Mater. Sci. Eng. A：T-250马氏体钢激光焊接高强韧性接头的工艺设计

【引言】

T-250马氏体钢，强度高、韧性好，由于不含Co，所以成本低，广泛应用在火箭发动机壳体和飞机起落架等众多结构中。然而，目前各种焊接方法焊接得到的接头虽然强度高，但韧性差，难以满足应用要求。而铜元素可以改善马氏体钢焊接接头的强度和韧性，所以通过控制铜含量和后续时效温度，改善T-250焊接接头性能。

【成果简介】

近日，清华大学单际国教授、K.Li和德克萨斯大学埃尔帕索分校R.D.K. Misra（共同通讯作者）等人在Materials Science and Engineering: A上发表了最新的研究成果“The significance and design of hybrid process in governing high strength-high toughness combination of fiber laser-welded T-250 maraging steel joint”。在该文中，研究人员系统研究了铜对T-250马氏体钢激光焊接接头强度和韧性的影响。在不同温度下，通过改变焊接接头的铜含量进而对时效过程产生影响。通过改变铜含量和时效过程来优化焊接接头的力学性能，进而得到高强度和高韧性的焊接接头。

【致歉：很抱歉，未能找到通讯作者K.Li的确切中文名字，小编表示诚挚的歉意！】

【图文导读】

图1 未经处理的母材和供货态母材的OM图和TEM图

（a）未经处理的母材的光镜图

（b）未经处理的母材的TEM图及选区的电子衍射图像

（c）供货态的母材的TEM图及选区的电子衍射图像

（d）TEM图中观察到的析出物的放大图

图2 焊接系统和保护装置

（a）焊接固定装置和保护装置实物图

（b）焊接系统的示意图

图3 电镀示意图

图4 拉伸件尺寸

图5 DSC实验中试样的取样示意图

图6 焊接接头横截面形貌图

（a）没有铜涂层的焊缝形貌图

（b）铜涂层为10μm时的焊缝形貌图

图7 铜涂层为10μm时的焊接接头的显微组织

（a）焊缝的显微组织

（b）部分熔化区的显微组织

（c）深侵蚀区的显微组织

（d）母材的显微组织

图8 铜涂层为10μm时焊接接头的DIC实验结果

（a）拉伸试样的全场应变分布

（b）截线0处的应变曲线

图9 焊接接头的拉伸强度和韧性随时效温度变化的曲线

图10 焊接接头的拉伸强度和韧性随铜涂层厚度的变化曲线

图11 不同厚度铜涂层的试样的DSC曲线

图12 强度和韧性的响应面

（a）强度的响应面

（b）韧性的响应面

图13 强度和韧性的轮廓叠加图

图14 规范参数区域的拟合曲线

图15 测试点的断裂表面

（a）点2的断裂表面

（b）点3的断裂表面

（c）点4的断裂表面

图16 断裂处的韧窝的显微组织

（a）断口韧窝的低倍放大图

（b）断口韧窝的中倍放大图

（c）断口韧窝的高倍放大图

图17 夹杂分析

（a）区域1的夹杂分析

（b）区域2的夹杂分析

【小结】

研究人员设计了电镀Cu涂层→焊接→时效处理这一工艺，选择合适的工艺参数可以优化T-250马氏体钢焊接接头性能。研究人员找到了强度和韧性实现最佳匹配的工艺参数范围。时效温度（T）和铜涂层厚度（t）同时满足：587 oC＜T＜610 oC，17.5 μm＜t＜60 μm时，焊接接头的强度和韧性能实现最优匹配，焊接接头的强度和韧性能够达到母材的90%以上。

文献链接：The significance and design of hybrid process in governing high strength-high toughness combination of fiber laser-welded T-250 maraging steel joint（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.01.122）。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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