GH2132合金的焊接裂纹分析.pdf
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1、DOI:10.3969/j.issn.1000-6826.2022.01.1301GH2132 合金的焊接裂纹分析合金的焊接裂纹分析Analysis of Welding Crack for GH2132 Alloy Part供稿|刘爱胜/LIU Aisheng导读内容GH2132 板材焊接时出现焊缝开裂,为寻找开裂原因,解决开裂问题,对焊缝取样,利用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝组织;对试样做拉伸实验,利用扫描电镜分析拉伸断口。结果表明,焊缝组织晶界上存在大量的富 Ti、Mo 的低熔点相,组织中有较多的生长孪晶。焊缝组织层错能较低,焊后冷却速度大,热应力大。焊缝断口上存在 3 类区域,分别为未
2、熔合区、晶界开裂区以及韧性断裂区。晶界低熔点相的大量密集分布以及焊后较大的热应力共同导致了晶界沿析出相开裂。焊缝中同时存在未熔合区导致的内部孔洞和晶界低熔点相导致的结晶裂纹。GH2132 是一种沉淀强化型高温合金,常用于制作航空发动机的热端部件12。GH2132 板材焊接时出现焊缝开裂,对焊缝取样进行分析,寻找开裂原因,以改进焊材和焊接工艺。实验方法实验所用母材为 GH2132 固溶态板材。母材与焊丝的化学成分如表 1 所示,焊接参数为:焊接电流200 A,焊接速度0.6 mm/min,送丝速度130 m/min。对焊缝部位取样,观察微观组织。并进行拉伸实验,分析断口。实验结果与分析组织分析图
3、 1 所示为焊缝的宏观形貌。中间泛白区为焊缝,周围灰黑色区域为母材。可见焊缝截面大体呈V 形,母材及熔池因局部受热差异导致熔池左右两侧边缘形状有所不同。表1焊缝母材和焊丝化学成分(质量分数)%材料CCrNiMoAlTiSVBSiMnPFe母材0.05414.8025.151.170.222.200.000880.260.00360.970.980.026余量焊丝0.05415.1926.441.130.192.070.003400.320.00220.561.000.016余量 图 2 所示为焊缝裂纹附近组织,可见有大量析出相沿晶界分布。图 2(a)中的晶界析出相形状不规则,内部疏松,且边缘有
4、熔化迹象。晶界及晶内有块状相存在,如箭头所示。图 2(b)中裂纹沿晶界延伸。箭头 1 所示为已开裂并有所扩展的裂纹,箭头 2 所示为刚刚在晶界萌生的裂纹,裂纹萌生处存在大量细碎析出相,如图 2(b)中椭圆框所示。可以推断,这些细碎析出相在裂纹萌生前的状态与 作者单位:江苏省扬州技师学院,江苏扬州225003 702023 年第 4 期图 2(a)中一致。在开裂过程中,被应力撕扯,导致碎成图 2(b)中所示的状态。图 2(b)箭头 3 所示为孪晶。因焊接熔池是铸态组织,故此为生长孪晶。生长孪晶的形成需要低的层错能以及大的冷却速度37。这意味着此处的冷却速度大,而大的冷却速度导致大的热应力,进一步
5、加剧了焊缝的开裂倾向。图 3 为晶界析出相的能谱分析。结果表明相对于基体成分(表 1)晶界析出相中 Ti、Mo 富集(表 2)。GH2132 合金属铁镍基高温合金,在铁镍基的体系里,Ti 为沉淀元素,易与其它元素形成多种析出相,而 Mo 为固溶元素,通常与基体形成置换固溶体,有时也会形成析出相,但 Mo 形成的析出相不稳定,易分解。此处的能谱分析表明,Ti 形成了析出相,沉淀在晶界。而 Mo 在熔池凝固过程中因温度降低,在基体中的溶解度降低,被排到了晶界区,与其它元素一起形成了复杂的低熔点共晶组织。此类组织熔点低,强度低,疏松质脆,在合金中是严重的薄弱环节,是导致开裂的一个重要因素。123(a
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