论文部分内容阅读
目前汽车制造领域发展中,提高燃油效率、减少碳排放和提高安全性,一直是汽车设计发展的三大理念。其中汽车减重被认为是减少燃料消耗的关键问题,但随之而来的汽车轻量化问题又与碰撞性的高标准相矛盾,因此汽车的轻量化虽然可以保证燃油的经济性,但其安全性会受到严重影响。近几十年来,汽车用轻质合金材料已被广泛研究,例如铝合金、镁合金、高强度钢等,其中铝、镁合金虽然可以满足汽车轻量化需求,但其生产制造成本较高,因而开发先进的高强度钢(AHSS)被认为能在保证汽车整体质量的前提下,可大幅降低其制造成本,进而为我国制造2025和碳中和目标提供助力。目前汽车用高强钢的焊接因材料、板厚不同,其焊接方法的选择及其焊接成形也不同。其中钨极氩弧焊(TIG)采用高效率的非熔化电极,且易保持恒定的电弧长度、焊接电流和稳定的焊接过程,进而可获得美观、平滑和均匀的焊缝和高质量接头,而采用脉冲电流进行焊接,可有效调整和控制焊接热输人,实现单面焊双面成型,适合于汽车用薄板结构的焊接制造。本课题应用于汽车前后横梁零部件设计领域,将两种不同强度和厚度的钢板相互结合,可实现最终零部件重量和性能的最优结合。车辆发生碰撞时,横梁前半部分钢板强度低且厚度薄,会发生变形来吸收能量,后半部分钢板保持稳定的高强度以确保乘客安全。本研究以汽车用异种不等厚高强钢CR22MnB5/DH1050为研究对象,采用直流脉冲钨极氩弧焊(P-TIG)焊工艺,通过调整焊接工艺参数,获得具有优良焊缝形貌的焊接接头,工艺参数为:焊接电流80A,焊接速度3.42mm/s,氩气流量12L/min。焊后接头成型美观,无明显焊接缺陷,并设计不同回火处理工艺,利用金相、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等微观测试手段及拉伸和抗弯性能、硬度和电化学腐蚀等性能测试方法分析回火处理前后接头各区域的组织与性能,研究热处理前后异种钢接头微观显微组织结构转变及其对焊接接头力学性能和腐蚀性能的影响机理,研究结果如下:显微组织结构分析表明,CR22MnB5/DH1050异种钢P-TIG焊接头主要由两侧母材、焊缝区和两侧热影响区构成。CR22MnB5母材区为板条状马氏体组织,DH1050母材为马氏体岛状组织均匀分布在铁素体基体上。未经回火处理时,焊缝组织为粗大的板条状马氏体,两侧热影响区存在典型的完全淬火区和不完全淬火区,完全淬火区由粗晶区和细晶区组织构成,主要为马氏体组织,而不完全淬火区由马氏体和铁素体两相混合组织构成。经250℃和550℃回火处理并随着回火温度的升高,接头各区域组织划分界限越来越不明显,其中粗大的马氏体组织不断地分解,大量颗粒状碳化物沿马氏体晶界处析出,铁素体含量增加,组织分布更加均匀。力学和电化学腐蚀性能分析表明,热处理前后焊接接头均在焊缝区获得硬度最大值,两侧热影响区均存在不同程度的软化区,其中接头CR22MnB5侧热影响区的软化区硬度值(277.6HV)相比母材区(376.6HV)明显降低。而经过550℃高温回火后,马氏体组织含量进一步降低,软化组织铁素体含量增加,接头整体硬度值分布趋于平缓,平均值为300.4HV。室温拉伸试验结果表明,试样接头均断裂在DH1050薄板一侧,呈现显著的韧性断裂模式,未经回火处理和经250℃低温回火处理的接头的抗拉强度(890MPa)和延伸率(4.85%)较为接近,但经550℃高温回火后,母材区马氏体岛逐渐溶解,碳化物析出,其抗拉强度显著下降(724MPa),但其塑性变形过程较长,伸长率显著提高(9.65%),促使接头塑韧性提高。室温弯曲试验结果表明,经250℃低温回火后,接头承受最大弯曲载荷(516N)相比未经回火接头(558N)下降不明显,但550℃高温回火后试件抗弯能力(438N)明显下降,断裂破坏时的最大位移(6.0mm)相比未经回火处理(6.8mm)显著下降。此外,250℃低温回火和550℃高温回火相比于未经回火处理的焊接接头试样,弯曲角分别增大7.43%和13.22%。电化学腐蚀性能分析表明,接头焊缝区经回火温度处理后,电化学腐蚀电位均正移,可有效改善接头的腐蚀性能。焊缝区经过250℃低温回火后,腐蚀电位为-0.648V,腐蚀性能相比未经回火处理的焊缝区(-0.728V)有所提高。同时经过250℃低温回火后接头焊缝区腐蚀电流密度最小为6.470x10-7A/cm~2,焊缝区组织经过低温回火后,马氏体开始分解,碳化物开始析出,铁素体含量增加,组织分布较均匀,其耐腐蚀性能较好。