16Mn板材焊接件裂纹萌生研究

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1、16Mn板材焊接件裂纹萌生研究实验者：张靖翊学号：080301124班级：金属材料工程一班摘要31绪论41.1低合金高强度钢的发展趋势41・2合金元素在低合金高强度钢（16Mn）屮的作用及该的工程应用51.3低合金高强度钢的焊接难点71.416Mn母材组织研究和力学性能测定8216Mn钢板手工电弧焊接头组织、性能研究112」5mm厚16Mn钢板实际焊接112.2焊后观察焊缝外观122.3焊接接头的拉伸试验122.4焊接接头金相试验143裂纹萌生及扩展分析154.总结和致谢175.参考文献17在材料的疲劳研究中，裂纹

2、是描述疲劳损伤过程的一个重要物理量，人们对金属疲劳裂纹的形成及扩展规律做了大量的研究，已经形成了一些理论，但对焊接结构疲劳裂纹的形成与扩展的研究还不多。随着航天工业的发展，对材料的冶金质量和零件精度要求逐渐提高，这类零件的短裂纹扩展是整个疲劳失效的重要部分，因此对裂纹萌生与扩展的研究具有重要的意义。关键词：焊接件、裂纹、形成及扩展、断口分析1•绪论1.1低合金高强度钢的发展趋势过去的10年，中国的钢铁工业发生了巨大的变化,粗钢产量持续增长，由2001年的约1.51亿t增长到2010年的6.27亿t,如图1所示。图1

3、1998-2010年中国的粗钢产最Fig.1Chinacrudesteelproductionduring1998-2010图2中国钢铁产品结构的变化Eig.2(liangesofsteelproductstructureinChina年505443O5050503221—图3中国铳、钮、钛微合金钢的产帚Fig.3OutputsofNb.V.TimicroallovedsteelsinChina特别是“十一五”期间,在强烈的市场需求拉动下，粗钢产量五年上了3个台阶,2006年跨越4亿t,2008年达到5亿t,201

4、0年又超过了6亿t的台阶。由图2可见，中国的钢铁品种结构中，普通碳素钢一直占据统治地位。在中国粗钢产量达1亿t时，普通碳索钢占钢产量比例约为75%,现在已降到60%以下。合金钢产量所占比例没有明显变化约占钢产量的5%〜6%。过去的10年中国低合金钢的比例显著增加，约占钢产量的30%左右。近年来中国微合金钢的生产得到了快速发展。图3[2]示出了过去10年中国锯、飢、钛微合金钢产量的变化情况。可以看出，中国锐、飢、钛微合金钢的产量在过去的10年有了大幅度地增长,2001年中国微合金钢的产量约500万t到2010年仅概微

5、合金钢的产量已经超过4100万（，锐、飢、钛微合金钢的总量约7000万t。HSLA钢的快速发展也有力推动了觇、矶合金在屮国钢铁屮的应用（见图4）。年低10«逛尿£2之*99量9tS口耗产出消2200220032004200520062007200820092010年图4中国钮、银合金的产帛和消耗帛Fig.4ProductionsandconsumptionsofV,NballoysinChina1.2合金元素在低合金高强度钢（16Mn）中的作用及该的工程应用16Mn的主要成分含量见表1o成分元素CMnNiSiPSC

6、rCu含量（3%）0.13-0.191.20^1.60W0.300.20-0.60W0.030W0.03()W0.30W0.25碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。猛（Mn）:在炼钢过程屮，猛是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含镐0.30-0.50%o在碳素钢中加入0.70%以上时就算“猛钢

7、”，较•般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。含猛11—14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。猛量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。W'）：银能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镰对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于银是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镰銘钢。硅（Si）:在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0

8、.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅，强度可提高15-20%o硅和钳、磚、锯等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1-4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。磷（P）:在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢