【摘 要】
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随着全球污染和石油资源逐渐匮乏等问题日益严峻,对车身“轻量化”研究提出了更高的要求。传统轻质高强钢诸如双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)、无间隙原子钢(IF)和奥氏体钢等,因生产成本、冶金和加工性能等问题限制了其应用。中锰TRIP钢(Mn含量4~12%)基体组织由奥氏体和铁素体构成,兼具优异的强度和塑性,已报到的研究表明其强塑积(抗拉强度和断后延伸率的乘积)可达30~60GPa%,具有极高
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随着全球污染和石油资源逐渐匮乏等问题日益严峻,对车身“轻量化”研究提出了更高的要求。传统轻质高强钢诸如双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)、无间隙原子钢(IF)和奥氏体钢等,因生产成本、冶金和加工性能等问题限制了其应用。中锰TRIP钢(Mn含量4~12%)基体组织由奥氏体和铁素体构成,兼具优异的强度和塑性,已报到的研究表明其强塑积(抗拉强度和断后延伸率的乘积)可达30~60GPa%,具有极高的应用前景。电阻点焊是汽车装配过程中薄板连接的主要方法,焊点的完整性和力学性能是保证整车安全性的关键,因而研究中锰钢TRIP钢电阻点焊工艺、组织性能和焊后组织改性对其应用具有重要的参考和指导意义。本文以0.13C-7Mn中锰钢为研究对象,开展了单、双脉冲点焊试验,焊后原位回火和热处理炉内回火工艺研究。研究了该试验钢的焊缝组织演变,显微硬度分布,主要合金元素的偏析、再分配行为和焊点失效机理。本文的试验结果可归纳为如下:(1)单脉冲试验中,研究了焊接工艺对焊点熔核直径和拉剪性能的影响。焊接电流对焊点综合力学性能影响最为显著,焊接参数组合为4KN(压力),320ms(时间),11KA(电流)时获得了最佳拉伸载荷14.3KN;通过改变高温停留时间,影响形核时液态金属的含量,进而影响焊点直径和力学性能,但在高焊接能量的情况下峰值载荷与其并没有直接联系;电极压力的大小将影响接触电阻阻值和冷却速率,试验结果表明4KN下的焊点综合力学性能优于4.5KN。(2)双脉冲试验中,焊接电流在9~10KA内焊点的延性和熔核直径有小幅提升。在高电流情况下,11k A时焊点的力学性能与单脉冲相当,因为可以认为高焊接热输入情况下,焊点力学性能受到多方面的影响,熔核直径只是其中之一。(3)单、双脉冲试验中,焊点失效行为均为界面断裂(IF)和部分界面断裂(PIF),IF断口为沿晶开裂并逐步形成宏观裂纹;PIF断口具有沿晶开裂和穿晶断裂,但均为脆性断裂。EDS能谱结果显示熔核线附近因晶界的大量聚集出现了Mn富集现象,熔核区柱状晶形成C、Mn偏析带,导致了晶间强度的恶化。焊点的失效行为由熔核直径、板材厚度、母材合金元素和焊缝组织共同决定。(4)焊后热影响区组织主要由残余奥氏体、马氏体和少量的铁素体构成,熔核区几乎为全马氏体结构。硬度测试显示,热影响区具有比熔核区更高的硬度,最大约为600±10Hv,熔核区硬度均值约540±20Hv,硬度波动大表明其强度较低这与拉伸结果一致。(5)回火试验中,脉冲回火电流的回火工艺无法改善焊缝力学性能,相比之下炉内回火工艺显著提升了焊点综合力学性能。在250℃下分别保温10min、20min和30min后,其力学性能较焊接态试样得到了显著提升,增幅分别为98.1%、106%和47.3%。(6)炉内回火后焊缝各结构分区组织发了相应的转变,保温时间为10min和20min时,热影响区和熔核区的组织主要由回火马氏体构成,残余奥氏体在回火时发生了贝氏体转变,焊缝区的残余应力基本消除。保温时间为30min时,析出渗碳体,降低了焊点的力学性能。(7)回火后焊点失效模式发生了转变,由IF转变为PIF和PF模式。PIF断口在热影响区的部分区域仍具有一定的脆性,断口显示为混合断裂,整体断裂强度约为20KN,断裂形貌由河流花样和浅韧窝构成。PF模式具有较高的韧性,峰值载荷达28.57KN,断口形貌以“酒杯状”韧窝为主。
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