1、T10钢堆焊组织及性能研究机电工程学院材料成型及控制工程老师毕业设计（论文）诚信声明本人郑重声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。如在文中涉及抄袭或剽窃行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。本人签名_导师签名_年月日华东交通大学毕业设计（论文）任务书姓名学号20090310040216毕业届别2013届专业材料成型及控制工程毕业设计（论文）题目T10钢堆焊组织及性能研究指导教师学历硕士职称讲
2、师具体要求1、了解T10钢的成分、性能、用途等要素；熟悉手弧堆焊的基本原理2、以T10钢为研究对象进行表面堆焊实验，以提高其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀等性能；3、根据设计方案的实验要求，选择相关仪器设备，了解实验仪器设备的基本原理及使用方法；4、学习并熟悉运用手弧焊机进行焊接操作；5、进行金相试样制备，利用光学显微镜和扫描电镜观察焊接接头微观组织；6、利用维氏硬度计测量接头硬度，分析堆焊对硬度的影响7、编写设计说明书一份，要求内容详实，措辞准确，具有较好的可读性，版式遵照学校决定8、外文文献翻译，按学校要求完成进度安排20121225第1周接受设计任务；相关文献查询；第2周开题第3周购置相关材料
3、；专业外文文献翻译；第4周第5周练习与熟悉焊接实践，焊接前试样准备、切割；第6周第7周试样、焊条烘干；堆焊实验；第8周第9周堆焊接头试样制备；焊接接头形貌和微观组织观察；第10周第11周能谱分析接头元素；第12周接头硬度测试；第13周第14周编写设计说明书；5月31日上交毕业设计论文；第15周指导教师评阅毕业设计论文时间，并完成指导教师评阅意见的填写。指导教师签字2012年11月20日教研室意见同意教研室主任签字2012年11月20日题目发出日期201211设计（论文）起止时间20136附注华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书课题名称T10钢堆焊组织及性能研究课题来源B课题类型Y导师学生姓名
4、学号20090310040216专业材料成型及控制工程开题报告内容堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。论文写作进度安排开题报告内容堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。论文写作进度安排第1周接受设计任务；相关文献查
5、询；第2周开题第3周购置相关材料；专业外文文献翻译；第4周第5周练习与熟悉焊接实践，焊接前试样准备、切割；第6周第7周试样、焊条烘干；堆焊实验；第8周第9周堆焊接头试样制备；焊接接头形貌和微观组织观察；第10周第11周能谱分析接头元素；X射线衍射仪物相分析；第12周表面摩擦磨损实验与分析；接头硬度测试；第13周第14周编写设计说明书；5月31日上交毕业设计论文；第15周指导教师评阅毕业设计论文时间，并完成指导教师评阅意见的填写。方法及预期目的1、运用手弧焊机进行焊接操作,得到需要的焊接街头。2、进行金相试样制备，利用光学显微镜和扫描电镜观察焊接接头微观组织，观察组织的变化。3、利用维氏硬度计测
6、量接头硬度，分析堆焊对硬度的影响。4、进行能谱分析，分析合金元素含量的变化。5、对其中一个试样进行焊后热处理，对比焊后热处理后的组织及性能的变化。指导教师签名日期2012年11月20日课题类型（1）A工程设计；B技术开发；C软件工程；D理论研究；（2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题（1）、（2）均要填，如AY、BX等。华东交通大学毕业设计论文评阅书1姓名学号20090310040216专业材料成型及控制工程毕业设计论文题目T10钢堆焊组织及性能研究指导教师评语指导教师签字年月日评阅人评语评阅人签字年月日得分得分华东交通大学毕业设计论文评阅书2姓名学号20090310040216专业材料成型
7、及控制工程毕业设计论文题目T10钢堆焊组织及性能研究答辩小组评语等级组长签字年月日答辩委员会意见等级答辩委员会主任签字年月日（学院公章）注答辩小组根据评阅人的评阅签署意见、初步评定成绩，交答辩委员会审定，盖学院公章。等级用优、良、中、及、不及五级制（可按学院制定的毕业设计论文成绩评定办法评定最后成绩）。华东交通大学毕业设计（论文）答辩记录姓名学号20090310040216毕业届别13届专业材料成型及控制工程题目T10钢堆焊组织及性能研究答辩时间答辩组成员（签字）答辩记录记录人（签字）年月日答辩小组组长（签字）年月日附注摘要IT10钢堆焊组织及性能研究专业材料成型及控制工程学号20090310
8、040216学生姓名指导教师摘要T10钢是应用最为普通的碳素工具钢，适于制造各种工具如车刀、刨刀、钻头，还可以制作冷墩模、冲模、拉丝模等。堆焊技术可修复或强化各种工具表面，降低生产损耗，提高生产效率。本文系统地研究了堆焊对T10钢组织和性能的影响。按照操作规范对T10钢进行了三层堆焊，并线切割成7X7X30CM3的试样。焊后对一个试样进行了550回火1H处理。通过对焊接接头金相的制备与观察，焊后出现了大量马氏体，网络状二次渗碳体被打断，晶粒大小和形状也发生了改变，堆焊层出现了柱状晶和枝晶，远离母材，晶粒变得细小。焊后热处理的试样马氏体被打断，出现了多边形铁素体和颗粒状渗碳体组成的回火索氏体。通
9、过能谱分析，未热处理的试样从母材区到堆焊最外层合金元素如CR、MO、W，先增多后趋于稳定。回火处理后的试样合金元素在堆焊层含量更加稳定，变化较小。回火试样组织和性能都更均匀稳定。通过硬度测定，未热处理试样硬度从母材区到堆焊最外层先增大后减小。母材区硬度为221HV，堆焊层硬度最高为871HV，增加了将近4倍。热处理后硬度略微下降，从母材区到堆焊最外层也是先增大后减小，最大硬度为752HV。通过摩擦磨损实验对磨损量的测定，可知堆焊后试样耐磨度得到了极大的提升。关键词堆焊；热处理；显微组织；能谱分析ABSTRACTIIABSTRACTT10STEELISTHEMOSTCOMMONCARBONTOO
10、LSTEEL,SUITABLEFORMANUFACTUREOFVARIOUSTOOLSSUCHASLATHE,PLANER,DRILL,YOUCANALSOMAKECOLDHEADINGDIE,DIE,DRAWINGDIE,ETCSURFACINGREPAIRORREINFORCEAVARIETYOFTOOLSURFACE,REDUCEPRODUCTIONLOSSESANDIMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCYTHISPAPERSYSTEMATICALLYSTUDIESTHET10STEELCLADDINGMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESINACCORDA
11、NCEWITHTHEOPERATINGSPECIFICATIONSFORTHET10STEELTHREELAYERSURFACINGANDLINECUT7X7X30CM3SAMPLEAFTERWELDINGONONESAMPLEOF550DEGREESCELSIUSTEMPERINGTREATMENTFOR1HWELDEDJOINTSBYMETALLOGRAPHICPREPARATIONANDOBSERVATION,ALARGENUMBEROFMARTENSITEAFTERWELDING,NETWORKLIKESECONDARYCEMENTITEISINTERRUPTED,THEGRAINSI
12、ZEANDSHAPEISALSOCHANGED,THERESURFACINGLAYERANDSUPPORTCOLUMNARCRYSTALSCRYSTAL,AWAYFROMTHEBASEMATERIAL,THEGRAINBECOMESSMALLMARTENSITICWELDHEATTREATMENTOFTHESAMPLETOBEINTERRUPTED,THEEMERGENCEOFPOLYGONALFERRITEANDGRANULARCEMENTITEFORMEDSORBITEBYSPECTRUMANALYSIS,NOHEATTREATMENTOFTHESPECIMENFROMTHEBASEMET
13、ALTOTHEOUTERCLADDINGALLOYELEMENTSSUCHASCR,MO,W,AFTERTHEINCREASEINTHEFIRSTSTABLETEMPERINGALLOYELEMENTSINTHESAMPLEAFTERTHECONTENTISMORESTABLESURFACINGLAYER,THECHANGEISSMALLTEMPEREDMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFTHESAMPLEISMOREUNIFORMANDSTABLEBYHARDNESSMEASUREMENT,NOHEATTREATMENTHARDNESSOFTHESAMPLESFROMT
14、HEBASEMETALTOTHEOUTERMOSTLAYEROFSURFACINGFIRSTINCREASESANDTHENDECREASESBASEMETALHARDNESS221HV,SURFACINGHARDNESSUPTO871HV,ANINCREASEOFNEARLY4TIMESAFTERHEATTREATMENTTHEHARDNESSDECREASEDSLIGHTLY,FROMTHEBASEMETALTOTHEOUTERMOSTLAYERISDEPOSITEDFIRSTINCREASESANDTHENDECREASES,THEMAXIMUMHARDNESS752HVTHROUGHE
15、XPERIMENTSONFRICTIONANDWEARWEARDETERMINATIONSHOWSTHESAMPLEAFTERSURFACINGDURABILITYHASBEENGREATLYIMPROVEDKEYWORDHARDFACINGHEATTREATMENTMICROSTRUCTUREENERGYSPECTRUMANALYSIS目录III目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111课题的背景和意义112T10钢简介113手工电弧焊焊接工艺2131手工电弧焊概述2132手工电弧焊的特点2133手工电弧焊的焊接参数314堆焊简介315D322简介416本课题的主要研究内容5第二章实验材
16、料及方法621实验材料6211母材6212焊接材料622试验方法6221焊接试验6222接头组织观察7223接头硬度试验7224试样高温回火处理实验7225回火试样的金相组织观察7226能谱实验8227热处理后的试样的硬度实验8228摩擦磨损实验8目录IV第三章实验结果及分析931焊缝成形特征分析932焊接接头金相组织9321母材金相组织9322熔合区形貌分析9323热影响区形貌分析10324表面堆焊层分析1133能谱分析1234硬度分析1835耐磨性分析1936结论20谢辞21参考文献22附录23附录A外文原文23附录B外文翻译31华东交通大学毕业设计（论文）1第一章绪论11课题的背景和意义
17、T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上。T10钢应用范围较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。堆焊作为一种表面强化和修复技术，可使母材表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、耐辐射等优良性能。目前堆焊方法多样，且在制造业的推动下不断有新的堆焊技
18、术开发并在诸多行业得到应用。焊后热处理对试样的性能有很大改善，可以起到消除焊接产生的热应力、均匀焊缝和热影响区的组织、细化焊缝和热影响区的晶粒、使焊缝金属与母材金属更好的融合等作用。本课题主要研究了T10钢堆焊后的组织及性能，且用未热处理试样和焊后热处理过的试样做了实验对比，通过对其组织、硬度、能谱的比较分析，得出堆焊和焊后热处理对T10钢组织和性能的影响。12T10钢简介T10钢是一种碳素工具钢，其密度为781T/M3，磁导率约为088MH/M，矫顽力HC为47748127318A/M，饱和磁感BS为193197T。C含量为095104。其化学成分如表11所示。常用作不受突然冲击的锋利工具、
19、刀具，如锉刀、刮刀、要求不高的丝锥等。T10钢在淬火加热（温度达800）时不致过热，仍能保持细晶粒组织。淬火后钢中未溶的过剩碳化物，所以具有较高的耐磨性。2CMNSISP09510404003500300035表11T10钢的化学成分T10钢堆焊组织及性能研究213手工电弧焊焊接工艺131手工电弧焊概述我国焊接设备制造业起步比较晚，20世纪50年代我国重点企业的大型焊接装备大部分靠引进。到了20世纪60年代，国内才组建一批专门生产焊接装备的制造厂。1888年，俄罗斯发明了手工电弧焊技术，使用无药皮的裸露金属棒来产生保护气体。直到20世纪初，药皮焊条才开始发展起来。值得注意的是，由于成本较高，刚
20、开始人们不怎么使用药皮焊条。但是随着人们对好的焊缝质量要求的日益增长，手工电弧也开始使用药皮焊条。焊条和工件之间形成的电弧会融化金属棒和工件的表面，形成焊接熔池。同时，金属棒上融化的药皮会形成气体和熔渣，保护焊接熔池不受周围空气的影响。因为熔渣会冷却、凝固，所以一旦焊缝焊完就必须从焊道上清除熔渣。在焊钳更换新的焊条前，手工电弧过程只能完成短焊缝的焊接。焊缝熔深浅，熔敷质量取决于焊工的技能。焊条药皮的化学成分对电弧的稳定性、熔深、金属熔敷率和定位能力有很大影响。3手工电弧焊使用不同的方法保护焊接熔池，以防止和大气接触。热能也是由电弧提供。和MIG焊一样，电极为自耗电极。金属电极外有矿物质熔剂包覆
21、，熔剂融化时形成焊渣盖住熔池。此外，包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池，而且，还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下，包覆的熔剂内含有所有合金元素，中部焊条仅是碳钢。然而，在采用这些类型的焊条时需要特别的小心，因为所有飞溅都具有软钢性质，在使用过程中焊缝会锈蚀。132手工电弧焊的特点手工电弧焊焊接设备简单使用性强，可进行较全面位置的焊接，焊接成本低，但要求高焊接电流和高焊接速度，且焊道成型差，清除熔渣困难，焊缝质量与焊接人员技术水平有很大关系。华东交通大学毕业设计（论文）3133手工电弧焊的焊接参数手工电弧焊有焊接电源、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝直径等焊接参数。焊条可以
22、在交流或者直流电源下使用。不是所有的直流焊条都能在交流电源下使用，但是交流焊条通常能在直流电源下使用。对焊接电流的选择取决于焊条的直径，根据经验，选择电流所依据的标准约是40A/MM焊条直径。例如，一个直径为4MM的焊条首选的电流大小应该是160A，但是实际操作范围可以是140180A。电压是手工电弧焊是比较难以控制的一个参数，当焊接一些要求用短弧的焊接材料和母材时，电弧电压的偏高将降低对焊接金属的保护效果，恶化金属的冶金力学性能，影响焊接产品的使用寿命。由于这种影响一般常规的检验方法是不能检验出来的，很容易被忽视。因此，手工电弧焊时，保证电弧电压在容许的方位之内是非常必要的。焊接速度对熔宽和
23、熔深有明显的影响。当焊接速度较低时，焊接速度的变化对熔深影响较小。但当焊接速度较大时，由于电弧对母材的加热量明显减小，熔深显著下降。焊接速度过高，会造成咬边、未焊透、焊缝粗糙不平等缺陷。适当降低焊接速度，熔池体积增大，存在时间变长，有利于气体浮出熔池，减小气孔生成的倾向。4焊丝直径主要影响熔深。直径较细，焊丝的电流密度较大，电弧的吹力大，熔深大，易于引弧。焊丝越粗，允许采用的焊接电流就越大，生产率也越高。5同时，由于手工电弧焊需要人工进行操作，在焊接工人施焊的过程中难免产生对焊接参数发生影响的其他因素。因此，在施焊的过程中需要格外注意对焊接参数的控制。14堆焊简介要随着科学技术的发展。高性能的
24、零件在交通、石油化工等机械行业广泛应用。很多零件表面会因为局部损坏或腐蚀而导致失效。如轧辊、轴类、模具、农机零件、采掘机件易磨损零部件以及锅炉压力容器的罐体材料，会因为长期的使用、在空气中长时间暴露以及来自内部承装材料造成的腐蚀而产生破坏，为了保证工件及机体材料能长时间持续使T10钢堆焊组织及性能研究4用，现实生产中大量采用堆焊工艺对工件受损部位进行修复。材料的表面堆焊可以根据焊接材料及部位选择焊接方法，堆焊对焊接方法的挑选不做特殊要求。在本试验试件表面上进行的堆焊为焊条电弧堆焊，焊条电弧堆焊具有电弧温度高、热量集中、工件变形小、熔深大等优点，目前是一种应用最广的堆焊修复方法堆焊缺陷及其相应的
25、防止措施主要有以几点1、堆焊时电流过大，焊速较小，导致堆焊层稀释率严重，以致堆焊层硬度不能满足要求，所以在堆焊时必须严格执行焊接工艺要求。2、堆焊时预热温度控制不均匀过高或过低，以及堆焊过程中温度起伏较大，都会导致出现裂纹，所以堆焊时保温措施严格执行，过渡层堆焊完毕后要及时按照工艺要求进行热处理。3、焊件表面杂质未能清理干净或者层间熔渣、药皮未清除干净，导致出现气孔等焊接缺陷，所以在实施下层焊接时对上层焊道清除熔渣、药皮等杂物。4、堆焊时采用连续弧、短弧，这样电弧能稳定燃烧，从而使焊缝金属性能较好。615D322简介D322是钛钙型药皮CRWMOV冷冲模堆焊焊条，可交直流两用，堆焊时电弧稳定，
26、脱渣容易。用于堆焊各种冷冲模及切削刀具，还可以用来修复要求耐磨损性能较高的机械零件。熔敷金属化学成分CCRWVSMOP02637772803800141390036使用D322时需要注意一下事项1、焊前焊条须经200左右烘1小时以上再行施焊接；2、焊时尽可能采用短弧，并且焊条与工作保持垂直；3、根据工作的大小和母材的种类须经300600预热。宜采用小电流短弧焊接；4、焊后应在600700回火1小时后在缓冷或将工作立即放入干燥和热的沙箱内或华东交通大学毕业设计（论文）5草灰中缓冷，以避免裂纹；5、堆焊层须经粗磨，如发现缺陷时，按上述步骤进行补焊。716本课题的主要研究内容本课题对T10钢进行手工
27、电弧表面堆焊焊接，并通过对接头组织及性能的分析，评定所选焊接工艺的合理性。主要研究内容如下1、对T10钢进行表面堆焊，且对一试样进行焊后回火处理；2、制备接头金相试样，对未热处理接头和热处理过的接头组织进行观察，；3、对接头试件进行硬度测试，比较堆焊前后硬度变化，比较焊后热处理后试样硬度变化；4、对接头进行能谱分析，对合金元素含量变化进行分析；5、对接头进行摩擦磨损实验，对堆焊前后耐磨性进行比较；6、评定焊接工艺。T10钢堆焊组织及性能研究6第二章实验材料及方法21实验材料211母材本试验选用的母材为T10钢，其化学成分见表21。表21T10钢的化学成分（WT）CMNSISP095104040
28、03500300035212焊接材料表面堆焊时使用的是D322焊条，D322是钛钙型药皮CRWMOV冷冲模堆焊焊条，可交直流两用，堆焊时电弧稳定，脱渣容易。用于堆焊各种冷冲模及切削刀具，还可以用来修复要求耐磨损性能较高的机械零件。其熔敷成分如图所示熔敷金属化学成分CCRWVSMOP0263777280380014139003622试验方法221焊接试验经过长时间的训练，初步掌握堆焊的基本操作，在250环境下烘干试样与D322焊条3H后，选用150A电流，对试件进行了表面堆焊，工艺为手工电弧多层多道堆焊，焊接速度2530CM/MIN，焊接电压2024V，每焊完一道焊缝都要敲渣，控制层间温度为28
29、0左右，直到堆焊层厚约4MM。华东交通大学毕业设计（论文）7222接头组织观察对上述手工电弧表面堆焊焊接试板取样并制成金相样品，以便对接头微观组织进行观察。具体方法为沿垂直焊缝的方向，在试样中心的位置截取尺寸为7730MM3的试样；将切好的试样的待观察表面在砂轮机上打磨平整，再用SIC砂纸对表面打磨直到2000号，并在抛光机上进行抛光，直至表面呈光滑无痕的镜面；为了进行试块的金相组织观察，需要将金属表面进行腐蚀处理1MIN，对于试样采用4的硝酸酒精处理。然后用清水清洗干净，吹风机吹干。表面可能还有残留指纹等杂质，所以还继续用超声清洗仪清洗，最后通过电子显微镜对接头微观组织进行观察。在母材区、热
30、影响区、熔合区、焊缝区，依次取不同倍数进行观察组织并记录图片。223接头硬度试验由于微观硬度的测量能够反映焊接接头微观组织的细微变化，因此，采用国产401MVA显微维氏硬度测量仪，将金相观察后的试块进行维氏硬度实验，对制备好的T10钢焊接试样沿焊缝横截面竖直方向连续取点进行硬度测试，硬度测量点位置依次在堆焊层区、熔合区、热影响区和母材处选取。本次试验参照GB/T434011999金属维氏硬度试验，在401MVA显微维氏硬度测量仪上完成。硬度试验的试样表面应平坦光滑，试验面上应无氧化皮及外来污物，尤其不应有油脂，试样表面的质量应能保证压痕对角线长度的精确测量。试验在室温下进行，所用载荷为05KG
31、F，加载时间为10S。试样支撑面应清洁且无其他污物，试样应稳固地放置于刚性支撑台上以保证试验中试样不产生位移。使压头与试样表面接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和振动，试验力保持时间为10S，打点间距为015MM。在整个试验期间，硬度计应避免受到冲击和振动。用硬度机在焊接接头出打出一系列规则分布的点并读出其硬度，用于试验后的分析。224试样高温回火处理实验采用高温回火处理，回火温度为550，回火时间1H，高温回火组织为多边形铁素体和颗粒状渗碳体组成的回火索氏体。高温回火是为了得到强度、硬度和塑形韧性等性能的均衡状态。225回火试样的金相组织观察回火试样空冷以后，再次进行金相制备
32、，由粗到细，单次单程，最后抛光处理，用4的硝酸腐蚀试样1MIN，用水冲洗吹风机吹干以后，用超声波清洗仪清洗若干分钟，再次吹T10钢堆焊组织及性能研究8干，用扫描电镜观察组织，方法步骤与前面相同。226能谱实验本实验用的是扫描电镜能谱仪，X射线的能量EHR，H为普朗克常数，R为光子振动频率，不同元素发射的特征X射线具有不同的频率，即具有不同能量，只要检测不同光子的能量R,即可确定元素。将试样超声清洗后，分别将经过热处理的试样和没经过热处理的试样进行能谱分析，拍各个区域的能谱图。227热处理后的试样的硬度实验将高温回火处理过的试样按照前面所述方法再次做维氏硬度实验，依次取堆焊层区、融合区、热影响区
33、、母材区测定维氏硬度。228摩擦磨损实验将T10母材和堆焊后的试样用超声波清洗仪清洗干净，吹干后称重，将两试样分别放在环块式磨损实验机上1000N载荷180R/MIN条件下预磨5MIN，再次清洗称重。然后依次将两试样用1000N载荷180R/MIN条件下磨损30MIN，清洗后称重。将试样用扫描电镜观察分析。华东交通大学毕业设计（论文）9第三章实验结果及分析31焊缝成形特征分析观察经打磨后手工电弧表面堆焊焊接试样，可以看到试样表面堆焊处焊缝外观形状平整，焊道结合紧密，表面较少有裂纹、气孔、塌陷等缺陷，焊缝成形良好。导致少量的气孔等缺陷的原因可能是焊件表面杂质未能清理干净或者层间熔渣、药皮未清除干
34、净，导致出现气孔等焊接缺陷，所以在实施下层焊接时对上层焊道清除熔渣、药皮等杂物。32焊接接头金相组织321母材金相组织如图31为母材的金相组织图，从图中可以明显的观察到母材的组织形态为带状分布的二次渗碳体和珠光体。黑色基体为细片状珠光体，沿晶界分布的白色网络为二次渗碳体。在奥氏体转变为珠光体之前，二次渗碳体从晶界析出。8图31未热处理试样母材组织322熔合区形貌分析熔合区是介于焊缝和热影响区之间的相当窄小的过渡区。其化学成分、微观组织和力学性能极不稳定，常常是热裂纹、冷裂纹和脆性相的发源地，从而成为焊接接头的最薄弱环节，其组织形态见图32,33，由图可见由于焊接的高热量输入时靠经母材区域的一定
35、组织晶粒变得粗大，而回火可一定程度上降低这种影响。熔合区两边组织结构截然不同，可能使材料性能在此发生突变。9T10钢堆焊组织及性能研究10图32未焊后热处理试样熔合区组织图33回火处理试样熔合区组织在图中可以观察到熔合线及其附近微小区域的化学成分与母材和焊缝显著不同，且熔合线本身参差不齐，促使化学成分的分布严重不均，而这也正是熔合区最大的基本特征。在图中也可以明显的观察到上方的母材组织，以及下方出现的熔化的母材与未完全熔化的母材组成的晶粒明显细小不均匀化的组织。且回火处理后，组织发生了很大变化。323热影响区形貌分析焊接热影响区是焊接接头的重要组成部分，是焊缝两侧未经熔化但组织和性能发生变化的
36、区域。由于焊接热影响区不同部位所受热作用的不一致性，造成其内部组织和性能的不均匀性，以至可能使其成为焊接接头的最薄弱环节。图中二次渗碳体被打断，出现许多粒状渗碳体。图34未焊后热处理试样热影响区华东交通大学毕业设计（论文）11324表面堆焊层分析图35未焊后热处理试样堆焊一层图36回火处理试样堆焊一层未进行热处理时第一层堆焊金属组织是以奥氏体为基体上面均匀分布了针状马氏体和渗碳体，马氏体的生成极大的提高了该处硬度，而进行热处理之后的第一层堆焊层马氏体基本完全分解，且析出很多颗粒状碳化物。图37未焊后热处理试样堆焊二层组织图38回火处理试样堆焊二层组织与第一层堆焊层相比，出现了很多柱状晶，马氏体
37、比较粗大，分析应该是堆焊一层和堆焊三层产生的大量热量对其造成了马氏体粗大。且有较多碳化物析出，有许多针状马氏体。高温回火处理过后的试样，马氏体被打断，产生了粒状渗碳体和铁素体组成的回火索氏体。图39未焊后热处理试样堆焊三层图图310回火处理试样堆焊三层堆焊三层的外延与空气接触，由于热在钢铁中的传播速度小于在空气中的速度，所以T10钢堆焊组织及性能研究12面层堆焊层的外延在焊后冷却速度会最快，晶粒会出现明显的细小化。图中可知，组织中出现了板条状马氏体。回火处理后的试样有较多碳化物析出，且多边形铁素体和颗粒状渗碳体组成的回火索氏体大量出现。1033能谱分析对试样分别进行未热处理以及热处理后宏观成分
38、变化趋势以及微观组织成分进行能谱分析。图311母材区白色网状图312001区能谱分析通过能谱分析，可知001网状组织为二次渗碳体。华东交通大学毕业设计（论文）13图313未焊后热处理试样焊缝区整体分析由图可以知道含有少量合金元素CA，CR,W等，焊条中含有这些元素，熔进了堆焊层，或者有焊渣未敲干净。图314未热处理试样CR含量变化趋势图315未焊后热处理试样SI含量变化趋势由图可知，合金元素呈上升变化趋势，离母材越远，合金含量越高，越接近焊芯，随着合金元素的增加，堆焊层硬度得到提高。T10钢堆焊组织及性能研究14图316未焊后热处理试样堆焊层分析图317上图中006能谱分析由上图可知，006处
39、有很高含量的MO元素，也有其他合金元素如V，W等，推测006处为夹渣。图318未焊后热处理试样堆焊二层华东交通大学毕业设计（论文）15图319007处能谱分析图320008处能谱分析图321009处能谱分析008处合金含量明显较多，且含有焊条中所含元素，分析可知008处应为夹渣，007和009也有少量合金元素，推测是焊条中的元素渗透进去了。007是粗大马氏体009为铁素体。T10钢堆焊组织及性能研究16图322回火处理试样CR含量变化图323回火处理试样W含量变化热处理后的宏观线分析与热处理前对比可知堆焊层合金元素含量仍明显高于母材组织，但与之不同的是堆焊层中合金元素信号强度变化较小基本趋于平
40、衡，而未热处理是堆焊层中合金元素含量不断升高，可知热处理使试样组织变得更加均匀，性能也将更加良好。图324回火处理试样熔合区元素变化趋势堆焊层与母材相比合金元素明显增多，但是与未热处理试样相比，堆焊层合金元素含量趋于稳定，热处理后试样组织更加均匀，性能更加稳定。华东交通大学毕业设计（论文）17图325回火处理试样堆焊层图32610处能谱分析图32711处能谱分析图32812处能谱分析10处碳含量较高，为粒状渗碳体，11处为铁素体，12处合金含量较高，推测为夹渣。T10钢堆焊组织及性能研究183处都有合金元素存在，应为焊条中所含合金元素渗透进去，或者敲渣不够透彻。34硬度分析由于试样大小较小且存
41、在母材、第一层堆焊层、第二层堆焊层、第三层堆焊层较多组织结构需要测硬度，选用401MVA显微维氏硬度测量仪来测量维氏硬度，维氏硬度是将相对面夹角为136的正四棱锥金刚石压头以一定的载荷压入试样表面并保持一定的时间后卸除试验力，所使用的载荷与试样表面上形成的压痕的面积之比。对于T10钢母材堆焊试样选用05KGF、10S的载荷来测定维氏硬度。一般来讲,凡是硬度高的区域,其强度也高,耐磨性较好。本次试验从最基体材料向堆焊层方向测试其硬度,沿着这个方向,每个堆焊层取一个测试层,每个层上测三点,取其平均值作为该层的硬度。实验数据如下所示图329未焊后热处理试样硬度分布由图可以看出，母材区硬度较低，只有2
42、21HV，较真实的反应了T10钢硬度，热影响区由于受焊接时热辐射的影响生成了极少量低碳马氏体是材料硬度得到略微提升，从熔合区向第一层堆焊层过渡时候硬度直线上升，达到了688HV，可以说极大的提高了试样硬度以及耐磨性，而第二层堆焊层的硬度进一步的升高达到871HV，最外层堆焊层则略有降低硬度为HV8503。试样硬度呈先上升后下降的趋势，在堆焊层中间有一最高值。华东交通大学毕业设计（论文）19图330焊后热处理试样硬度热处理后，试样硬度如图所示，母材区为322HV，热影响区稍高于木材区3462HV，熔合区358HV，堆焊层1硬度为652HV，堆焊层2层为752HV，堆焊层3层为720HV。经对比可
43、知道，从母材到堆焊最外层，硬度呈逐步增大的趋势。但是在堆焊层中有一最大值，且回火处理后，硬度相比之前有略微的下降，韧性随意也会增加。35耐磨性分析1000载荷条件下，通过称重法评定耐磨性，实验结果如下表T10钢母材堆焊试样未磨损前重量（G）110281预磨5MIN后重量（G）110276预磨5MIN的磨损量（G）00005磨损30MIN后重量（G）110273磨损30MIN的磨损量（G）00003表31由上表可知同等载荷同等时间条件下，堆焊后试样磨损量远远小于母材磨损量，耐磨性得到了极大的提高。1000N载荷180R/MIN磨损30MIN后电镜下磨痕如图所示T10钢堆焊组织及性能研究20图33
44、1母材磨痕图332堆焊试样磨痕可以清楚的看出，磨损机理是磨粒磨损，且堆焊后试样耐磨性显著提升。36结论本论文针对T10钢进行焊条电弧焊表面堆焊，通过对T10钢的堆焊焊接接头不同区域的组织和硬度进行对比和分析，得出了以下结论（1）在实验选定的焊接工艺参数下进行的T10钢堆焊，根据金相观察可以看到材料连接处无明显缺陷且根据硬度试验也可也观察到焊接接头处有良好的硬度性能。焊接缺陷很少，有少许夹渣和气孔。因而实验选定的手工电弧焊焊接工艺方法和参数可以达到良好的焊接效果。（2）通过硬度试验观察，可以发现堆焊层较母材硬度有了显著的提升。且经过回火处理后，硬度略微下降，韧性得到提升。硬度最高值不在最外层，而
45、是堆焊中间某层。（3）通过电子显微观察，得到了良好的金相组织图，能很好的观察各个区域的组织，金相制备过程也是较成功的。通过观察组织，热处理过后马氏体被打断，产生了回火组织回火索氏体。（4）通过能谱分析，得知了焊条中的合金元素渗透进堆焊层，能显著提高堆焊层硬度，且回火处理后，合金元素分布均匀，试样组成更加均匀，材料性能变得更加稳定。（5）通过耐磨性实验，得出堆焊后耐磨性得到了极大地提高。综合以上论述，可以发现实验选用的手工电弧焊工艺方法和参数可以达到试件的焊接工艺要求，且焊条与T10钢能够很好的连接，金相组织中没有出现明显的缺陷组织，保持了良好的接头组织性能，堆焊对试样性能有了极大提升，回火处理
46、能使试样性能更加稳定。华东交通大学毕业设计（论文）21谢辞本文是在老师的悉心指导下完成的，在本论文的完成过程中，我有幸得到了许多人的帮助，在此，向关心、指导和帮助过我的所有老师和同学们致以最诚挚的谢意。长达几个月的实验，周老师一直寸步不离，知无不言，言无不尽，指导教师老师在理论知识方面和试验研究方面给予我很多的指导和帮助。周老师深厚的学术造诣、严谨的治学作风和勤恳的工作态度给我留下了深刻的印象。在整个毕业设计期间，周老师一直陪在我们身边，及时的给我指点迷津，帮助我解决一个个难题，使我在专业知识和科研能力上得到了逐步提高。同时，也为我以后的工作、学习打下了基础。在此，谨向周老师致以由衷的感谢和深
47、深的敬意。同时也感谢在实验过程中给了我很多帮助的同学，感谢他们帮我完成了很多自己无法完成的任务，感谢学校提供的各种帮助。最后，感谢参加论文评审和答辩的各位老师对本文的评阅。T10钢堆焊组织及性能研究22参考文献1何柏林模具材料及表面强化技术M化学工业出版社20092周振丰,张文钺焊接冶金与金属焊接性M北京机械工业出版社,19883石德珂主编材料科学基础D西安交通大学，20034陈天佐,李泽高金属堆焊技术M北京机械工业出版社,19915中国工程学会焊接学会5焊接手册6第2卷S北京机械工业出版社,20016马敬军16MNR封头的手工电弧焊法堆焊修复D山西山西河津山西铝厂检修分厂，20037张文钺焊
48、接冶金学M北京机械工业出版社,19938张元彬,任登义合金元素对堆焊焊缝硬度的影响J热加工工艺,2003415169刘会主编焊接冶金与焊接性D哈尔滨工业大学，200710徐先锋，何柏林机械工程材料M化学工业出版社2009华东交通大学毕业设计（论文）23附录附录A外文原文AA8090ALLIALLOYFSWPARAMETERSTOMINIMIZEDEFECTSANDINCREASEFATIGUELIFEELERTORA1,CGAMBARO1ABSTRACTINCREASINGPAYLOADANDFUELEFFICIENCYOFAIRCRAFTSHAVEBECOMETHEMAJORISSUESFO
49、RTHEAEROSPACEINDUSTRY,WHICHHASINCREASEDTHEDEVELOPMENTOFMOREADVANCEDMATERIALSWITHHIGHLYSPECIFICPROPERTIESLOWDENSITYALUMINIUMLITHIUMALLOYSAREATTRACTIVETOTHEAEROSPACEINDUSTRYSINCETHESTRUCTURALWEIGHTREDUCTIONTHATTHEYALLOWLEADSTOANIMPROVEMENTOFAIRCRAFTPERFORMANCESIGNIFICANTINTERESTHASBEENSHOWNINTHEUSEOFADVANCEDWELDINGTECHNIQUESLIKEFRICTIONSTIRWELDING,PARTICULARLYDUETOTHEDESIGNANDMANUFACTURINGBENEFITSTHATTHEYAFFORDOVERESTABLISHEDMECHANICALJOININGMETHODSASIGNIFICANTBENEFITOFFSWISTHEFACTTHATITIMPLIESONLYAFEWPROCESSPARAMETERSTOCONTROLTOOLROTATIONALSPEED,TRAVELS
