AISI 8630表面热丝TIG堆焊Inconel 625的组织及性能研究

作者：陈英箭

来源：硕士, 江苏大学, 2017.

• 热丝TIG堆焊
• AISI 8630
• Inconel 625
• 工艺优化
• 组织及性能

海洋油气资源的开采是缓解能源紧张的重要手段,海洋油气的钻采及输运设备需要较高的强度以及耐腐蚀性能。双金属复合材料是满足海洋油气钻采需求的优选方案,而堆焊是制备双金属复合材料高效、可靠的方法之一,但目前针对堆焊层组织及性能影响因素的系统性研究较少。本文采用热丝TIG方法,以AISI 8630为基材进行Inconel 625合金的耐腐蚀层堆焊,研究了堆焊工艺参数、焊后热处理工艺、基材表面粗糙度以及小孔径基材对堆焊层的组织成分分布、力学性能及耐腐蚀性的影响规律,为双金属复合材料在海洋油气钻采及输运设备中的应用提供理论及试验支持,本文主要工作如下:堆焊工艺参数通过影响熔池温度梯度G和冷却速度R来改变堆焊层的组织及性能。当预热温度由140℃升高至300℃时,熔池的温度梯度G和冷却速度R降低,堆焊层的熔深、熔宽、稀释率、平面晶宽度和热影响区晶粒尺寸稍有增加,硬度由232HV10减小至197HV10,耐腐蚀性能有所下降;堆焊电流通过影响堆焊稀释率的值,从而改变堆焊层及基材的组织及性能,当堆焊电流由230A增至290A时,稀释率由0.314增加到0.371,耐腐蚀性能不断下降,堆焊层组织尺寸变大,马氏体含量减少,铁素体含量增加,进而硬度降低,当电流为290A时基材热影响区（HAZ）出现较大魏氏体组织,影响材料性能;堆焊电压对熔宽影响较大,当堆焊电压由12.5V增至15.5V时,熔宽增加2.46mm,堆焊电压的升高缓解了晶界“贫化”现象,使腐蚀速率由0.143降至0.114;堆焊速度由250mm/min增至350mm/min时,稀释率由0.326降至0.271,耐腐蚀性能提高,组织的晶粒尺寸不断减小,适当提高堆焊速度有利于控制魏氏体体积,堆焊层硬度在270mm/min时达到最大值219HV10。焊后热处理（PWHT）有利于堆焊层和基材组织及成分的均匀分布。Cr、Mo元素的存在使得基材具备较大的回火抗力;随着PWHT温度的升高,基材HAZ组织不断长大,堆焊层硬度持续下降,热影响区硬度呈现先下降后上升的趋势,堆焊层耐腐蚀性不断提升;当PWHT温度为850℃时,铁素体尺寸过大,影响使用性能;当PWHT温度为650℃时,热影响区冲击及拉伸性能最好,-60℃冲击功达42.7J,拉伸屈服强度达714MPa;综合考虑,推荐热处理温度为650℃。基体表面粗糙度通过“陷光”效应影响堆焊热输入,进而影响堆焊组织及性能。基体粗糙度值减小,陷光效应减弱,稀释率相应降低,但当粗糙度值小于0.8μm时,减小趋势不明显;当基体表面粗糙度由12.5μm减小至0.4μm时,堆焊层中铁元素含量下降约10%,耐腐蚀性能提高32%,堆焊层组织更加细小均匀。采用正交试验针对直径为35mm的小孔内壁堆焊进行工艺优化,最优工艺参数为电弧电压12.5V,堆焊电流180A,堆焊速度20cm/min,送丝速度160cm/min。结果表明,堆焊层中Fe、Ni、Cr、Mo、Nb各元素均匀分布,所对应的质量分数分别为20%、54%、15%、6%、4%;小孔堆焊层硬度相较于非小孔下降约13HV10;工件耐腐蚀性能提升约7倍,提高了油气钻采及输运设备的使用寿命。

• 出版日期2017
• 单位江苏大学