304不銹鋼由于其優(yōu)異的性能，所以在工業(yè)中得到了廣泛應用。目前，人們針對304不銹鋼焊接接頭強化機制的研究主要集中在傳統(tǒng)的焊接方法。而激光焊接技術作為一種新型焊接方法，熱輸入低、焊接速度高、焊接接頭質量好等，所以在材料連接領域得到了廣泛應用，但激光焊接過程對焊接接頭的組織-性能關系的影響還不清楚。很少有人研究304不銹鋼激光焊接接頭強化機制。

【成果簡介】

近日，普渡大學的Keyou Mao在Materials Science and Engineering： A上發(fā)表了最新的研究成果“Microstructure-property relationship for AISI 304/308L stainless steel laser weldment”。在該文中，研究人員利用納米壓痕和顯微鏡技術來研究了焊接接頭的組織與性能之間的關系，提出了一種新的焊接接頭強化機制。

【致歉：很抱歉，未能找到通訊作者Keyou Mao的確切中文名字，小編表示誠摯的歉意!】

【圖文導讀】

圖1 焊接接頭示意圖和顯微組織

(a)焊接接頭示意圖

(b)焊縫的顯微組織

(c)熱影響區(qū)的顯微組織

(d)母材的顯微組織

圖2 晶粒結構和取向

(a)EBSD晶粒取向圖

(b)熱影響區(qū)樹枝晶的SEM圖

(c)從母材到熱影響區(qū)和焊縫過渡過程中晶界角度比例

圖3 焊接件不同位置的納米壓痕

圖4 焊接接頭的顯微硬度和折合模量

(a)不同載荷下，母材、熱影響區(qū)和焊縫的折合模量

(b)不同載荷下，母材、熱影響區(qū)和焊縫的顯微硬度

圖5 沿壓痕分布的硬度和平均晶粒尺寸

圖6 焊接件的位錯

(a)熱影響區(qū)的TEM明場像和電子衍射的晶帶軸

(b)圖(a)矩形框內的高倍STEM明場像

(c)母材的TEM明場像

(d)焊絲的TEM明場像

圖7 熱影響區(qū)的Ti-C-N析出相

(a)TEM明場像

(b)圖(a)紅框內的TEM明場像

(c)析出相的核的會聚束電子衍射樣式

(d)析出相的殼的會聚束電子衍射樣式

(e)基體的會聚束電子衍射樣式

(f)析出相的EDX分析

圖8 Hall-Petch計算值和實驗測量值的比較

圖9 提出的強化模型和實驗測量值的比較

圖10 應用提出的模型計算得到的晶界強化、固溶強化、位錯強化和析出相強化

【小結】

本文通過對304不銹鋼接頭(母材、熱影響區(qū)和焊縫)進行SEM、TEM以及納米壓痕測試，根據(jù)顯微組織的特點，提出了焊接接頭三個區(qū)域的顯微組織-性能模型，該模型考慮了析出相強化、晶界強化、位錯強化和固溶強化，能夠準確預測焊接接頭三個區(qū)域的屈服強度。

和母材以及焊絲相比，熱影響區(qū)的晶粒尺寸更小，硬度更高。但根據(jù)Hall-Petch關系得到的硬度大于實驗測量值。熱影響區(qū)的位錯密度和母材以及焊縫的位錯密度相近。熱影響區(qū)會形成核-殼結構的Ti-C-N析出相。熱影響區(qū)的晶界強化對屈服強度的提高效果比母材和焊絲的效果好。