固溶处理对等离子弧焊304不锈钢接头组织及性能的影响【字数：13454】
304不锈钢是应用最广泛的奥氏体不锈钢，具有良好的耐腐蚀性，可塑性，加工成型性，高塑性和韧性，无热处理和硬化问题，无有害物质析出。适用于食品的加工和运输，医疗用具，汽车部件，家庭用品和石油化工厂的管道。等离子弧焊接有焊接速度快，生产效率高，质量好等特点，与其它高能束流焊接方法相比，具有设备简单、成本低以及加工效率高的优势。本文采用10mm厚304不锈钢，研究了固溶处理对等离子弧焊焊接接头显微组织、力学性能及耐腐蚀性的影响。对试样进行了显微组织观察，接头拉伸试验，试样的硬度及耐腐蚀性测试。结果表明焊接接头的显微组织主要由奥氏体和铁素体组成。固溶处理温度越高，铁素体向奥氏体转变越充分，晶粒长大速度越快，最终的晶粒尺寸越大；晶粒粗化导致焊接接头抗拉强度下降；因奥氏体硬度小于铁素体，接头硬度下降；不稳定碳化物(Fe,Cr)23C6溶解更加充分，自腐蚀电位先升高后降低，耐腐蚀性先变好后变差。固溶处理时间越长，铁素体向奥氏体转变越充分，最终的晶粒尺寸越大，当转变完成后，再延长时间，晶粒不再发生转变；焊接接头处在高温的时间延长，转变速度变快，晶粒粗化，接头抗拉强度降低；奥氏体含量增多，接头硬度降低；自腐电位升高，接头耐腐蚀性变好。
目 录
1.引言 1
1.1固溶处理概述 1
1.1.1固溶处理的条件 1
1.1.2固溶处理的应用 2
1.1.3固溶处理的参数 2
1.2奥氏体不锈钢的焊接性分析 3
1.2.1焊接接头的晶间腐蚀 3
1.2.2热裂纹 6
1.2.3析出现象 6
1.3奥氏体不锈钢的国内外研究现状 7
1.4本课题研究意义及内容 8
2.试验材料及方法 10
2.1试验材料 10
2.2试验方法 10
2.2.1焊接试验 10
2.2.2固溶处理试验 11
2.2.3金相制备试验 11
2.2.4接头拉伸试验 11
2.2.5接头硬度试验 11
2.2.6接头耐腐蚀性试验 12
3.等离子弧焊304不锈钢接头组织分析 13
3.1固溶温度对接头组织的影 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
响 13
3.2固溶时间对接头组织的影响 15
4.等离子弧焊304不锈钢接头性能分析 18
4.1固溶温度对等离子弧焊304不锈钢接头性能的影响 18
4.1.1固溶温度对接头拉伸性能的影响 18
4.1.2固溶温度对接头硬度的影响 18
4.1.3固溶温度对接头耐腐蚀性的影响 19
4.2固溶时间对等离子弧焊304不锈钢接头性能的影响 21
4.2.1固溶时间对接头拉伸性能的影响 21
4.2.2固溶时间对接头硬度的影响 21
4.2.3固溶时间对接头耐腐蚀性的影响 22
5.结论 24
参考文献 25
致谢 27
1.引言
1.1固溶处理概述
1.1.1固溶处理的条件
固溶处理是指将合金加热到高温单相区某一温度保温一段时间，待过剩相完全溶解在固溶体中后迅速冷却，获得溶质原子在该基体相中过饱和固溶体的热处理工艺[1]。图11为固溶处理工艺曲线示意图。原则上只有在加热或冷却时发生溶解度变化或者发生类似纯铁的同素异构转变的材料才能进行固溶处理。如图12所示的铁碳合金相图中，奥氏体不锈钢加热到GS线（A3线）以上获得单相奥氏体。单相奥氏体状态下的不锈钢缓慢冷却至PSK（A1线）以下，进行共析转变，生成珠光体。在通过GS线（A3线）或ES线（Acm线）时，分别有铁素体和渗碳体从奥氏体中析出。奥氏体不锈钢在加热或冷却时越过上述临界点会发生固态相变，因此能进行固溶处理。通过固溶处理把在加工工序中产生或析出的碳化物，如(Fe,Cr)23C6溶解到奥氏体中，获得单相奥氏体组织，保证材料具有奥氏体组织的优良性能。但铁碳合金相图中反映的是热力学上平衡时组织、成分与温度的关系，实际上，钢进行固溶处理时组织转变的温度相对于铁碳相图上的临界温度有滞后现象，加热或冷却速度越快，滞后越严重。又固态相变通过原子的扩散来进行，原子迁移需要时间，保温足够的时间，才能保证转变充分。
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图11固溶处理工艺曲线示意图
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图12 FeFe3C合金相图
1.1.2固溶处理的应用
固溶处理是为了充分溶解合金中第二相，为沉淀硬化处理或调幅分解处理作组织准备；消除冷热加工产生的硬化，便于继续成型或加工；获得适合的晶粒度，保证材料的高温抗蠕变性能；恢复奥氏体不锈钢固有的耐腐蚀性能[2]。固溶处理是机械零件加工过程中的重要工序。如用T7钢制造一把钳工用的錾子，如不进行固溶处理，使用时易发生卷刃，使用寿命大大缩短。若进行固溶处理，錾子刃口又磨得较好，不易发生卷刃，錾子锋利而有韧性。即使经常用锤子敲打錾子，使用时也不易发生卷刃和崩裂。又如用高速钢制造钻头，在切削加工之前需先经过预备热处理，使钢的显微组织和力学性能更加均匀，降低内应力，降低硬度（207~255HBW）。成品钻头又必须进行最终热处理，提高硬度（60~65HRC）和耐磨性，以切削其他金属。固溶处理不仅适用于这两种钢，还适用于焊接后的工件，热处理后须要再加工的零件，消除成形过程之间的加工硬化。
1.1.3固溶处理的参数
固溶处理的重要参数有固溶温度、固溶时间及冷却速度。
（1）固溶温度
钢的热处理过程，通常是先把钢加热转变为单相奥氏体，然后以适当的方式冷却以获得所期望的组织和性能。接近固相线温度或共晶温度通常是固溶处理的上限温度，但当固溶处理温度过高超过合金共晶温度以上时，合金会发生过烧现象，合金晶粒尺寸明显增大，因此固溶处理的温度范围大约在950~1250℃之间，为了确保主要强化相的必要析出条件和一定的晶粒度，要根据各个合金中相析出和溶解规律及使用要求来选择。最低加热温度应高于固溶度曲线，否则时效后的性能不能满足要求。不锈钢的固溶处理温度区间为950~1150℃，含碳量偏高时取上限，偏低时取下限。由于合金中合金元素的固溶度随温度升高而增加，一般来说，固溶处理温度越高、保温时间越长，合金中第二相的溶解会越充分，晶格中空位浓度也越大，合金元素的分布也越均匀，为随后的时效处理作组织准备。
（2）固溶时间
保温是为了使合金组织完全转变为热处理所需的状态。固溶时间的影响因素主要有固溶温度、原始组织以及合金的化学成分等，同时也与装炉量、工件截面尺寸等因素有关。固溶温度高、原始组织细、装炉量少、工件厚度小，保温时间就较短。不锈钢的导热性很差，所以热处理的保温时间较长，通常情况下热处理时要求增加保温时间，但不能发生过烧。
（3）冷却速度
目 录
1.引言 1
1.1固溶处理概述 1
1.1.1固溶处理的条件 1
1.1.2固溶处理的应用 2
1.1.3固溶处理的参数 2
1.2奥氏体不锈钢的焊接性分析 3
1.2.1焊接接头的晶间腐蚀 3
1.2.2热裂纹 6
1.2.3析出现象 6
1.3奥氏体不锈钢的国内外研究现状 7
1.4本课题研究意义及内容 8
2.试验材料及方法 10
2.1试验材料 10
2.2试验方法 10
2.2.1焊接试验 10
2.2.2固溶处理试验 11
2.2.3金相制备试验 11
2.2.4接头拉伸试验 11
2.2.5接头硬度试验 11
2.2.6接头耐腐蚀性试验 12
3.等离子弧焊304不锈钢接头组织分析 13
3.1固溶温度对接头组织的影 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
响 13
3.2固溶时间对接头组织的影响 15
4.等离子弧焊304不锈钢接头性能分析 18
4.1固溶温度对等离子弧焊304不锈钢接头性能的影响 18
4.1.1固溶温度对接头拉伸性能的影响 18
4.1.2固溶温度对接头硬度的影响 18
4.1.3固溶温度对接头耐腐蚀性的影响 19
4.2固溶时间对等离子弧焊304不锈钢接头性能的影响 21
4.2.1固溶时间对接头拉伸性能的影响 21
4.2.2固溶时间对接头硬度的影响 21
4.2.3固溶时间对接头耐腐蚀性的影响 22
5.结论 24
参考文献 25
致谢 27
1.引言
1.1固溶处理概述
1.1.1固溶处理的条件
固溶处理是指将合金加热到高温单相区某一温度保温一段时间，待过剩相完全溶解在固溶体中后迅速冷却，获得溶质原子在该基体相中过饱和固溶体的热处理工艺[1]。图11为固溶处理工艺曲线示意图。原则上只有在加热或冷却时发生溶解度变化或者发生类似纯铁的同素异构转变的材料才能进行固溶处理。如图12所示的铁碳合金相图中，奥氏体不锈钢加热到GS线（A3线）以上获得单相奥氏体。单相奥氏体状态下的不锈钢缓慢冷却至PSK（A1线）以下，进行共析转变，生成珠光体。在通过GS线（A3线）或ES线（Acm线）时，分别有铁素体和渗碳体从奥氏体中析出。奥氏体不锈钢在加热或冷却时越过上述临界点会发生固态相变，因此能进行固溶处理。通过固溶处理把在加工工序中产生或析出的碳化物，如(Fe,Cr)23C6溶解到奥氏体中，获得单相奥氏体组织，保证材料具有奥氏体组织的优良性能。但铁碳合金相图中反映的是热力学上平衡时组织、成分与温度的关系，实际上，钢进行固溶处理时组织转变的温度相对于铁碳相图上的临界温度有滞后现象，加热或冷却速度越快，滞后越严重。又固态相变通过原子的扩散来进行，原子迁移需要时间，保温足够的时间，才能保证转变充分。
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图11固溶处理工艺曲线示意图
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图12 FeFe3C合金相图
1.1.2固溶处理的应用
固溶处理是为了充分溶解合金中第二相，为沉淀硬化处理或调幅分解处理作组织准备；消除冷热加工产生的硬化，便于继续成型或加工；获得适合的晶粒度，保证材料的高温抗蠕变性能；恢复奥氏体不锈钢固有的耐腐蚀性能[2]。固溶处理是机械零件加工过程中的重要工序。如用T7钢制造一把钳工用的錾子，如不进行固溶处理，使用时易发生卷刃，使用寿命大大缩短。若进行固溶处理，錾子刃口又磨得较好，不易发生卷刃，錾子锋利而有韧性。即使经常用锤子敲打錾子，使用时也不易发生卷刃和崩裂。又如用高速钢制造钻头，在切削加工之前需先经过预备热处理，使钢的显微组织和力学性能更加均匀，降低内应力，降低硬度（207~255HBW）。成品钻头又必须进行最终热处理，提高硬度（60~65HRC）和耐磨性，以切削其他金属。固溶处理不仅适用于这两种钢，还适用于焊接后的工件，热处理后须要再加工的零件，消除成形过程之间的加工硬化。
1.1.3固溶处理的参数
固溶处理的重要参数有固溶温度、固溶时间及冷却速度。
（1）固溶温度
钢的热处理过程，通常是先把钢加热转变为单相奥氏体，然后以适当的方式冷却以获得所期望的组织和性能。接近固相线温度或共晶温度通常是固溶处理的上限温度，但当固溶处理温度过高超过合金共晶温度以上时，合金会发生过烧现象，合金晶粒尺寸明显增大，因此固溶处理的温度范围大约在950~1250℃之间，为了确保主要强化相的必要析出条件和一定的晶粒度，要根据各个合金中相析出和溶解规律及使用要求来选择。最低加热温度应高于固溶度曲线，否则时效后的性能不能满足要求。不锈钢的固溶处理温度区间为950~1150℃，含碳量偏高时取上限，偏低时取下限。由于合金中合金元素的固溶度随温度升高而增加，一般来说，固溶处理温度越高、保温时间越长，合金中第二相的溶解会越充分，晶格中空位浓度也越大，合金元素的分布也越均匀，为随后的时效处理作组织准备。
（2）固溶时间
保温是为了使合金组织完全转变为热处理所需的状态。固溶时间的影响因素主要有固溶温度、原始组织以及合金的化学成分等，同时也与装炉量、工件截面尺寸等因素有关。固溶温度高、原始组织细、装炉量少、工件厚度小，保温时间就较短。不锈钢的导热性很差，所以热处理的保温时间较长，通常情况下热处理时要求增加保温时间，但不能发生过烧。
（3）冷却速度
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