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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(jí)或亞微米級(jí)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(qiáng)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(shí)實(shí)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(diǎn)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(diǎn)焊接頭HAZ局部脆化、接頭強(qiáng)度較低[7-9]。電阻點(diǎn)焊的特點(diǎn)決定了焊后不允許對(duì)接頭進(jìn)行熱處理，而通過(guò)調(diào)整焊接工藝參數(shù)的措施來(lái)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(gè)環(huán)形電極，利用環(huán)形電極對(duì)接頭HAZ進(jìn)行加熱，研究接頭組織和性能，研究結(jié)果對(duì)于推動(dòng)超細(xì)晶粒鋼在汽車等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要的意義。
 

1    實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

        母材為400MPa級(jí)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(jí)整流點(diǎn)焊機(jī)，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(jìn)行點(diǎn)焊，第二組采用雙電極進(jìn)行點(diǎn)焊，即單電極焊完后立即用環(huán)形電極對(duì)熱影響區(qū)進(jìn)行加熱, 點(diǎn)焊工藝參數(shù)見表2。試樣搭接長(zhǎng)度為25mm。焊后每組參數(shù)取5個(gè)試樣，采用WDS-100電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉剪試驗(yàn)，用MeF-3型光學(xué)顯微鏡對(duì)接頭組織進(jìn)行觀察和分析，采用HVS- 1000 型顯微硬度計(jì)對(duì)接頭硬度進(jìn)行測(cè)試。

 

2    試驗(yàn)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(diǎn)焊接頭橫截面宏觀組織，可見點(diǎn)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(qiáng)，柱狀晶晶體生長(zhǎng)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(guò)冷度下形核、長(zhǎng)大。熔核中心由于發(fā)生了成分過(guò)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(shí)也能在液相中內(nèi)部生核，這些晶?？梢韵蛩闹茏杂缮L(zhǎng)，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(diǎn)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?yàn)楹附舆^(guò)程中熔核溫度遠(yuǎn)高于HAZ溫度且在高溫停留的時(shí)間較長(zhǎng)，冷卻時(shí)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(diǎn)焊接頭HAZ粗晶區(qū)微觀組織，由圖可見單電極點(diǎn)焊時(shí)，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(diǎn)焊時(shí)，通過(guò)輔助環(huán)形電極對(duì)HAZ進(jìn)行加熱，相當(dāng)于對(duì)HAZ進(jìn)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(wú)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(diǎn)焊接頭拉剪強(qiáng)度，可見單電極點(diǎn)焊接頭拉剪強(qiáng)度僅14.50kN，雙電極電極點(diǎn)焊接頭拉剪強(qiáng)度提高到16.18kN，對(duì)接頭斷口進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)焊接頭斷裂部位為熱影響區(qū)粗晶區(qū)。雙電極點(diǎn)焊時(shí)，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(diǎn)焊接頭的拉剪強(qiáng)度。接頭斷裂形貌見圖4.

 

3    結(jié)束語(yǔ)

3.1    超細(xì)晶粒鋼電阻點(diǎn)焊接頭熔核區(qū)組織由粗大的柱狀晶加少量的等軸晶組成，其中等軸晶位于熔核邊緣和中心。
 

3.2    超細(xì)晶粒鋼電阻點(diǎn)焊接頭斷裂部位為熱影響區(qū)粗晶區(qū)，與單電極點(diǎn)焊接頭相比，雙電極點(diǎn)焊有利于細(xì)化粗晶區(qū)晶粒組織，消除脆硬組織馬氏體，顯著提高了接頭拉剪強(qiáng)度。