注：3H210112供態(tài)為退火+酸洗；5H210024供態(tài)為固溶+酸洗。

表2　試驗(yàn)用材料的室溫力學(xué)性能

　　　表3　H00Cr12Ni9Mo2Si化學(xué)成分　　　　　　%　

注：焊絲直徑=1.2mm。

2　試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果
2.1　焊接性
　　0Cr15Ni5Cu2Ti屬于沉淀硬化型馬氏體不銹鋼。該鋼由于含碳量低，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度接近室溫，焊縫及附近熱影響區(qū)為韌性好的低碳馬氏體，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形很小，因而焊接接頭無(wú)形成熱裂紋和冷裂紋的傾向，具有優(yōu)良的焊接工藝性。該不銹鋼采用鎢極氬弧焊很容易焊接，無(wú)需采用特殊的焊接工藝即可獲得無(wú)缺陷焊縫，故試驗(yàn)采用普通鎢極氬弧焊方法進(jìn)行。
2.2　焊接工藝參數(shù)
　　試驗(yàn)時(shí)采用自動(dòng)鎢極脈沖氬弧焊，直流正接。參照一般奧氏體不銹鋼的焊接工藝參數(shù)，通過(guò)多次調(diào)整試驗(yàn)，最終選定的焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4　主要焊接工藝參數(shù)

表5　焊接接頭的力學(xué)性能及顯微硬度

　　注：(1)表中數(shù)值含義為。
(2)熱處理制度：淬火—960℃，30min，空冷；時(shí)效—450℃，1h，空冷；回火—630℃，3h，空冷；退火—630℃，3h，緩冷(爐冷)。

3　結(jié)果分析
　　從試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，退火板材焊接接頭在焊態(tài)下橫斷面各區(qū)域的維氏硬度值不均勻，焊縫及熱影響區(qū)的硬度值明顯高于基體。因?yàn)?Cr15Ni5Cu2Ti不銹鋼在空氣中冷卻即可淬火，焊縫及熱影響區(qū)在焊后冷卻過(guò)程中產(chǎn)生了馬氏體轉(zhuǎn)變而形成馬氏體組織的結(jié)果，而此時(shí)母材組織仍是珠光體組織。
　　退火板材焊接接頭經(jīng)空冷淬火熱處理后焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度值顯著降低。這是因?yàn)樵撲摵?%左右的Ni，且含碳量低，因而鋼中不含鐵素體相，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低。在焊接條件下快速加熱與冷卻時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)基本上是馬氏體組織，硬度值較高。接頭再經(jīng)淬火熱處理，在空冷條件下鋼中增加了殘余奧氏體量，使鋼軟化，導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)硬度值明顯降低。對(duì)于淬火板材，由于焊前已是馬氏體加殘余奧氏體組織，因而焊后再經(jīng)淬火熱處理，軟化程度亦沒(méi)有退火板材焊接接頭劇烈。
　　焊接接頭經(jīng)淬火時(shí)效熱處理后，金相組織為板條馬氏體加二次碳化物析出相(見(jiàn)圖1，2)。經(jīng)淬火時(shí)效熱處理后，焊接接頭被強(qiáng)化，焊縫區(qū)硬度略有上升，熱影響區(qū)和母材硬度顯著升高，整個(gè)接頭橫截面各區(qū)域的硬度值趨于均勻，接頭力學(xué)性能顯著提高。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)淬火時(shí)效熱處理后的材料表面出現(xiàn)了氧化層，證明該鋼在400～500℃區(qū)間回火確實(shí)存在選擇性氧化現(xiàn)象。

圖1　退火板材焊接接頭淬火時(shí)效
熱處理的金相組織(×500)
Fig.1　Metallurgical structure of quench_aging
heat treatment for welding joint
of annealed sheet (×500)

圖2　淬火板材焊接接頭淬火時(shí)效
熱處理的金相組織(×500)
Fig.2　Metallurgical structure of quench_aging
heat treatment for welding joint
of quenched sheet (×500)

　　接頭焊后經(jīng)淬火回火熱處理以及退火熱處理，接頭硬度值及拉伸強(qiáng)度顯著下降。這是因?yàn)殇撛?30℃保溫3h后，逆變奧氏體量大為增加，它們?cè)诳绽渲潦覝貢r(shí)仍然是穩(wěn)定的，因而導(dǎo)致接頭硬度急劇下降，拉伸強(qiáng)度顯著降低。在兩種熱處理狀態(tài)下接頭硬度值存在差異，主要與組織中殘留奧氏體量的多少有關(guān)。
　　一般，焊接接頭在淬火時(shí)效狀態(tài)下的強(qiáng)度極限為母材技術(shù)條件規(guī)定*保證強(qiáng)度值1?230?MPa的92%～96%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)產(chǎn)0Cr15Ni5Cu2Ti板材，不論焊前是退火狀態(tài)還是淬火狀態(tài)，焊接接頭在淬火熱處理及淬火時(shí)效熱處理狀態(tài)下的強(qiáng)度值均達(dá)到了母材技術(shù)條件規(guī)定的*保證強(qiáng)度值的95%，并且達(dá)到了本爐號(hào)母材復(fù)驗(yàn)值的90%以上。可見(jiàn)，國(guó)產(chǎn)材料焊接接頭強(qiáng)度不低于俄羅斯材料的水平，是令人滿意的。
　　從試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是退火板材還是淬火板材，焊接接頭焊后經(jīng)淬火熱處理，延伸率均明顯下降，未達(dá)到母材技術(shù)條件規(guī)定下限值的要求。為提高國(guó)產(chǎn)材料的焊接接頭在淬火狀態(tài)下的延伸率指標(biāo)，還有待于進(jìn)一步完善現(xiàn)有的淬火熱處理工藝。某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的焊接件，均不在淬火狀態(tài)下使用。另外還發(fā)現(xiàn)，該鋼的力學(xué)性能范圍較寬，焊后經(jīng)不同的熱處理可獲得不同的性能組合，以滿足不同使用目的的需要。
　　焊前熱處理狀態(tài)對(duì)焊接接頭的性能確有影響。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，焊前為退火狀態(tài)時(shí)，焊后接頭橫截面硬度值不均勻，抗拉強(qiáng)度比焊前為淬火狀態(tài)的接頭強(qiáng)度要低而延伸率要高出許多。但是不管焊前是退火還是淬火狀態(tài)，焊后進(jìn)行不同的熱處理均可改變焊接接頭的性能。
　　依據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，采用表4的焊接工藝參數(shù)，焊接了首批3臺(tái)份某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室機(jī)匣殼體。經(jīng)檢測(cè)，其零件變形小，X射線檢驗(yàn)無(wú)內(nèi)部焊接缺陷，焊縫質(zhì)量符合有關(guān)驗(yàn)收技術(shù)條件的要求，并通過(guò)了發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)考核。

4　結(jié)束語(yǔ)
　　(1)0Cr15Ni5Cu2Ti不銹鋼的焊接工藝性能良好，焊接接頭無(wú)裂紋傾向，且焊件變形小，無(wú)需采用特殊的焊接工藝即可獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。
　　(2)0Cr15Ni5Cu2Ti不銹鋼材料在退火、淬火或淬火時(shí)效狀態(tài)下均容易焊接，焊后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚肀憧色@得滿意的力學(xué)性能。
　　(3)0Cr15Ni5Cu2Ti不銹鋼板材用試驗(yàn)確定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，焊縫成形好，沒(méi)有裂紋、氣孔、未焊透、咬邊等缺陷，焊件變形小，且對(duì)該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室機(jī)匣等零件的焊接通過(guò)了試車(chē)考核，證實(shí)了該工藝是可行的。該焊接工藝不但滿足了該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)研制的需要，也為今后該材料的推廣應(yīng)用提供了依據(jù)。
　　根據(jù)0Cr15Ni5Cu2Ti不銹鋼焊接工藝試驗(yàn)的結(jié)果，在該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的實(shí)際生產(chǎn)中，材料的焊前熱處理狀態(tài)為淬火狀態(tài)，組合焊接后需進(jìn)行回火(退火)熱處理。

作者單位：南方航空動(dòng)力機(jī)械公司　高級(jí)工程師