65Mn鋼激光焊接組織與硬度研究
        摘要：研究了65Mn鋼激光焊接后微觀(guān)組織和硬度的變化，結果表明：焊接質(zhì)量良好，焊縫區組織由中心到邊緣依次生成細小等軸晶、枝狀晶、胞狀晶。熱影響區組織主要是針狀馬氏體、貝氏體以及少量鐵素體。焊接接頭主要由細小的α—Fe及Fe3C、FeSi等相組成。焊縫區平均硬度為HV710，熱影響區硬度最高值約為HV770，從熱影響區到基材硬度明顯下降。
　　65Mn鋼作為常用機器零件鋼，廣泛應用于機械、交通等部門(mén)。在做傳統焊接時(shí)，由于65Mn的含碳量過(guò)高，有著(zhù)難以克服的局限性，如熱影響區大，熱脆形性嚴重，而難以滿(mǎn)足需求，與傳統焊接方法相比，激光焊接具有深寬比大、焊縫窄、焊縫結合強度高、熱影響區小、焊接變形小及對周?chē)M織無(wú)影響等特點(diǎn)而得到廣泛應用[1]，目前，有關(guān)65Mn鋼激光焊接的研究很少，本文對65Mn鋼進(jìn)行了CO2激光深熔焊的實(shí)驗研究，重點(diǎn)分析了65Mn鋼激光焊接后焊縫及熱影響區的組織和硬度變化，為將來(lái)65Mn鋼激光焊接的應用提供理論指導。
　　1 實(shí)驗材料及試驗方法
　　1.1 實(shí)驗材料
　　取退火狀態(tài)下的65Mn鋼棒料，其成分如表1所示。

1.2 試驗方法
表1 基材的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比%)
　　試樣采用鉬絲線(xiàn)切割成厚度為1mm，半徑為12.5mm半圓柱狀，使用前用400金相砂紙打磨表面，再用丙酮清洗備用。激光焊接試驗采用TJ—HL—T5000型5kW CO2激光器，，光斑尺寸為3mm，焦距320mm, 焊縫長(cháng)度為25mm，采用Ar氣作為保護氣體。用GX51型奧林巴斯金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀(guān)察和拍照，用D/Max-2200型全自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行物相分析，用HV-1000顯微硬度計進(jìn)行顯微硬度測試，載荷砝碼200g，加載時(shí)間20s。對25個(gè)焊接試樣進(jìn)行焊后觀(guān)察，找出焊縫成形好，接頭狹窄，變形小，焊接焊縫筆直、光滑、均勻連續的三個(gè)最好試樣進(jìn)行分析，工藝如表2。

表2 激光焊接工藝參數
2 實(shí)驗結果分析

(a)焊縫區100×  (b)焊縫與熱影響區 500×
     (b)圖1 焊縫中心區與結合區的組織
圖1為焊縫中心→近中心區→邊緣區的組織分布，由圖1(a)可以看出，焊縫中心主要為等軸晶分布，近中心區為胞狀晶與樹(shù)枝晶的混合組織。由圖1(b)可知，在靠近熱影響區的邊緣區為少量的胞狀晶。
　　在進(jìn)行激光焊接時(shí)，激光束與基材作用時(shí)間短，當光束移開(kāi)后，熔池金屬迅速冷卻，然后快速凝固。在靠近熔池邊緣，由于與母材接觸，液態(tài)金屬的結晶速度比熔池中心大，這樣使焊縫金屬生成胞狀晶。在近中心區，由于溫度梯度沒(méi)有邊緣區高，成份過(guò)冷度大，導致該區焊縫金屬多數按樹(shù)枝晶長(cháng)大。而在焊縫中心區域，熔池金屬溫度梯度很小，熔池中未熔化的懸浮質(zhì)點(diǎn)為非自發(fā)形核的現成凝固表面，這些晶粒不受其他散熱條件的影響，可以自由生長(cháng)，促使焊縫形成等軸晶[2-5]。
　　2.2熱影響區金相組織

圖2熱影響區的組織 500×
　　圖2為焊接熱影響區組織，由圖2(a)可見(jiàn)：焊接的熱影響區粗晶區主要是由針狀馬氏體組成，這是由于在靠近熔合線(xiàn)附近，溫度在1350 ºC，奧氏體晶粒明顯長(cháng)大，快速冷卻后轉變成了粗大的高碳針狀馬氏體。
　　由圖2(b)可見(jiàn)，相變重合區主要是由較為細小的針狀馬氏體組成，這是因為，在這個(gè)區域，焊接時(shí)的溫度在950 ºC，奧氏體晶粒來(lái)不及長(cháng)大，冷卻速度沒(méi)有熔合線(xiàn)附近快，冷卻后轉變成為細小的針狀馬氏體+鐵素體+下貝氏體組織。
　　在相變不完全重合區，由于峰值溫度在800 ºC，而且Ac1以上時(shí)間短，只有部分組織奧氏體化，冷卻后轉變?yōu)榧毿♂槧铖R氏體+鐵素體+上貝氏體+下貝氏體組織，如圖2(c)所示。
2.3 ΧRD衍射分析

　　圖3為3號試樣的XRD衍射圖譜。由衍射結果可以看出，焊接接頭相組成除了基體相α—Fe外，還有Fe3C、FeSi等相。由于α—Fe的硬度較低，而Fe3C和FeSi的硬度比較高，這些相的存在，可以保證焊接區有良好的強韌性配合。
圖3 焊接接頭的 ΧRD衍射結果
　　2.4 顯微硬度分析

圖4 焊接接頭的顯微硬度曲線(xiàn)
　三種焊接工藝的焊縫接頭的硬度分布曲線(xiàn)從圖4可以看出其硬度分布曲線(xiàn)的走向成三個(gè)明顯的區域：一是中間突起的平臺區域，這是焊縫區域，平均硬度為HV710，其硬度值要明顯高于其他區域;二是從平臺區域往兩邊各有一個(gè)斜率較大的坡度，說(shuō)明硬度值在這個(gè)區域有一個(gè)明顯的銳減，這部分是焊接熱影響區，從上面的組織分析可以看出這部分還是有馬氏體和貝氏體存在.所以硬度值還是比較高的;第三區又是一個(gè)硬度平臺，這是基材組織，平均硬度為HV230左右。
　　3 小結
　　(1) 65Mn鋼經(jīng)激光焊接后，焊接區的組織發(fā)生了較大的變化，焊縫區組織依次為細小等軸晶→枝狀晶→胞狀晶。熱影響區粗晶區為粗大的針狀馬氏體，相變重合區為細小針狀馬氏體+鐵素體+下貝氏體，不完全相變重合區為針狀馬氏體+鐵素體+上貝氏體+下貝氏體組織。
　　(2)焊接接頭的基體相為α—Fe，其上分布有結晶析出的Fe3C、FeSi等相。
　　(3)焊接接頭的硬度分布規律為：焊縫區域平均硬度最大，平均為HV710，在焊縫與熱影響結合區達到最高值為HV770，從熱影響區到基材硬度明顯下降。