Monel400镍基合金焊接接头的微观组织及腐蚀性能的研究

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1、分类号：TG401密级：UDC：621.7编号：201321803007河北工业大学硕士学位论文Monel400镍基合金焊接接头的微观组织及腐蚀性能的研究论文作者：王志强学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：郑振太职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringSTUDYONMICROSTRUCTUREANDCORROSION

2、PERFORMANCEOFMONEL400NICKEL-BASEDALLOYWELDEDJOINTbyWangzhiqiangSupervisor:Prof.ZhengzhentaiMay2016摘要Monel400镍基合金在苛刻的腐蚀环境中有较高的机械性能和良好的耐蚀性能，主要用于制造在各类复杂腐蚀工况下的设备与构件。焊接常常作为结构和设备生产的重要连接工艺之一，然而Monel400镍基合金的导热性较差，在高温加热时，易使熔池金属温度过高，增大了接头晶粒粗化的倾向，从而影响焊接接头的力学性能，并且焊接接头的

3、微观组织和腐蚀性能紧密相关。焊接冶金是一个熔池体积小、高温停留时间短、熔合区温度梯度大、各个区域冷却凝固结晶速度不同的过程。而且Monel400镍基合金中的碳硅含量低、铜镍含量高，熔体粘度大，液态金属的流动性差，往往在焊接热循环的作用下，会使焊接接头各个区域的微观组织存在差异化和化学成分分布的不均匀化，降低了焊接接头的力学性能和腐蚀性能。因此，使得在腐蚀环境中使用的焊接接头常常成为腐蚀失效最薄弱环节。本文研究了两组脉冲频率与两种不同填充材料的焊接工艺下微观组织及腐蚀性能。首先通过采用脉冲TIG焊对Monel4

4、00镍基合金的板材进行焊接试验，模拟在HF水溶液腐蚀环境中，对焊接接头试样进行全浸泡腐蚀试验和电化学测试试验。然后借助金相显微镜（OM）、电化学测量设备、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射等分别对Monel400镍基合金的母材和焊接接头的微观组织及腐蚀形貌进行了观察与分析，并通过维氏硬度的测量，分析焊接接头不同区域的硬度。得到的研究结果如下：（1）Monel400镍基合金的脉冲TIG焊接接头的热影响区（HAZ）为粗大的奥氏体，焊缝(WM)为树枝状枝晶γ基体相+枝晶间的析出β相，母材为单相的奥氏体

5、，组织均匀，晶粒细小，呈等轴晶均匀分布。随着TIG的脉冲频率的增大，相同填充材料的焊接接头的晶粒也随之变得略微细小。同时在相同脉冲频率下，填充焊丝的焊缝组织也比填充母材裁条的焊缝组织细小。（2）维氏硬度的测定表明，Monel400镍基合金母材区域显微硬度比焊缝略高，而热影响区的显微硬度最高。同时HAZ中的硬度波动也最大，其次是焊缝，而最稳定的是母材。（3）经静态失重腐蚀试验，以及失重公式计算母材与不同焊接工艺下获得的焊接接头的腐蚀速率并进行对比，得出Monel400镍基合金的基体组织更耐腐蚀，其次是焊丝填充的

6、焊接接头，腐蚀性最差的是母材裁条填充的焊接接头。因此，为了保证接头腐蚀性能，不宜使用母材裁条代替焊丝进行焊接。I（4）组织表面腐蚀形貌分析表明，随着析出相被腐蚀脱落，组织表面形成不同程度的腐蚀形貌，填充母材裁条的焊接接头腐蚀形貌的最严重，耐蚀性最差，其次是焊丝的焊接接头，耐蚀性最好的是母材。（5）经电化学腐蚀试验结果表明，不同工艺的焊接接头与母材的极化曲线变化规律都很相似，均存在一定的钝化现象。但母材的自腐蚀电位更高，耐腐蚀性能更好，其次是填充焊丝的焊接接头，填充母材裁条的焊接接头最差。相同填充材料、不同脉冲

7、频率的工艺下的焊接接头腐蚀差异性较小。关键词：Monel400镍基合金，脉冲TIG，焊接接头，微观组织，显微硬度，腐蚀性能IIABSTRACTMonel400nickelbasealloyhashighmechanicalpropertiesandgoodcorrosionresistanceintheharshenvironment.Itismainlyusedinthemanufactureofequipmentandcomponentsundervariouscomplexcorrosioncondit

8、ions.Weldingisoftenusedasstructureandequipmentfortheproductionoftheimportantconnectiontechnology.However,poorthermalconductivityofnickelbasealloyMonel400,whenheatedtoahightemperature,easytomakemetalint