合金元素对因瓦合金焊缝微观组织及性能影响的研究

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焊接性差、强度低、抗锈性弱等弊端一直制约着因瓦合金的应用,因此,探究不同合金元素对因瓦合金焊缝组织、力学性能及耐腐蚀性能等的影响对因瓦合金的发展有着积极的推动作用。课题以Fe-36Ni为研究对象,利用电弧熔炼制备出分别添加0~1.0 wt.%的Ti、Ti-Nb、Ce、Ce+Ti、Ce+Bi及稀土镁硅铁合金的因瓦合金体系以探究其组织及耐腐蚀性能变化,从各体系中选取综合性能优良的组分制备焊材并采用钨极惰性气体保护焊进行实际焊接,探究合金元素对焊缝组织及性能的影响。结果表明:(1)因瓦合金晶粒随Ti添加量的增加变得粗大但均匀,胞状组织随之细化,添加1.0%Ti时胞状组织尺寸最小达6.5μm,细化率高达72%。添加Ti-Nb的因瓦合金组织均匀,晶粒与胞状组织尺寸均随添加量增加而减小,添加量为1.0%时综合细化效果最佳,细化率分别为43.9%及57.8%。随其他元素添加量的增加时,均呈现晶粒随之减小但均匀性变差、胞状组织随之先减小后增大的变化趋势。由于组织的细化以及强化相的析出,添加1.0%Ti-Nb的因瓦合金的平均硬度最高,达193 HV,提高近30%。(2)因瓦合金自腐蚀电流密度随Ti、Ti-Nb、Ce或Ce+Ti添加量的增加先减小后增大,随Ce+Bi或稀土镁硅铁合金的添加量的增加而逐渐降低。各体系中,添加0.2%Ti、0.2%Ti-Nb、0.2%Ce、0.5%Ce+Ti、1.0%Ce+Bi、1.0%稀土镁硅铁的因瓦合金腐蚀电流密度最小,分别降低约4.7%、72.4%、87.5%、46.1%、28.9%、25%。另外,元素的添加能够促进利于锈层稳定性提高的α-Fe OOH的形成,其中以添加0.1%Ce的因瓦合金的外锈层中α-Fe OOH体积分数最大且最为致密,锈层的保护效果最好。(3)使用添加0.5%Ti、1.0%Ti-Nb、0.5%Ce+Ti、0.5%Ce+Bi、0.5%稀土镁硅铁合金的焊丝焊接后的各焊缝成形美观、无明显缺陷,焊缝组织同样得到细化,与前期试验结果一致,且各焊缝热缝膨胀系数均满足α25℃<1.5×10-6/℃。(4)添加1.0%Ti-Nb或0.5%稀土镁硅铁合金的因瓦合金焊缝的硬度及抗拉强度提高明显,硬度分别提高近14.5%及10.4%,抗拉强度分别提高53.8%及32.0%,断后延伸率分别为42.9%及23.2%。添加0.5%Ti或0.5%Ce+Ti的因瓦合金焊缝的硬度及抗拉强度也得到一定提高,但断后延伸率提高不明显。冲击试验结果表明,添加0.5%Ti及添加1.0%Ti-Nb的因瓦合金焊缝的常温冲击韧度分别提高约14.9%及31.2%,低温冲击韧度分别提高约6%及7.8%,而由于稀土夹杂物的影响,添加0.5%Ce+Ti或0.5%稀土镁硅铁合金的因瓦合金焊缝的常、低温冲击韧性均没有得到提高。
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