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1、冷卻速率和粉末特性對球墨鑄鐵的粉末焊接區(qū)的熱穩(wěn)定的影響摘要：關(guān)于在大型模具中采用球墨鑄鐵的應用，多數(shù)的缺陷都是在焊補的位置出現(xiàn)的。冶金方面的相關(guān)調(diào)查指出，在熱影響區(qū)微裂紋存在的主要問題，使用的主要的修補方法是氧乙炔粉末焊接的表面修復。還有使用粉末與鎳基合金的自熔特性，通過控制冷卻條件來進行模擬修復大型模具。結(jié)果表明，在焊接預熱標準的前提下使用鎳基合金粉末焊接的大零件時在一定條件下相對較高的冷卻速率的作用下，微裂紋會出現(xiàn)在球墨鑄鐵的熱影響區(qū)(HAZ)。斷裂過程顯示鎳基合金焊接在焊縫的根部由于應力的收縮效應引起的。該裂紋主要集中在球墨鑄鐵的石墨和鐵素體的分解面，然后經(jīng)過馬
2、氏體。關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵；裂紋；鎳基合金；熱影響區(qū)；馬氏體1.前言球墨鑄鐵是一種應用廣泛的材料，可以用于鑄造大型、復雜的零部件。球墨鑄鐵相對較高的強度和韌度以及一些鐵的特性，使得球墨鑄鐵在應用中具有一定的優(yōu)勢。要想使球墨鑄鐵的表面硬度和顯微組織中珠光體的數(shù)量增加[1]，可以降低球墨鑄鐵表面的淬火溫度。在焊接過程中形成的不同的顯微組織，可以使用不同的過冷奧氏體連續(xù)冷卻曲線（CCT）圖來確定。然而，現(xiàn)在只有一些有牌號的球墨鑄鐵才有CCT圖[2][3]。粉末焊接通過專門設計的噴嘴以粉末合金的方式進行焊接，美聯(lián)儲采用計量裝置通過測量氧氣流/乙炔流來確定焊接速度。粉末焊接，由于獨
3、特的熱循環(huán)特性以及鎳基自熔性堆焊材料的冶金特性，被廣泛應用于修復不同鑄鐵的表面缺陷。氧乙炔火焰，是一個強度相對較低的熱源，可以產(chǎn)生如手工電弧焊（SMAW）這個工藝類似的比較溫和的冷卻速率。此外，粉末的自熔性焊接中，鎳基合金的熔點明顯低于鑄鐵和純鎳，因此峰值溫度在明顯低于通常鑄鐵熱影響區(qū)的溫度區(qū)間1400~900℃[4]。自熔性合金的類型和以及為了方面的應用程序，它是用于不同等級的灰鑄鐵和球墨鑄鐵的回收及重復利用[5]。自熔性成分在熔池表面形成的氧化物的原因的焊料通過金屬鍵和金屬連接起來形成的。鑄鐵焊接容易形成裂紋是一個眾所周知的現(xiàn)象。在焊接過程中，鑄鐵通常被認為是焊接
4、性差。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是在使用普通的鎳基合金作為焊料時，在焊接熱影響區(qū)冷卻時在熔化區(qū)（PMZ）容易產(chǎn)生含碳量比較高的脆硬組織及硬質(zhì)相[6-10]。據(jù)記載，在采用電弧焊接鑄鐵的過程中，在熔合區(qū)（PMZ）容易產(chǎn)生馬氏體和萊氏體[11]。然而，由于低的冷卻速率和氧乙炔工藝和相對較低的峰值溫度與自熔性合金，粉末焊接鑄鐵的零件，在熱影響區(qū)相對于其他的焊接方法比較不容易開裂，對于這個結(jié)論還沒有在文獻中明確的提出。9在一些汽車生產(chǎn)線上，大型壓力機的模具成型的應用中，在維修的過程中發(fā)現(xiàn)一些裂紋出現(xiàn)在粉末焊接修補過的位置。模具制造過程中球墨鑄鐵的等級是GGG70。疲勞試驗和隨后的
5、金相調(diào)查顯示，原因主要是基體金屬熱影響區(qū)的焊補缺陷有關(guān)。本次課題研究涉及較少的研究范圍在粉末焊接球墨鑄鐵在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋的可能性及了解產(chǎn)生這種現(xiàn)象的機制[12]。球墨鑄鐵的基體化學成分2、實驗過程等級為GGG70的球墨鑄鐵是最基本的一種鑄鐵。這種鑄鐵的屈服強度在430MPa極限強度在690MPa。試樣通常的尺寸為60*60*20mm3。在焊接前，試樣表面的污穢物如油脂和油必須清理干凈?；w的化學成分列于表1，這兩種粉末的化學成分和應用數(shù)據(jù)列于表2。采用堆焊技術(shù)焊接樣品。設置10升/分鐘，模式為氧氣和乙炔的流量，火焰呈中性。建議采用粉末焊接焊接球墨鑄鐵。粉末沉積后，試
6、樣采用三種不同的冷卻方式冷卻。一部分樣品使用大銅板接觸冷卻，放在水中的樣品（CR1）冷卻速率最高。第一組實驗的冷卻速率被設計呈模擬在實踐過程中板厚大于一毫米局部預熱300℃的焊接。一些樣品在空氣中冷卻（CR2）用來模擬預熱300℃并且焊縫有足夠的長度。最后，尋找最優(yōu)的設計條件，一部分樣品在后期加熱到400~500℃。通過對溫度與焊縫及鄰近的地方采用熱電偶傳感器與剖面測量冷卻速率如圖1所示。值得一提的是，實驗經(jīng)過精心設計，基于四組不同的條件不是六組，把可以預料的因素都集中起來，提高實驗效率。后期的結(jié)果表明，實驗的充分性。3、實驗結(jié)果與實驗討論母材的微觀組織結(jié)構(gòu)如圖2a所
7、示。金屬基體是有珠光體的基體上彌散分布球狀石墨。矩陣可以看作是共析鋼0.8%碳含量?？梢钥闯?，石墨結(jié)節(jié)分散的顆粒組成的細珠光體層一起在晶粒邊界存在三結(jié)更多的鐵素體（圖2b）。對于焊縫的化學分析表明，正如預期的那樣與以前的報告相吻合，該樣本稀釋度低，即在1~5%范圍之間。焊接熱影響區(qū)的樣品A1在焊縫區(qū)的顯微組織結(jié)構(gòu)圖3a。該樣品的冷卻速率最高（CR1）而且可以看出整個熱影響區(qū)為馬氏體。顯微硬度測試結(jié)果如圖4所示。焊接熱影響區(qū)硬度高的寬度約為3mm。在A1中開裂的主要原因是針狀馬氏體大和硬度高所引起的。9在圖3b顯示的是樣品A2的針狀馬氏體的分布，實驗條
