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超細(xì)晶粒鋼依靠形變誘導(dǎo)形核以及控軋控冷，生成微米級或亞微米級鐵素體晶粒，具有超細(xì)晶粒、超純凈度的特征，從而大大提高鋼的強度和韌性，使其具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在汽車產(chǎn)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，在提高汽車安全性的同時實現(xiàn)汽車的輕量化[1, 2]。超細(xì)晶粒鋼熔焊接頭熱影響區(qū)晶粒較粗大，且存在馬氏體或M-A組元、魏氏體等脆性組織。研究者采用降低接頭冷卻速度或焊后熱處理的方式，以防止脆性組織的產(chǎn)生，從而降低接頭脆性傾向，結(jié)果表明這些措施有利于接頭性能的提高[3-6]。電阻點焊是汽車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最廣的一種焊接方法，有限的研究表明超細(xì)晶粒鋼電阻點焊接頭HAZ局部脆化、接頭強度較低[7-9]。電阻點焊的特點決定了焊后不允許對接頭進行熱處理，而通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)的措施來改善接頭HAZ的脆化傾向，效果有限。因此嘗試在傳統(tǒng)的單電極基礎(chǔ)上附加一個環(huán)形電極，利用環(huán)形電極對接頭HAZ進行加熱，研究接頭組織和性能，研究結(jié)果對于推動超細(xì)晶粒鋼在汽車等領(lǐng)域的進一步應(yīng)用具有重要的意義。
 

1    實驗材料及設(shè)備

        母材為400MPa級超細(xì)晶粒鋼，尺寸為100mm ×20mm×1.5mm，其化學(xué)成分見表1。

 

        焊接設(shè)備采用Dz-3×100型三相次級整流點焊機，電極材料為Cu-0.15Zr，單電極端面直徑為10mm，球面半徑為50 mm，環(huán)形電極內(nèi)徑10.5mm, 外徑18mm。焊接參數(shù)分2組，第一組采用單電極進行點焊，第二組采用雙電極進行點焊，即單電極焊完后立即用環(huán)形電極對熱影響區(qū)進行加熱, 點焊工藝參數(shù)見表2。試樣搭接長度為25mm。焊后每組參數(shù)取5個試樣，采用WDS-100電子萬能實驗機對試樣進行拉剪試驗，用MeF-3型光學(xué)顯微鏡對接頭組織進行觀察和分析，采用HVS- 1000 型顯微硬度計對接頭硬度進行測試。

 

2    試驗結(jié)果與分析

2.1    接頭宏觀組織

        圖1為超細(xì)晶粒鋼電阻點焊接頭橫截面宏觀組織，可見點焊接頭橫截面形狀為六邊形，由內(nèi)至外分別為熔核區(qū)、熱影響區(qū)和母材，母材和熱影響區(qū)的分界較為明顯。熔核區(qū)由粗大的柱狀晶加少量的細(xì)小等軸晶組成，其中柱狀晶方向性很強，柱狀晶晶體生長方向近似垂直于熔合線，從熔核邊緣幾乎貫穿到熔核中心。熔核邊緣和中心為細(xì)小的等軸晶，熔核邊緣α-Fe 基體依附在熔核邊界未熔母材晶粒表面非自發(fā)形核，在較小的過冷度下形核、長大。熔核中心由于發(fā)生了成分過冷，且溫度梯度較小，結(jié)晶速度較大，不僅在結(jié)晶前沿形成樹枝狀晶，同時也能在液相中內(nèi)部生核，這些晶粒可以向四周自由生長，形成了中心等軸晶區(qū)。
 

2.2    接頭微觀組織

        圖2為超細(xì)晶粒鋼電阻點焊接頭母材及熔核區(qū)微觀組織，可見母材由鐵素體和少量珠光體組成，平均晶粒尺寸為6.5μm。熔核區(qū)幾乎由粗大的板條狀馬氏體組成，這是因為焊接過程中熔核溫度遠(yuǎn)高于HAZ溫度且在高溫停留的時間較長，冷卻時粗大的奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)槌闪舜执蟮陌鍡l狀馬氏體。
 

        圖3為超細(xì)晶粒鋼單電極和雙電極電阻點焊接頭HAZ粗晶區(qū)微觀組織，由圖可見單電極點焊時，HAZ粗晶區(qū)微觀組織為貝氏體、先共析鐵素體和少量的馬氏體組成。雙電極電阻點焊時，通過輔助環(huán)形電極對HAZ進行加熱，相當(dāng)于對HAZ進行了熱處理，接頭HAZ粗晶區(qū)原奧氏體晶粒明顯細(xì)化，HAZ粗晶區(qū)由貝氏體和先共析鐵素體組成，無馬氏體脆硬組織存在。
 

2.3    焊接接頭的力學(xué)性能

        表3為超細(xì)晶粒鋼點焊接頭拉剪強度，可見單電極點焊接頭拉剪強度僅14.50kN，雙電極電極點焊接頭拉剪強度提高到16.18kN，對接頭斷口進行觀察，發(fā)現(xiàn)點焊接頭斷裂部位為熱影響區(qū)粗晶區(qū)。雙電極點焊時，接頭熱影響區(qū)粗晶區(qū)晶粒有所細(xì)化，且消除了粗晶區(qū)脆硬的馬氏體組織，從而提高點焊接頭的拉剪強度。接頭斷裂形貌見圖4.

 

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