不同热处理制度下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的组织与性能

袁 鸿，王金雪，余 槐，张国栋

（北京航空材料研究院，北京100095）

不同热处理制度下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的组织与性能

袁 鸿，王金雪，余 槐，张国栋

（北京航空材料研究院，北京100095）

针对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢开展闪光对焊试验，研究不同焊后热处理制度对其焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明：采用闪光对焊方法焊接1Cr11Ni2W2MoV，能够获得优质的焊接接头。1Cr11Ni2W2MoV闪光焊焊态下焊缝组织为马氏体和少量的δ铁素体组织，焊接接头具有较好的拉伸性能，但塑性和韧性较差。经过淬火+回火热处理后组织表现为回火索氏体组织，焊接接头的抗拉强度、塑性和韧性等性能均得到改善。在1000℃油淬+570℃回火状态下，焊接接头具有良好的综合力学性能。

闪光对焊；1Cr11Ni2W2MoV不锈钢；热处理；组织与性能

0 前言

闪光对焊是一种固相连接方法，热效率高、焊接质量好、可焊金属和合金的范围广，除少数热脆性合金外，几乎所有可锻压的金属以及异种合金接头均可焊接；既能焊接紧凑截面，又能焊接如型钢、板材等展开截面的焊件。因此，闪光焊是一种经济、高效的特种焊接方法。以环形件为例，传统的环件生产工艺材料利用率很低，仅3%～8%，而采用闪光焊工艺可直接采用型材成型，节约原材料20%～40%，明显降低生产成本[1-2]。

1Cr11Ni2W2MoV为马氏体型热强不锈钢，室温强度和持久强度较高、韧性和抗氧化性能良好，适用于制造低于550℃的潮湿条件下工作的承力件[3]。以1Cr11Ni2W2MoV为对象，开展闪光对焊试验，分析不同热处理状态下焊接接头的微观组织和力学性能研究不同热处理制度对接头组织和性能的影响。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

1Cr11Ni2W2MoV不锈钢化学成分如表1所示，经机械加工成25 mm×55 mm×220 mm的焊接试块。

1.2 试验方法

将加工好的试块进行清理后在T9型液压式闪光焊机上开展闪光对焊试验，闪光焊机功率1000kW，焊接试块截面积25 mm×55 mm。焊接完成后，对焊接接头进行不同的焊后热处理，热处理制度分别为：①焊后不进行热处理（焊态）；②1 000℃油淬+570℃回火；③1 000℃油淬+680℃回火。

表1 1Cr11Ni2W2MoV化学成分 %

将不同热处理状态下的焊接接头加工成金相、标准拉伸及冲击等试样。采用LEICADMI3000光学显微镜分析接头金相组织，并采用INSTRON5887拉伸试验机和SANS ZBC-2302冲击试验机测试其室温拉伸和冲击性能。

2 试验结果和分析

2.1 接头宏观形貌

图1a为1Cr11Ni2W2MoV不锈钢闪光对焊的焊接接头。闪光对焊的焊接接头经机械加工去除焊接过程中被排挤到焊缝外部的金属及氧化物毛刺，再对焊接接头进行X射线检测，未发现焊缝中有缺陷存在。

将焊接接头沿高度方向取横截面，经化学腐蚀后观察其宏观形貌。结果显示，通过合理选择预热、闪光、顶锻、休止几个阶段的焊接工艺参数，在闪光焊过程中，焊缝对口金属受热熔化后在顶锻力的作用下完全被排挤到焊缝对口以外，最终形成了结合紧密且呈平行的窄条状焊缝，图1b所示为闪光对焊接头横截面的宏观形貌照片。

2.2 焊缝显微组织

不同热处理状态下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊焊缝区的显微组织如图2所示。由于闪光对焊属于固相连接，闪光对焊过程中受热熔化的金属在顶锻力作用下全部被排挤到焊缝以外，因此焊缝中并无因金属熔化而形成的铸造组织，这也正是闪光对焊与传统熔化焊的区别所在。图2a为1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊焊态下，焊缝的显微组织受到焊接热循环的影响，其显微组织与淬火状态下的组织相似，表现为马氏体和少量的δ铁素体组织。图2b为1000℃油淬+570℃回火状态下的焊缝显微组织，1Cr11Ni2W2MoV在经过1 000℃油淬后的组织主要为板条状马氏体和少量δ铁素体，再经570℃回火后，原来马氏体的板条状特征消失，同时伴随着弥散状的碳化物（主要表现为M2X和M23C6型碳化物）颗粒析出，均匀地分布在等轴状铁素体基体上，即主要为回火索氏体组织。图2c为1 000℃油淬+680℃回火状态下焊缝的显微组织，其组织仍表现为回火索氏体组织，只是随着淬火后的回火温度升高到680℃，碳化物颗粒有聚集长大现象[3-5]。

图1 1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊焊接接头及横截面形貌

2.3 室温拉伸及冲击性能

图2 不同热处理状态下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊焊缝区显微组织

对不同热处理状态下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊的焊接接头进行室温拉伸和冲击试验。拉伸性能测试结果如表2所示。焊态下的焊接接头具有较高的抗拉强度，达到920 MPa，但塑性较低，延伸率和断面收缩率分别为12.1%和59.0%，焊接接头经过1 000℃油淬+570℃回火热处理后，仍然保持较高抗拉强度，达到923 MPa，同时塑性也提高，延伸率和断面收缩率分别为17.1%和61.7%；当焊接接头经过1000℃油淬后进行680℃回火热处理时，与1000℃油淬+570℃回火热处理相比，抗拉强度和塑性均降低，抗拉强度为851 MPa，延伸率和断面收缩率分别为15.3%和64.0%。不同热处理状态下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的室温冲击性能如表3所示。焊态下焊接接头的冲击韧性较差，仅有37.6 J/cm2，焊接接头分别经1000℃油淬+570℃回火热处理和1 000℃油淬+680℃回火热处理后，冲击韧性均大大提高分别达到109.7 J/cm2和108.4 J/cm2。

表2 1Cr11Ni2W2MoV闪光焊焊接接头室温拉伸性能

表3 1Cr11Ni2W2MoV闪光焊焊接接头室温冲击性能

由此可见，焊后经过淬火+回火热处理能够有效改善焊接接头的抗拉强度、塑性和韧性等性能在1 000℃油淬+570℃回火状态下，焊接接头的强度、塑性和韧性匹配较好，综合力学性能良好。

3 结论

（1）采用闪光对焊方法焊接1Cr11Ni2W2MoV能够获得优质的焊接接头。

（2）1Cr11Ni2W2MoV闪光焊焊态下焊缝组织为马氏体和少量的δ铁素体组织，焊接接头具有较好的拉伸性能，但塑性和韧性较差。经过淬火+回火热处理后组织表现为回火索氏体组织，焊接接头的抗拉强度、塑性和韧性等性能均得到改善。

（3）在1 000℃油淬+570℃回火状态下，焊接接头具有良好的综合力学性能。

[1]王金雪，袁鸿，余槐，等.TC18钛合金闪光焊接头的组织与性能[J].航天制造技术，2013（3）：22-24.

[2]冯秋元，李廷举，丁志敏，等.闪光对焊技术研究现状及发展趋势[J].材料科学与工艺，2008，16（1）：49～53.

[3]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册（第一卷）—结构钢、不锈钢[M].北京：中国标准出版社，2001：474-482.

[4]王金雪，袁鸿，张国栋，等.1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的组织与性能[J].焊接，2015（4）：58-60.

[5]李雪峰，王春芬，王嘉敏.回火马氏体与回火索氏体辨析[J]热处理，2012，27（4）：12-16.

Microstructure and mechanical properties of flash butt welded joints of 1Cr11Ni2W2MoV stainless steel after different heat treatment

YUAN Hong，WANG Jinxue，YU Huai，ZHANG Guodong
（Beijing Institution of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China）

Flash butt welding experiments of 1Cr11Ni2W2MoV stainless steel are carried out,and then the microstructure and properties o theweldedjointswithdifferentpostweldheattreatmentsarestudied.Theresultsshowthatflashbuttweldingissuitablefor1Cr11Ni2W2MoV and can gain the high quality welded joints.The microstructures of flash butt welds of 1Cr11Ni2W2MoV are martensite and a small quantit of δ-ferrite，and the welded joints have better tensile property and worse plasticity and impact toughness.After quenching and temper hea treatment，the microstructure is tempered sorbite,and the tensile strength，plasticity and impact toughness of the welded joints are improved.In the condition of quenching at 1 000℃and temper at 570℃，the welded joints have excellent integrated mechanical properties.

flash butt welding；1Cr11Ni2W2MoV stainless steel；heat treatment；microstructure and mechanical properties

TG457.11

A

1001-2303（2017）06-0052-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.06.11

2016-03-14；

2017-06-07

袁 鸿（1971—），湖北荆州人，高级工程师，主要从事航空材料焊接性及复杂构件电子束焊接制造技术研究。E-mail：beamwelding@aliyun.com。

本文参考文献引用格式：袁鸿，王金雪，余槐，等.不同热处理制度下1Cr11Ni2W2MoV闪光对焊接头的组织与性能[J].电焊机，2017，47（06）52-54.