、p鋼，并申請(qǐng)專利（專利號(hào)：1997de19727759，ep9810981），同時(shí)注冊(cè)商標(biāo)“hsd”(high strength and ductile)。德國的k.h.spitzer5等人針對(duì)fe-mn-si-al系trip/twip鋼的冶煉工藝及軋制工藝等問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，采用dsc(direct strip casting)工藝制備出1015mm厚的試驗(yàn)板材。而國內(nèi)開展這方面的研究起步較晚，現(xiàn)只有北京科技大學(xué)在開展此類鋼的研究。但無庸置疑，twip鋼具有極高的強(qiáng)塑積，優(yōu)勢(shì)十分明顯。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，迫切需要此類高強(qiáng)度級(jí)別的鋼種，因此twip鋼的開發(fā)在我國具有極大的潛力，蘊(yùn)涵著巨大

14、的商機(jī)和市場(chǎng)。研究汽車鋼板材料的焊接性能對(duì)于材料的生產(chǎn)使用具有實(shí)際的意義。激光焊接屬非接觸式焊接，作業(yè)過程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用。激光焊可以與mig焊組成激光mig復(fù)合焊，實(shí)現(xiàn)大熔深焊接，同時(shí)熱輸入量比mig焊大為減小。本課題試驗(yàn)主要研究激光焊接對(duì)冷軋和熱處理兩種twip鋼的焊接接頭力學(xué)性能和微觀組織的影響，并通過與母材性能對(duì)比來分析激光焊接twip鋼前后性能的變化情況。1.2激光焊接1.2.1激光焊接的發(fā)展過程激光是激發(fā)電子或分子使其在轉(zhuǎn)換成能量的過程中產(chǎn)生集中且相位相同的光束。激光焊接屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上。激光束可由平面光學(xué)元件（

15、如鏡子）導(dǎo)引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。世界上的第一個(gè)激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)106瓦，但仍屬于低能量輸出。使用釹（nd）為激發(fā)元素的釔鋁石榴石晶棒（nd:yag）可產(chǎn)生1-8kw的連續(xù)單一波長光束。yag激光，波長為1.06m，可以通過柔性光纖連接到激光加工頭，設(shè)備布局靈活，適用焊接厚度0.5-6mm。 使用co2為激發(fā)物的co2激光（波長10.6m），輸出能量可達(dá)25kw，可做出2mm板厚單道全滲透焊接，工業(yè)界已廣泛用于金屬的加工上。1.2.2激光焊接的主要優(yōu)

16、點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）可將輸入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用。（3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。（4）激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。（5）工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。（6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件。（7）可

17、焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。（8）易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。（9）焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。（10）不受磁場(chǎng)所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。（11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬。（12）不需真空，亦不需做x射線防護(hù)。（13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá)10:1。（14）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。缺點(diǎn)主要有：（1）焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。（2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。（3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的

18、工件，生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接。（4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變。（5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。（6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。（8）設(shè)備昂貴。1.2.3 激光焊接的主要工藝參數(shù)(1)功率密度 功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)

19、到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在104106w/cm2。 (2)激光脈沖波形激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題，尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有60%98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。 (3)激光脈沖寬度脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。 (4)離焦量激光焊接通常需要一定的離焦量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相

20、對(duì)均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。試驗(yàn)表明，激光加熱到50200s時(shí)材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)，高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。

21、1.2.4激光焊接工藝增強(qiáng)技術(shù)為了消除或減少激光焊接的缺陷，更好地應(yīng)用這一優(yōu)異的焊接方法，提出了一些用其它熱源與激光進(jìn)行復(fù)合焊接的工藝，主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應(yīng)熱源復(fù)合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施，如激光填絲焊（可細(xì)分為冷絲焊和熱絲焊）、外加磁場(chǎng)輔助增強(qiáng)激光焊、保護(hù)氣控制熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。1.2.5激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域1、制造業(yè)應(yīng)用2、粉末冶金領(lǐng)域3、汽車工業(yè)4、電子工業(yè)5、生物醫(yī)學(xué)和其他領(lǐng)域1.3 twip鋼的組織和性能1.3.1 twip效應(yīng)的提出在晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性比較低、滑移系比較少的材料中，當(dāng)形變速度較大，或在

22、不利于滑移取向下加力時(shí)在某些應(yīng)力集中的地方將產(chǎn)生孿晶，面心立方（fcc）金屬不易產(chǎn)生孿晶，只有在極低的溫度下才形成機(jī)械孿晶。由于孿生所產(chǎn)生的形變量很小，故在滑移困難時(shí)僅起調(diào)整取向作用，使滑移得以繼續(xù)進(jìn)行。且有孿晶產(chǎn)生的材料，其塑性均比較差。然而，1997年，grassel6等在研究fe-mn-si-al系trip鋼試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，孿晶可在形變溫度為-70400時(shí)的面心立方奧氏體中形成，形變速率可低達(dá)10-4/s。當(dāng)fe-mn-si-al系鋼錳含量達(dá)到25wt%，鋁含量超過3 wt%，硅含量在23wt%之間時(shí)，具有中等的抗拉強(qiáng)度（rm）（約600mpa）和極高的延伸率（）（大于80），其抗拉強(qiáng)度和延

23、伸率的乘積在50000 mpa以上，是高強(qiáng)韌性trip鋼的兩倍。該類合金的高強(qiáng)韌性來自形變過程中孿晶的形成而不是trip鋼中的相變，故命名為孿生誘發(fā)塑性（twinning induced plasticity，twip）鋼。twip鋼中機(jī)械孿晶的形成及其對(duì)力學(xué)性能的影響改變了我們對(duì)孿晶的傳統(tǒng)看法，拓寬了我們對(duì)孿生在形變過程中作用的科學(xué)認(rèn)識(shí)。1.3.2 twip鋼的力學(xué)性能frommeyer7等研究了fe-25mn-3a1-3si twip鋼力學(xué)性能，該鋼具有中等的抗拉強(qiáng)度(約600mpa)和極高的延伸率(大于90% )。通過拉伸試驗(yàn)測(cè)試其真應(yīng)變曲線與dp鋼以及trip鋼的比較，如下圖1-1所示

24、。從圖1-1可看出，twip效果強(qiáng)化作用顯著，塑性變形開始時(shí)屈服強(qiáng)度為600 mpa，而隨著變形的增加真實(shí)應(yīng)力達(dá)到了1 770mpa8。此外，通過對(duì)其沖擊載荷下的能量吸收能力的研究，也表明twip鋼能量吸收能力為傳統(tǒng)深沖鋼的2倍以上。圖1-1 x-ip twip鋼與其他汽車用鋼均勻變形階段的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線隨著mn含量的增加，試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度不斷降低，斷后伸長率和均勻伸長率逐步提高，fe-25mn-3a1-3si twip鋼尤其表現(xiàn)出極好的塑性，它的斷后伸長率可以達(dá)到89.5%。fe-25mn-3a1-3si twip鋼在拉伸前后都為100%的奧氏體組織，拉伸后并沒有出現(xiàn)hcp與bc

25、c馬氏體，可見孿晶誘發(fā)的twip效應(yīng)較有利于材料塑性的增強(qiáng)。1.3.3 twip鋼變形過程中的孿晶觀察目前，國內(nèi)外將研究重點(diǎn)放在twip鋼的成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝上，并取得了一定進(jìn)展，顯然優(yōu)良的性能來源于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，然而對(duì)twip鋼的孿晶誘導(dǎo)塑性機(jī)理還沒有深入的認(rèn)識(shí)。北京科技大學(xué)高效軋制國家工程研究中心的米振莉5等在研究fe-28mn-3si-3al twip鋼變形過程中的孿晶觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，(1)在twip鋼的拉伸過程中，具有孿晶界的晶粒內(nèi)部首先發(fā)生變形，并產(chǎn)生一定程度的加工硬化。隨后其余部分晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)，形成對(duì)變形有利的取向，從而變形得到擴(kuò)展，最終得到非常大的無頸縮延伸。(2)在外力作用下最先發(fā)生

26、的變形孿晶遺傳了退火孿晶的取向，變形孿晶的發(fā)生依賴于退火孿晶的存在。(3)在鋼板的變形過程中孿晶和位錯(cuò)相互作用、孿晶和孿晶相互作用、以及孿晶取向改變引發(fā)的滑移、滑移又阻礙孿生的進(jìn)行使twip鋼具有高塑性高強(qiáng)度，因此孿生變形是twip鋼的主要變形機(jī)制。對(duì)于twip鋼應(yīng)變誘導(dǎo)孿晶原位觀察的研究9發(fā)現(xiàn)，孿晶誘導(dǎo)應(yīng)變閥值對(duì)應(yīng)變速率不敏感，均為4. 0%左右。孿晶萌發(fā)于晶界，沿晶粒擴(kuò)展至晶界(或?qū)\晶界)終止;可分為三類：層片狀、透鏡狀、以及“耳”狀，形態(tài)差異源于變形過程中twip鋼多晶體取向以及沿孿生特定位向的調(diào)整幅度。另外，孿晶可以交互穿越，低應(yīng)變速率下，先形成初生孿晶，而后出現(xiàn)次生孿晶與前者交錯(cuò)，高

27、應(yīng)變速率下兩個(gè)體系的孿晶同時(shí)形成。斷裂時(shí)裂紋可以沿孿晶界擴(kuò)展。1.3.4 tw ip鋼的微觀組織twip鋼在工作溫度范圍內(nèi)一般為完全的奧氏體組織。與trip鋼不同，twip鋼的奧氏體在機(jī)械載荷作用下保持穩(wěn)定，并且在變形時(shí)產(chǎn)生大量的機(jī)械孿晶，而trip鋼在機(jī)械載荷下發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變。twip鋼優(yōu)異的力學(xué)性能來自變形時(shí)產(chǎn)生的孿生誘導(dǎo)塑性，和由此而帶來的顯著的強(qiáng)化效果，即twip效應(yīng)。這種孿生在形變中的作用與傳統(tǒng)的概念完全不同。通常認(rèn)為，在晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性比較低、滑移系比較少的材料中，當(dāng)形變速度較大，變形溫度較低，或在不利于滑移取向的情況下加力時(shí)，在某些應(yīng)力集中的地方產(chǎn)生孿晶。面心立方金屬不易產(chǎn)生孿晶

28、，只有在極低的溫度下才形成機(jī)械孿晶。但在twip鋼中，可在形變溫度為-70400時(shí)的面心立方奧氏體中形成，形變速率可低達(dá)10-4/s。形變過程中，高應(yīng)變區(qū)孿晶的形成，孿晶界阻止了該區(qū)滑移的進(jìn)行，促使其他應(yīng)變較低的區(qū)域通過滑移進(jìn)行形變直至孿晶的形成，由此導(dǎo)致試樣的均勻形變，顯著推遲縮頸的產(chǎn)生。twip鋼冷軋織構(gòu)也被s. vercammen10用x射線衍射的位向分布函數(shù)(odf)方法測(cè)定。結(jié)果表明，軋制織構(gòu)一般具有黃銅類型織構(gòu)110和高斯型的110織構(gòu)。在twip鋼的拉伸過程中，具有孿晶界的晶粒內(nèi)部首先發(fā)生變形，形成形變孿晶，形變孿晶遺傳了退火孿晶的取向，并產(chǎn)生一定程度的加工硬化。隨后其余部分晶粒

29、發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，形成對(duì)變形有利的取向，從而變形得到擴(kuò)展，最終得到非常大的無頸縮延伸.孿晶和位錯(cuò)相互作用，孿晶和孿晶相互作用，以及孿晶取向改變引發(fā)滑移、滑移又阻礙孿生的進(jìn)行使twip鋼具有高塑性高強(qiáng)度，因此孿生變形是twip鋼的主要變形機(jī)制.經(jīng)過退火處理后的鋼中有60%的退火孿晶存在，大量退火孿晶的存在是twip鋼發(fā)生變形時(shí)產(chǎn)生形變孿晶的前提，材料破壞時(shí)變形孿晶數(shù)量降低到32%。1.3.5 twip鋼合金元素作用化學(xué)成分是影響twip鋼基體組織的關(guān)鍵因素，為了獲得室溫下單一的奧氏體組織，必須降低ms點(diǎn)，ms越低，奧氏體越穩(wěn)定。由ms()=561474(%c)33(%mn)17(%ni)17(%cr)2

30、1(%mo)可知，提高c是降低ms點(diǎn)的最有效方法。但高c會(huì)帶來鋼板冷熱加工和焊接等一系列問題，因此可提高mn、si含量以降低ms點(diǎn)，從而使其ms點(diǎn)降到室溫以下，導(dǎo)致最終組織為全奧氏體。另外，mn是擴(kuò)大fe-c相圖相域的最有效元素之一，降低ac1、ac3，文獻(xiàn)表明11，當(dāng)鋼中的mn含量大于12時(shí)，在通常的冷卻條件下，從上臨界點(diǎn)降低到室溫以下時(shí)，鋼能夠保持單一的奧氏體組織；si抑制滲碳體的形成和析出，同mn的作用相反，si縮小相區(qū)，使ac1、ac3升高。盡管fe-mn-c高錳鋼早在1880年就由r.hadfield先生提出，但它一直主要用作耐磨材料，并未在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。1997年，gra

31、ssel等在試驗(yàn)研究fe-mn-si-a1系trip鋼時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)錳含量達(dá)到25%時(shí)，其抗拉強(qiáng)度和延伸率的乘積在50 000mpa%以上，是一般高強(qiáng)韌性trip鋼的2倍。由于該類合金的高強(qiáng)韌性來自形變過程中孿晶的形成而不是trip鋼中的相變，故命名為孿生誘發(fā)塑性鋼，簡稱twip鋼。1.3.6動(dòng)態(tài)拉伸條件下twip鋼的斷裂機(jī)制采用sem檢測(cè)了twip鋼動(dòng)態(tài)拉伸后的組織形態(tài)10。沖擊拉伸試驗(yàn)采用氣動(dòng)式?jīng)_擊拉伸試驗(yàn)裝置，如圖1-2所示。彈丸在高壓氣體的驅(qū)動(dòng)下高速撞擊左端擋塊，使和其相連的前置金屬短桿斷裂產(chǎn)生一維應(yīng)力方波，通過與其相連的輸入桿傳遞到試樣，應(yīng)力波在試樣左端面一部分反射回輸入桿，一部分通過試

32、樣傳入輸出桿。應(yīng)力波信號(hào)通過在輸入和輸出桿上的應(yīng)變片響應(yīng)并經(jīng)超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大，由瞬態(tài)波形存儲(chǔ)器存儲(chǔ)和記錄，最后由接口傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理12。圖1-2氣動(dòng)式間接桿桿型沖擊拉伸試驗(yàn)裝置及測(cè)量原理示意圖試驗(yàn)結(jié)果表明：twip鋼的斷裂形式為微孔聚集型斷裂。含有第二相的twip鋼斷裂機(jī)理為:鐵素體和奧氏體相界面聚合力的減弱和鐵素體本身的開裂促使微孔形核，形變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中使微孔長大、聚合直至材料發(fā)生斷裂。全奧氏體的twip鋼斷裂機(jī)制為:微孔形核于形變孿晶界處，形變過程中產(chǎn)生的形變孿晶與位錯(cuò)的交互作用在預(yù)先存在的形變孿晶處產(chǎn)生高的局部內(nèi)應(yīng)力，微孔在應(yīng)力集中處長大、聚合直至材料發(fā)生斷裂。1.3.7熱處

33、理工藝對(duì)twip鋼組織性能的影響對(duì)3種不同成分的twip鋼進(jìn)行熱軋后的熱處理試驗(yàn)，化學(xué)成分如表1-2：表1-2twip鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))結(jié)果表明：增加固溶處理的保溫時(shí)間，可提高twip鋼的延伸率，而強(qiáng)度的變化并不明顯。從晶界的角度分析了性能變化的原因:增加固溶處理的保溫時(shí)間，有利于生成退火孿晶，不但增加退火孿晶界的面積，也有利于增加其他特殊晶界(csl晶界)的數(shù)量csl晶界對(duì)材料的抗晶間腐蝕、斷裂和蠕變強(qiáng)度的提高均有有益的作用，因此，通過控制twip鋼的熱處理工藝來提高原始組織中特殊晶界的含量，可以提高twip鋼的強(qiáng)韌性。(fe-25mn-4si-2al，fe-30mn-4si-2al，

34、fe-30mn-3si-3al)進(jìn)行熱軋后的熱處理試驗(yàn)13，結(jié)果表明，增加固溶處理的保溫時(shí)間，可提高twip鋼的延伸率，而強(qiáng)度的變化并不明顯。從晶界的角度分析了性能變化的原因:增加固溶處理的保溫時(shí)間，有利于生成退火孿晶，不但增加退火孿晶界的面積，也有利于增加其他特殊晶界(csl晶界)的數(shù)量。csl晶界對(duì)材料的抗晶間腐蝕、斷裂和蠕變強(qiáng)度的提高均有有益的作用，因此，通過控制twip鋼的熱處理工藝來提高原始組織中特殊晶界的含量，可以提高twip鋼的強(qiáng)韌性。熱處理工藝對(duì)twip鋼的性能有較大的影響，增加保溫時(shí)間，有利于延伸率的提高，而強(qiáng)度的變化并不是很明顯。這是由于隨退火時(shí)間的增加，退火孿晶數(shù)量及退火

35、孿晶界的面積都有所增加。退火孿晶界的產(chǎn)生有利于增加其他csl晶界的數(shù)量，有效地?cái)嚅_隨機(jī)晶界的連通性，使得材料在斷裂的過程中，裂紋無法沿隨機(jī)晶界繼續(xù)擴(kuò)展，從而提高了材料的斷裂韌性。因此，twip鋼原始組織中的csl晶界和退火孿晶是影響twip鋼性能的關(guān)鍵因素，通過改變熱處理制度，從而增加csl晶界(包括孿晶界)的數(shù)量，可以顯著提高twip鋼的性能。1.3.8退火工藝對(duì)twip鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響對(duì)特定成分的twip鋼進(jìn)行不同溫度的退火處理，用金相、透射電鏡對(duì)其拉伸變形前后的組織進(jìn)行觀察和分析14。試驗(yàn)用twip鋼采用電磁感應(yīng)爐真空熔煉，氬氣氣氛保護(hù)，澆鑄成板坯。板坯經(jīng)熱軋、冷軋至1.0mm

36、厚的薄鋼板后進(jìn)行不同溫度(8001000)保溫不同時(shí)間(120min)的退火處理，經(jīng)線切割制成拉伸試樣，從拉伸前、后的鋼板上線切割制取金相、透射試樣，進(jìn)行顯微組織觀察分析。其中金相顯微組織試樣用8%硝酸酒精溶液侵蝕，透射電鏡樣品以5%高氯酸+無水乙醇溶液為電解液，經(jīng)電解雙噴減薄至穿孔。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)通過對(duì)特定成分的twip鋼進(jìn)行退火處理，其室溫組織為單一奧氏體，并在奧氏體基體中存在退火孿晶和層錯(cuò)。1000退火后鋼板可達(dá)到640mpa左右的抗拉強(qiáng)度和255 mpa左右的屈服強(qiáng)度以及82%以的延伸率，具有較好的綜合性能，故25mn twip鋼板的最佳退火溫度為1000。(2)隨退火溫度

37、的升高，奧氏體晶粒變大，孿晶的數(shù)量和層錯(cuò)密度也隨著晶粒尺寸的增加而增大。800退火時(shí)發(fā)生了部分再結(jié)晶，組織為奧氏體和鐵素體兩相組織，存在少量的層錯(cuò)和孿晶;1000退火時(shí)完成了再結(jié)晶，組織為單一的奧氏體，內(nèi)部為大量的層錯(cuò)和孿晶微結(jié)構(gòu)。(3)孿晶移動(dòng)到晶粒邊界處會(huì)受到阻礙，形成非共格的孿晶界面。鋼板再結(jié)晶退火處理后在奧氏體母體里存在大量的退火孿晶，在變形過程中產(chǎn)生形變孿晶，即發(fā)生了twip效應(yīng)，有利于塑性的提高。（4）大塊退火孿晶的存在是twip效應(yīng)充分進(jìn)行的必要條件。1.4 焊接后的twip鋼焊接接頭的組織和性能1.4.1 焊接后twip鋼的金相顯微組織上海大學(xué)的周小芬等在研究twip鋼焊接后金

38、相組織時(shí)所選取試樣尺寸為200m100mm1.2mm的兩種成分的冷軋twip鋼板，成分如下：表1-3 twip鋼中各合金元素含量(wt%)此實(shí)驗(yàn)采用wse-315anewasia igbt逆變交流氬弧焊機(jī)以100150a電流對(duì)twip鋼進(jìn)行手工焊接(對(duì)接,間隙12mm,干伸長5mm)。而后使用3000kn微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；焊接后的金相樣品經(jīng)氯化鐵鹽酸溶液(配方：5g氯化鐵; 50ml鹽酸;100ml蒸餾水)腐蝕后，采用尼康300光學(xué)顯微鏡進(jìn)行組織觀察;在mh3-顯微硬度機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，作出硬度分布曲線。此試驗(yàn)成功的觀察出了twip鋼拉伸前后的金相組織7。表明：試樣拉伸前的

39、基體組織主要是奧氏體。而拉伸后的基體隨著應(yīng)變量的增加，一部分奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體(通過x射線衍射證明)。拉伸后基體上產(chǎn)生大量的形變孿晶，焊縫區(qū)域的晶粒沿著拉伸方向被拉長。twip鋼的基體金相照片中可以明顯看到孿晶組織的存在:拉伸前組織為退火孿晶，拉伸后為形變孿晶。1.4.2 焊接對(duì)力學(xué)性能的影響由周小芬等對(duì)焊接前后力學(xué)性能的研究15可以看出未焊接試樣的延伸率高于焊接后的;焊接后的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度等變化不大或者略高于未焊接的試樣。試樣在焊接后，延伸率有較大下降，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不是很大，不均勻變形區(qū)寬度也相似。在twip鋼的屈服強(qiáng)度低于焊接材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，屈服首先發(fā)生在母體相中，因此，焊

40、接對(duì)于屈服強(qiáng)度的影響不是很大。另外基體材料與焊接材料的抗拉強(qiáng)度相近， 因此，焊接對(duì)于抗拉強(qiáng)度影響也不是很大。若試驗(yàn)所用焊接材料的延伸率遠(yuǎn)低于基體的延伸率，試驗(yàn)過程中試樣拉伸時(shí)斷裂易發(fā)生在焊縫區(qū)域，所以焊接后試樣的延伸率會(huì)下降。在焊接試驗(yàn)中，焊接對(duì)于材料性能產(chǎn)生很多不利影響。若是焊縫區(qū)存在缺陷和應(yīng)力集中，拉伸試驗(yàn)中斷裂發(fā)生在焊縫區(qū)，使延伸率下降明顯。在試驗(yàn)中試樣焊接后的硬度若表現(xiàn)為焊縫區(qū)高于基體區(qū)域；時(shí)因?yàn)樵诶旌螽a(chǎn)生硬化，硬度隨之上升。其中當(dāng)試樣出現(xiàn)馬氏體相變時(shí)，硬度上升較高。第二章 激光焊接試驗(yàn)設(shè)備及過程2.1 試驗(yàn)方法及設(shè)備本試驗(yàn)采用冷軋和熱處理兩種twip鋼，通過研究比較其拉伸性能、硬度

41、、顯微組織之間的差別，并通過對(duì)比母材來達(dá)到研究激光焊接后不同處理方式的twip鋼的組織性能和力學(xué)性能的目的。2.1.1試驗(yàn)方法本文所需試驗(yàn)分別為激光焊接，拉伸試驗(yàn)，金相試驗(yàn)，硬度試驗(yàn)及斷口分析。這幾個(gè)試驗(yàn)分別對(duì)twip鋼的焊接性，拉伸性能，組織變化和硬度變化進(jìn)行了研究。都很好的對(duì)比了twip鋼焊接前后的力學(xué)性能和微觀組織變化。2.1.2試驗(yàn)材料成分設(shè)計(jì)與冶煉結(jié)合國內(nèi)外一些學(xué)者的研究情況16-18，經(jīng)過對(duì)比與篩選，確定基礎(chǔ)成分。首先采用0.5噸中頻感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉，按照成分配比加入錳鐵、硅鐵和純鋁，鑄成鋼錠。其次，將鑄錠經(jīng)電渣重熔后，將鋼水模鑄成錠，成分如表2-1所示。表2-1 試驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成

42、分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)元素cmnsialpsfe含量0.05929.852.983.070.00680.001bal將鑄錠加熱到1200，熱鍛成30mm的板坯，終鍛溫度不低于850。然后將鍛后板坯在試驗(yàn)軋機(jī)上經(jīng)9道次熱軋至3mm左右，開軋和終軋溫度為1100和800。熱軋后的鋼板進(jìn)行冷軋，軋制方向與熱軋相同，軋制變形量取70%，即冷軋后板材厚度為0.9mm，取冷軋twip鋼板4塊，尺寸為35150mm，厚度0.9mm作為試驗(yàn)試樣，標(biāo)為1-1，1-2，2-1，2-2。然后將其他軋好的twip鋼板進(jìn)行退火處理，為了獲取最佳的力學(xué)性能，退火溫度為1000，保溫時(shí)間為15分鐘，出爐空冷后加工試樣。即熱處理

43、試樣twip鋼6塊，尺寸為35150mm，厚度0.9mm。標(biāo)為3-1，3-2，4-1，4-2，5-1，5-2。2.1.3試驗(yàn)儀器與設(shè)備（1）名稱：固體脈沖激光器圖2-1 固體脈沖激光器工作原理圖 波長：1.06微米 激光輸出功率：01000w 設(shè)備特點(diǎn)：聚焦光斑小，金屬吸收功率高，低損耗傳輸，體積小，質(zhì)量 輕，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。激光(產(chǎn)生于被刺激的輻射放射物的光的放大作用)是一種特殊性質(zhì)的光，單色并且連貫，因此可以將光集中于要做鋼融解的一個(gè)微小斑點(diǎn)上。要?jiǎng)?chuàng)造激光輻射，就需要激光媒介。在將能量從外向內(nèi)轉(zhuǎn)入到這個(gè)媒介中的同時(shí)，可以產(chǎn)生被刺激的分子。在諧振器中這束單色光將在兩個(gè)鏡子之間反射，由反射產(chǎn)生出

44、時(shí)間和空間凝聚的光子，其中一個(gè)部分透明的鏡子能將這條射線反射出這臺(tái)諧振器。激光焊接最重要的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⒎浅８叩哪芰烤劢褂谝稽c(diǎn)，激光束打在兩個(gè)要焊接部分的邊緣，輸入能量把金屬加熱并將其融化。在激光束作用以后，溶化的材料將迅速冷卻。在這個(gè)過程中，有一小部分的數(shù)量將進(jìn)入被焊接的零件中。在焊接減少熱變形的同時(shí)，也減少了輸入的熱能量。減少因熱量影響的變形，并增加對(duì)準(zhǔn)確性的糾正，可以節(jié)省大量金錢和時(shí)間（2）名稱：拉伸試驗(yàn)機(jī)：電子萬能試驗(yàn)機(jī) 型號(hào)：dns100圖2-2 dns100電子萬能試驗(yàn)機(jī)dns100電子萬能試驗(yàn)機(jī)是進(jìn)行金屬、非金屬及復(fù)合材料的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等材料性能測(cè)定的試驗(yàn)設(shè)備。適用于各

45、行業(yè)力學(xué)試驗(yàn)室和質(zhì)量檢驗(yàn)部門的材料力學(xué)特性試驗(yàn)。該系列產(chǎn)品具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)測(cè)量范圍大、分辨率及精度高的特點(diǎn)，是工廠、大專院校和科研單位理想的試驗(yàn)設(shè)備。該系列產(chǎn)品的主機(jī)由我所研制生產(chǎn)的門式負(fù)荷機(jī)架、圓弧齒型膠帶式減速器配以滾珠絲杠副的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、拉、壓、彎曲試驗(yàn)功能附件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和我所自主研發(fā)制造的數(shù)字控制器knz聯(lián)合組成。試驗(yàn)操作可以在試驗(yàn)機(jī)上通過試驗(yàn)軟件完成。實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集存儲(chǔ)和處理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以由打印輸出。其主機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，造型美觀大方，我所自主研發(fā)制造的數(shù)字控制器knz性能可靠（3）shimadzu hmv2t系列維氏顯微硬度計(jì)分析試樣的顯微硬度用到shimad

46、zu hmv2t系列維氏顯微硬度計(jì)(如圖2-3)，商品型號(hào)hmv2t系列它的一些技術(shù)參數(shù)見表2-2。圖2-3 shimadzu hmv2t系列維氏顯微硬度計(jì)表2-2 shimadzu hmv-2t系列維氏顯微硬度計(jì)技術(shù)參數(shù) （4）cmm20e型光學(xué)顯微鏡試驗(yàn)采用長方cmm20e型光學(xué)顯微鏡(圖2-4)，對(duì)試塊進(jìn)行宏觀尺寸測(cè)量及顯微組織觀察，這種倒置金相顯微鏡主要用于鑒別和分析金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織；圖2-4 長方cmm20光學(xué)顯微鏡原材料的檢驗(yàn)或材料處理后的金相組織分析；其目鏡與物鏡技術(shù)參數(shù)如表2-3表2-3 長方cmm20顯微鏡技術(shù)參數(shù)2.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備（1）激光焊接試驗(yàn)前準(zhǔn)備：分別將1-1，1

47、-2，3-1，3-2，4-1，4-2式樣35mm端打磨光亮，試樣2-1，2-2，5-1，5-2，150mm端打磨光亮，以便于施焊。（2）拉伸試驗(yàn)前準(zhǔn)備：將激光焊接成的試樣1（1-1，1-2焊接而成，以后試樣等同），按gb 2651-2002焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)切割成標(biāo)準(zhǔn)試樣，標(biāo)注好基準(zhǔn)線。（3）金相試驗(yàn)前準(zhǔn)備：將試樣1，2，3，5切割成包括基體，熱影響區(qū)，焊縫的小塊，然后在金相試塊制備機(jī)上制成標(biāo)準(zhǔn)試塊，經(jīng)過金相砂紙打磨，拋光機(jī)拋光后，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕510秒后用酒精擦拭干凈。（4）硬度試驗(yàn)前將觀察完金相的試塊重新拋光。2.2.1金相試樣制備過程（1）制樣所取的制作金相試樣的材料必須

48、是冷軋和熱處理的拉伸前和拉伸后的試樣各一塊，以增強(qiáng)其對(duì)比性，而且所取試樣都必須包括基體，熱影響區(qū)和焊縫三部分。然后在進(jìn)行制樣。（2）磨樣制成試樣后，先在砂輪上進(jìn)行粗磨，磨平需要觀察的一面，接著用粗砂紙磨平。粗磨的目的就是磨平試樣并且把試樣修整為規(guī)則的形狀，另外磨掉試樣上的棱角，以免劃破砂紙和拋光布。粗磨時(shí)盡量使磨面與砂輪面平行，用力適當(dāng)。水砂紙上的磨樣：在粗水砂紙240#上磨平時(shí)，先朝一個(gè)方向磨，待只有這方向的劃痕時(shí)，再換垂直方向磨，磨去原方向的劃痕，如此2、3次后方可進(jìn)行下一砂紙的打磨。磨試樣時(shí)應(yīng)經(jīng)常將水砂紙?jiān)谒星逑?，以保持表面的光潔，減少劃痕的產(chǎn)生，避免磨下的顆粒產(chǎn)生劃痕。再依次換320

49、#、400#、600#、800#、1000#、1200#砂紙，磨樣方法同上。由于試驗(yàn)中的材料為鋼，硬度高，故不可跳級(jí)進(jìn)行磨樣，必須是上道工序完成后才能進(jìn)行下一道的磨樣。要注意磨得時(shí)候用力一定要均勻，不能太大，也不能太小。（3）拋光拋光時(shí)將拋光布用肥皂水清洗，用水沖洗，鋪平，繃緊并固定在拋光盤上，啟動(dòng)開關(guān)時(shí)拋光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將適量的拋光液滴灑在拋光盤上，既可進(jìn)行拋光。拋光時(shí)試樣沿盤的徑向往返移動(dòng)，拋光過程中要經(jīng)常滴加拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度；先進(jìn)行粗拋，待劃痕消失后再進(jìn)行精拋，拋光時(shí)拋光布必須平整無破損，拋光時(shí)每次方向均朝同一方向旋轉(zhuǎn)。拋光劃痕消失后，表面呈現(xiàn)鏡面，在顯微鏡下看不出明顯的

50、劃痕為止，才可進(jìn)行腐蝕。拋光的目的是去除細(xì)磨后遺留在磨面上細(xì)微磨痕，得到光亮無痕的磨面，為腐蝕做好準(zhǔn)備。（4）腐蝕腐蝕是為了觀察組織所必須的。將拋光后的試樣用水沖洗，同時(shí)用脫脂棉擦凈磨面，然后用濾紙吸去磨面上過多的水，用酒精清洗試樣表面，滴上4%硝酸酒精腐蝕。腐蝕完后用無水乙醇擦洗干凈，將腐蝕好的試樣放在密封較好的盒子里，以免粘上灰塵等雜物，待照金相時(shí)用。（5）觀察顯微組織觀察顯微組織在xj-16a 金相顯微鏡下觀察。2.3 試驗(yàn)過程2.3.1 激光焊接試驗(yàn)試驗(yàn)前先進(jìn)行熱機(jī)，而后調(diào)節(jié)輸入焊接數(shù)據(jù)，擺放并調(diào)整好焊接材料位置。用氬氣做保護(hù)氣體，焊接時(shí)不用填充材料。切割時(shí)也用氬氣做保護(hù)氣體以防止氧化

51、。激光切割時(shí)，激光束聚焦后形成具有極強(qiáng)能量的很小作用點(diǎn)，把它應(yīng)用于切割有許多特點(diǎn)。首先，激光光能轉(zhuǎn)換成驚人的熱能保持在極小的區(qū)域內(nèi)，可提供狹窄的直邊割縫，最小的鄰近切邊的熱影響區(qū)和極小的局部變形。其次，激光束對(duì)工件不施加任何力，它是無接觸切割工具，這就意味著：工件無機(jī)械變形和無刀具磨損，也談不上刀具的轉(zhuǎn)換問題，而且切割材料無須考慮它的硬度，即激光切割能力不受被切材料的硬度影響，任何硬度的材料都可以切割。再次，激光束可控性強(qiáng)，并有高的適應(yīng)性和柔性，因而與自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合很方便，容易實(shí)現(xiàn)切割過程自動(dòng)化；另外由于不存在對(duì)切割工件的限制，激光束具有無限的仿形切割能力，而且與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可整張板排料，節(jié)

52、省材料。 2.3.2拉伸試驗(yàn)首先將351500.9的試樣加工成如圖2-5拉伸試樣，然后拉伸試驗(yàn)在dns100型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度為0.5mm/min。圖2-5 twip鋼拉伸試驗(yàn)尺寸將試件豎直夾在拉伸機(jī)的夾持端（試驗(yàn)條件：夾持段35mm，平行部分寬度12mm），然后開始做拉伸試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，繪制拉伸試驗(yàn)圖。2.3.3金相試驗(yàn)（1）金相試樣的制備包括取樣、磨制、拋光、腐蝕四個(gè)步驟。制備好的試樣應(yīng)能觀察到真實(shí)組織、無磨痕、水跡。（2）將已經(jīng)制備好的試片在顯微鏡下進(jìn)行觀察與分析，分清焊接接頭各區(qū)域后，仔細(xì)辨認(rèn)各區(qū)域組織特征，在顯微鏡下，測(cè)定焊接熱影響區(qū)各區(qū)域的寬度，把各區(qū)域的寬度及組

53、織填在記錄表。繪制各區(qū)域組織示意圖。2.3.4硬度試驗(yàn)（1）壓頭通過精確控制的測(cè)試壓力作用在樣品上。（2）壓力會(huì)持續(xù)一個(gè)停留時(shí)間，通常是1015秒。（3）在停留時(shí)間完成后，壓頭會(huì)移開，并在樣品上留下一個(gè)圓形的壓痕。（4）印痕的面積就可以確定了。（5）硬度值就是用測(cè)試壓力除以壓痕表面積的商。（單位：n/mm2）2.3.5 斷口分析斷口分析的試驗(yàn)基礎(chǔ)是對(duì)斷口表面的宏觀形貌和微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行直接觀察和分析。通常把低于40倍的觀察稱為宏觀觀察，高于40倍的觀察稱為微觀觀察。對(duì)斷口進(jìn)行宏觀觀察的儀器主要是放大鏡(約10倍)和體視顯微鏡（從550倍）等。在很多情況下，利用宏觀觀察就可以判定斷裂的性質(zhì)、起始

54、位置和裂紋擴(kuò)展路徑。但如果要對(duì)斷裂起點(diǎn)附近進(jìn)行細(xì)致研究，分析斷裂原因和斷裂機(jī)制，還必須進(jìn)行微觀觀察。第三章 激光焊接試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1 激光焊接試驗(yàn)在對(duì)試樣處理后共進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，包括激光焊接與激光切割。兩者都是在固體脈沖激光器上進(jìn)行的。3.1.1 激光焊接在進(jìn)行激光焊接時(shí)，激光束與基材作用時(shí)間短，當(dāng)光束移開后，熔池金屬迅速冷卻，然后快速凝固。在靠近熔池邊緣，由于與母材接觸，液態(tài)金屬的結(jié)晶速度比熔池中心大，這樣使焊縫金屬生成胞狀晶。在近中心區(qū)，由于溫度梯度沒有邊緣區(qū)高，成份過冷度大，導(dǎo)致該區(qū)焊縫金屬多數(shù)按樹枝晶長大。而在焊縫中心區(qū)域，熔池金屬溫度梯度很小，熔池中未熔化的懸浮質(zhì)點(diǎn)為非自發(fā)形核的

55、現(xiàn)成凝固表面，這些晶粒不受其他散熱條件的影響，可以自由生長，促使焊縫形成等軸晶在試驗(yàn)前用同樣材料先進(jìn)行焊接工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)得比較好的焊接工藝參數(shù)，如表3-1：表3-1 激光焊接twip鋼工藝參數(shù)脈寬速度頻率功率電壓離焦量4.5ms3mm/s30hz240w61v4mm表3-1 激光焊接twip鋼工藝參數(shù)而后進(jìn)行激光焊接，由于用于進(jìn)行調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的材料所限，焊接后存在一些缺陷主要為：（1）氣孔產(chǎn)生機(jī)理：氣孔是激光焊接常見的一種缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在氣孔的問題。焊接鋸片刀頭這類燒結(jié)材料，焊縫中出現(xiàn)氣孔的可能性就更大。試驗(yàn)中氣孔的形成主要有3種原因：(1)低熔點(diǎn)組分的燒損；(2)過渡層孔

56、隙中的氣體；(3)保護(hù)氣體的卷入。采取措施：(1)優(yōu)化熱壓工藝，提高過渡層的致密度；(2)合理的過渡層成分，過渡層應(yīng)不含有低熔點(diǎn)組分。除此之外，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)光束偏移量對(duì)焊縫中的氣孔有著重要的影響。光束偏移量是指焊接時(shí)激光光斑中心相對(duì)于焊接線位置的距離。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光束偏向鋼基側(cè)時(shí)，可顯著減少焊縫中的氣孔量。（2）裂紋產(chǎn)生機(jī)理：裂紋是激光焊接過程中出現(xiàn)的最嚴(yán)重的缺陷。導(dǎo)致焊接接頭開裂的主要因素有兩種：冶金因素和力學(xué)因素。激光焊接的不平衡快速加熱與快速冷卻的特征，使得整個(gè)接頭處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)成了接頭開裂的力學(xué)因素；激光焊接又是一系列不平衡工藝過程的綜合，在快速冶金凝固過程中，必然會(huì)出現(xiàn)成分分布的不均勻，低抗裂性能的淬硬組織等，它們構(gòu)成了促進(jìn)裂紋萌生的冶金因素。裂紋種類：試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的裂紋主要有兩種，一結(jié)晶裂紋，結(jié)晶裂紋與焊縫宏觀區(qū)域的成分不均勻性有關(guān)。焊縫中心區(qū)域是液相結(jié)晶最晚的部位，焊縫兩側(cè)的柱狀晶交遇于此，同時(shí)大