Базовый материал
Основной металл, используемый в этом исследовании, обычно представляет собой низколегированную закаленную и отпущенную сталь, используемую в конструкции боевой машины. Термическая обработка основного металла, использованная в этом исследовании, включает аустенизацию при 900 ° С с последующим закалкой маслом и последующим отпуском при 250 ° С. Эта комбинация термообработки отвечает за высокую твердость, более высокую прочность и ударную вязкость и, следовательно, придает превосходное сопротивление любая баллистическая атака и они используются при конструировании военной техники. Основным металлом, использованным в этом исследовании, является закаленная и отпущенная сталь сорта брони, что полностью соответствует спецификациям AISI 4340.
Наполнители для соединения
Металлические присадки, использованные в этом исследовании, подтверждают следующие спецификации, приведенные ниже
- Угольный электрод с базовым покрытием для процесса SMAW, полностью соответствующий спецификациям AWS E 307 с Cr и Ni в качестве основных легирующих элементов.
- Стальной электрод LHF с базовым покрытием для процесса SMAW, подтверждающий AWS E 11018-M 307. Обычно это низколегированный ферритный электрод.
- Стальной электрод HNS с базовым покрытием для процесса SMAW подтверждает AWS E NiCrFe3 с большей долей содержания никеля, а также хрома и марганца.
- Проволока с флюсовой сердцевиной с базовым покрытием для процесса FCAW с открытой дугой, полностью соответствующая требованиям AWS E 307 T1-1 с Cr и Ni в качестве основных легирующих элементов.
- Стальная флюсовая порошковая проволока с базовым покрытием для процесса FCAW с защитой Co2, соответствующая AWS E 110 T5-K4. Это обычно низколегированная ферритная стальная порошковая проволока.
Изготовление одиночных V-образных стыковых соединений
Прокатанные пластины из основного металла толщиной 14 мм были нарезаны до требуемых размеров (300 мм 100 мм) абразивными резцами и шлифовкой. Конфигурация с одним V-образным стыковым соединением, как показано на рис. 1, была подготовлена для изготовления соединений с использованием расходных материалов ASS, LHF и HNS в процессах SMAW и FCAW. Температура предварительного нагрева 100 ° C была использована в этом исследовании в соответствии с рекомендациями, приведенными в других местах в литературе. Для обеспечения полного слияния боковых стенок сварочный узел был расположен под углом 25-30 ° к поверхности рабочего стола. Приблизительно от 4 до 5 проходов были нанесены для завершения сварки, и отложенный шлак был полностью удален между проходами. Между последующими проходами поддерживалась температура 150 ° C в соответствии с указаниями, приведенными в другом месте. Направление сварки было параллельно направлению прокатки. Все необходимые меры были приняты, чтобы избежать деформации суставов, и соединения были сделаны с применением зажимных приспособлений. Прочность всех сварных пластин проверяли с помощью ультразвукового контроля и рентгенографического исследования.
Соединение, изготовленное с использованием расходных материалов ASS и технологии SMAW, называется соединением SA; соединение, изготовленное с использованием LHF-расходных материалов и процесса SMAW, называется SF-соединением; соединение, изготовленное с использованием расходных материалов HNS и процесса SMAW, называется соединением SN. Аналогично, соединение, изготовленное с использованием расходных материалов ASS и процесса FCAW, называется соединением FA; соединение, изготовленное с использованием расходных материалов LHF и процесса FCAW, называется соединением FF. Основной металл в дальнейшем обозначается как BM. Эти обозначения были соблюдены при отображении различных экспериментальных результатов и последующих обсуждений.
Поперечное сечение образца было извлечено из сустава и подверглось обычным металлографическим препаратам для выявления различных особенностей суставов, изготовленных в этом исследовании. Детали различных металлургических характеристик подробно описаны в следующих разделах.
Макроструктура
Макроструктурные особенности поперечного сечения образца сварного шва были выполнены с использованием светового оптического микроскопа (Производитель: MEIJI, Япония: Модель) под небольшим увеличением 20 для обнаружения трещин (если таковые имеются) в металле сварного шва или при воздействии тепла. зона (HAZ). Заполняющий материал для приемки не должен иметь трещин или микротрещин ни в сварном шве, ни в ЗТВ. Отсутствие трещин было истолковано как сопротивление металла сварного шва HIC.
Микроструктура
Микроструктуру сустава анализировали в различных местах с использованием оптического микроскопа (производитель: MEIJI, Япония: модель) и сканирующего электронного микроскопа (SEM) (производитель: Philips, Великобритания: модель).
Образцы подвергались травлению 2% -ным исходным реагентом, чтобы выявить микроструктуру области сварного шва в области сварного шва, основного металла (BM) и зоны HAZ. Реагент Aqua-regia и Kalling был использован для выявления микроструктуры области сварки ASS и области сварки HNS соответственно.
Тонкие пленки изготавливали из областей основного металла и металла сварного шва соединений для анализа микроструктуры с использованием просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) (Производитель: Philips, Великобритания: модель).
Фольги изготавливали в оконной технике при 10-12 В постоянного тока при температуре ниже 40 ° С с использованием электролита, содержащего хлорную кислоту и метанол. Тонкие пленки после электролитического разбавления очищали метанолом и высушивали. Количество дельта-феррита, присутствующего в качестве вторичной фазы в металле сварного шва из аустенитной нержавеющей стали, измеряли с помощью ферритоскопа (Производитель: Helmoltz Ficher GMBh, Германия: модель) согласно руководству AWS A 4.24e74, количественно как число ферритов (FN).
Микротвердость
Машина для измерения микротвердости по Виккеру (Производитель: Shimadzu, Япония; Модель HMV-T1) использовалась с нагрузкой 0,5 кг для измерения твердости по сварному шву, как показано на рис. 2, в соответствии с рекомендациями ASTM E-384-05 (ASTM, 2005). Пять показаний были взяты в непосредственной близости в каждой зоне, и средние значения используются для дальнейшего анализа и обсуждения.
Микрохимия с использованием электронно-зондового микроанализа (EPMA)
Микрохимия вдоль границы раздела сварного шва-HAZ всех соединений была проанализирована с использованием прибора CAMEBAX MICRO-439. Концентрация Cr, Ni и Mn с интервалами 5 мм была получена на длине 350 мм на границе раздела HAZ и e HAZ для сварки с целью изучения диффузии элементов от металла шва к основному металлу через интерфейс, как показано на рис. 3.
Остаточные напряжения
Измерение остаточного напряжения проводилось с использованием рентгеновского анализатора напряжений (Производитель: Stresstech OY, Финляндия; Модель: XStress 3000) с использованием Cr Ka-излучения в однопроходном сварном шве, аналогично тому, который был нанесен для тестирования имплантатов. Остаточные напряжения оценивали в этом анализаторе с помощью метода многократного воздействия sin2j, основанного на дифракции от (300) плоскостей в сварных швах ASS и от (211) плоскостей в ферритных сварных швах. Эксперимент по остаточным напряжениям состоит из нескольких измерений шага решетки в диапазоне j ориентаций (от 45 до 45) от поверхности образца. Измерения остаточных напряжений проводились поперек сварного шва (т.е. перпендикулярно направлению сварки). Точность измерений составляет около ± 20 МПа. Для расчета напряжений по данным деформации были использованы соответствующие рентгеновские упругие постоянные. Перед измерением напряжения поверхности были очищены раствором ацетона. После этого пятна электрополировали с использованием набора для электрополировки с 20% -ной хлорной кислотой в этаноле, охлажденной до 0 ° С перед измерениями.