中温轧制dp600钢的化学成分
人们常说，一个国家50%以上的GDP都与焊接有这样或那样的关系，就车身结构而言，焊接是主要的操作工艺。在之前的车身设计中，最典型的材料是低碳钢，这些汽车零部件通过电阻点焊(RSW)进行组装，实现汽车厂商需求过程中的高速度、高产量的场景。但由于换料的方案，行业内其他焊接方式越来越普及。其中，易于自动化和灵活的激光焊接在金属连接中获得了声誉。焊接DP钢涉及其他焊接工艺，如电阻点焊(RSW)[11]、激光点焊[12]、气体保护金属极电弧焊(GMAW)[13]和搅拌摩擦焊[14]。因此，必须对其力学性能进行分析。对双相钢的激光焊接性进行了一些研究，如钢的拉伸性能、焊接效果和非常有限的疲劳性能。在应用程序中，结构激光焊接接头在循环载荷下容易失效，因此有必要表征焊接接头的疲劳强度。以往的研究表明，DP钢的焊接导致热影响区(HAZ)外形成软区，焊接接头的力学性能在该区域有显著影响(17，18)。通过形成这个软化区(17-20)，焊接接头的拉伸性能和成形性受到严重阻碍。在本研究中，进行了拉伸试验，得到了相同的结果。那么问题就是软带会不会导致疲劳强度降低。详细的研究表明，疲劳性能的影响和软带的失效行为是双相钢焊接接头的缺点。综合研究发现，为了有效应用DP钢，了解其在单调和循环荷载下的断裂特征和机理非常重要。因此，本研究的目的是评估双相钢激光焊接接头在两种单调和交变载荷下的力学性能。2材料和实验过程2.1材料这种DP600钢的厚度为1.2 mm，具有锌扩散(GA)涂层(顶部46 g/m2，底部47 g/m2)。表1中给出了基底金属的化学成分。表1本次研究选用的DP600钢的化学成分(wt%)。
CMnSiAlMoCrCuS
0.09 1.84 0.36 0.05 0.01 0.02 0.03 0.005
2.2激光焊接激光焊接是通过使用二极管激光器，当前研究中使用的参数如表2所示。这种半导体激光器的头部Nuvonyx ISL4000L安装在松下VR6机器人的手臂上。光束的矩形尺寸为12mm× 0.9mm，焦距为90 mm，同时二极管激光器因为功率密度的原因，被限制在焊接导通模式。用流量为14.2 l/min的超高纯氩气作为保护气体焊接在试样表面。在金属模板上焊接一条熔透焊缝，焊接速度为1 m/min。表2
激光机激光源激光功率(kW)焊接速度(m/min)焦距(cm)光束尺寸(mm2)
nuvonyx ISL-4000 diode 4 1 9 12×0.9
2.3微观结构和显微硬度测试:DP600钢在三个不同方向切割。即纵向、横向和短横向。然后，将这些标本进行金相镶嵌、打磨、抛光并用2%硝酸蚀刻液蚀刻后制成。然后检查焊接样品横截面的微观结构。利用光学显微镜结合Clemex图像分析系统观察焊缝微观组织的变化。对未腐蚀的样品进行维氏显微硬度测试。测试时使用的载荷为500gm，保持时间为15s。所有数值均取三个方向系列样品的平均值。用显微镜仔细观察该熔合区的中心，并确定焊缝的几何规格。所有的几何凹痕足以避免由相邻缺口的应变场引起的任何潜在影响。图1:当前研究中使用的拉伸和疲劳试样的几何形状和尺寸。2.4拉伸试验ASTM-E8M代替试样用于拉伸试验。拉伸试样的几何形状如图1所示。垂直于焊接方向处理焊接样品。所有测试样本都沿加载方向轻微摆动，最终数值为600。拉伸试验在室温下用全自动万能拉伸试验机进行。当前拉伸试验的应变速率为0.01 s？1，0.001s1，0.0001s-1和0.00001 s？1。应变测量试验用25毫米长的引伸计进行。在每个应变率下至少测试两个样品。评估0.2%的补偿屈服强度、极限抗拉强度和韧性(伸长率)。
2.5疲劳试验和金相疲劳研究采用全电脑化8801电液测试系统，负载控制，应力幅超过6。这些拉伸测试样品由两个或多个具有相同几何形状和尺寸的样品在每个应力水平下进行测试。什么是应力比？等于0.1。所有测试正弦波和频率都选择为50赫兹。疲劳试验后，使用配备有牛津能量色散X射线光谱系统和3 d显微镜的JSM-6380-lv扫描电子显微镜对母材和焊接接头进行分析和检查，以确定疲劳裂纹的萌生位置和扩展机制。3结果及讨论3.1显微硬度分布图及显微组织变化图2为DP600钢激光焊接接头的显微硬度分布图。观察到熔合区(FZ)的硬度明显高于基体金属的硬度，约为65438±0.5倍。扫描电子显微镜(SEM)显示，该阶段的明显熔合区(FZ)主要包括马氏体(M)以及一些侧铁素体和贝氏体(图3(a))。熔合区形成的马氏体(FZ)使激光焊接过程中熔池的硬度迅速冷却，热影响区发生变化。由于马氏体的形成，熔化区附近的硬度高于基体金属附近的硬度。[21]中给出了类似的结果。在该区域附近观察到硬度低于基底金属的外部热影响区，该区域被称为软区，如图2所示。软带的存在主要是由于预先存在的回火马氏体[3，18，19]。如图3(b)所示，回火马氏体(TM)和贝氏体铁素体基体，加上一些预先存在的残余奥氏体。在其他等级的焊接DP钢(17，18，20)中也发现了类似的结果。该软区域将对激光焊接DP600钢接头的机械性能产生不利影响，这将在后面的章节中看到。在基体材料中观察到几乎整个材料的恒定硬度，基体材料相应的显微组织包括马氏体、铁素体基体和部分残余奥氏体(图3(c))。图2:典型DP600钢激光焊接接头截面的显微硬度图3: SEM显微照片显示了DP600钢接头的显微组织变化，其中(a)熔合区，(B)外部热影响区(软区)和(c)基体金属，其中M、F、B和TM分别代表马氏体、贝氏体铁素体和回火马氏体。图4。4 .工程应力-应变曲线试验。DP600钢在不同应变速率下，(a)母材，(b)焊接接头。
图5。DP 600钢激光焊接接头拉伸试样典型失效位置3.2拉伸性能图4为母材和焊接接头的两条工程应力应变曲线。有趣的是发现DP600母材的应力应变曲线是平滑的，所有应变速率(图4(a))都是连续的，而焊接DP600接头在所有应变速率下都表现出屈服点现象，如图4(b)所示。外层HAZ中的所有焊接样品都失败了，图5中显示了一个示例，其中垂直线标记焊接。拉伸试验中的仔细观察表明，屈服发生在软化区，然后在该区(即外部热影响区)，大部分塑性变形累积直至最终破坏。焊接接头的屈服强度高于母材，但焊接试件的抗拉强度略低于母材(图6)。虽然这两个屈服强度和极限抗拉强度略有增加，以提高应变率，就应变率而言(图7)，延性没有显示出任何轻微的变化。然而，观察到所有拉伸测试样品的断裂模式，焊接导致伸长率下降(图7)。图6。6激光焊接接头的屈服强度和抗拉强度极限试验。不同应变速率影响下的DP600钢。焊接样品中的屈服点现象可能是由于激光焊接过程中可能发生的间隙扩散。高温产生的使碳(或氮)铁原子扩散到其他位置的激光的能量略低于另一个实刃位错平面原子。弹性相互作用如此强烈，以至于杂质原子的气团变得完全饱和，并沿着核心的位错凝结成一排原子。当这样的例子加载有固定的插入位错(即，本研究中的焊接样品)时，需要更高的应力来开始位错运动以开始塑性变形。结果，激光焊接后的屈服强度变得更高，如图6所示。位错线在较低压力下可能脱离溶质原子的影响而滑移，表现出屈服点现象，如图4(b)所示。这个屈服点就是载荷下降后的屈服，一些详细的描述可以在参考文献[22-24]中找到。图7。DP 600钢激光焊接接头在不同应变速率下的延性试验。焊接接头和母材的断口特征基本相似。杯状凹陷断口是断口的主要特征，代表韧性断裂模式。在图8中可以看到焊接断口的典型SEM显微照片的例子。断裂表面的中心(图8(a))主要包含晶粒坑，显示由简单拉伸载荷引起的典型断裂。边缘附近的断口(图8(b))显示了两个等轴和剪切坑的组合，因为它在晶粒表面上有一个等轴坑的新压痕，该压痕具有细长的抛物线形状。这意味着剪切运动发生在带拉伸载荷的区域。
图8。拉伸试样中典型焊接接头断口的扫描电镜照片，应变速率为1×103 s 1。表面(a)在中心，而(b)在表面附近。3.3疲劳性能控制载荷的疲劳试验表明，当焊接接头的疲劳极限略低于母材时，在高应力幅下观察到母材和焊接接头的疲劳寿命几乎相同，如图9所示。该结果表明，外部热影响区硬度的轻微降低(图2)不足以降低较高应力幅下的疲劳强度。这是因为高应力幅度破坏了潜在负面影响的软区。这两种材料的疲劳极限和计算疲劳见表3。焊接接头的疲劳极限低于母材的12.5%，然后将疲劳率为0.28的母材与0.32的母材进行比较，得到焊接接头。这种焊接试样外部热影响区中隐藏着负效应的软带使疲劳极限或疲劳比略有降低，疲劳极限区附近的压力幅值不可忽略。以下Basquin型方程用于拟合疲劳数据。是交变应力的振幅。为2N=1处压力截流的疲劳强度系数。n是疲劳失效循环次数，2N是反向载荷失效系数，b是疲劳强度指数。表4给出了母材的？和b值以及焊接样品。这是看到焊接接头的疲劳强度系数较高，但疲劳强度指数的绝对值会增大以得到略短的疲劳寿命(因为较小的B值对应较长的疲劳寿命[24])。结果是不是同样不好用？和b，这在图9中得到证明。图9。9的s-n曲线。DP600钢基材和焊接接头，R = 0.1，50 Hz，室温，其中数据点箭头表示样品跳动。3.4疲劳断裂的位置和机理关于疲劳断裂的位置，观察到所有焊接样品在高于250 MPa的压力振幅下在外部热影响区中失效，并且母材样品中的测量部分失效。但在250 mpa或更低的压力幅值下，所有焊接试样和母材试样的失效都远离中间测量部分。这些结果非常一致，在焊接接头和母材的S-N图中，在压力幅值约为250 MPa处有一个转折点，如图9所示。在焊接试样的缺陷位置可以看到两个不同的应力幅测试范围，如图10所示。可能的原因和影响是循环强化机制涉及诱发马氏体相变[25，26，27]变形。这种DP钢的显微组织含有少量残余奥氏体；在循环载荷下，残余奥氏体转变为马氏体，使钢具有额外的强化作用。这些马氏体颗粒被认为促进了位错的产生，并控制了循环变形[28]。在较高的应力幅下，试样测试的LCF区域中的位错可以克服马氏体应力的障碍，即超过马氏体引起的阻力，在测试试样的测量部分产生更多的累积损伤。造成这种现象的原因是母材和焊接接头的缺陷部位存在较高水平的应力幅。由于硬度较低，焊接样品的疲劳失效在外部热影响区更为明显(图2)。然而，在低水平的压力幅值下，这种现象在HCF区持续了很长时间，应力不能与马氏体克服混沌的阻挡力相互作用。潜在应力集中引起的缺口效应使靠近测量部位的区域成为最薄弱区域。通常，凹口效应表明HCF区域比LCF区域(29)更长，寿命更短。
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双相钢DP600的组织和性能
DP600(双相钢)激光焊接接头的组织和力学性能
摘要:
双相钢(DP)具有比传统钢种更高的抗拉强度、更好的初始加工硬化和更大的伸长率，同时降低了燃料消耗和温室气体排放，被广泛应用于汽车工业。在这样的应用过程中必须涉及焊接和连接，但这将导致材料的局部变形以及在循环载荷下制造潜在的安全性和可靠性的一系列问题。本研究的目的是评估DP600钢激光焊接后的显微组织变化及其对拉伸和疲劳性能的影响。激光焊接导致熔合区硬度显著增加，但也在热影响区(HAZ)外形成了一个软区。虽然焊接后延性降低，屈服强度提高，但极限抗拉强度几乎保持不变。虽然在高应力幅下疲劳寿命几乎相同的母材和焊接接头之间的疲劳极限在焊接后略有下降，但拉伸断裂和疲劳失效发生在应力幅较高的外部热影响区。观察到疲劳裂纹萌生区出现在试样表面，裂纹扩展是特征性的裂纹形成机制。在快速传播区域也观察到凹坑和变形区。