洛阳理工学院毕业设计（论文）
3.5.2断口分析结果
为了系统研究界面组织与接头力学性能的对应关系，分析9Ni钢焊接接头的典型断裂位置，尤其是评价接头的低温使用性能，图3-11给出了母材拉伸断口的组织母材圆形试样拉伸断口如下图，可以看到断口表面大致分为纤维区和剪切唇区两个区域，其中纤维区由一系列的纤维头组成，电镜下对断口进行放大，可以看到纤维呈平行状排列，断口属于典型的韧性断口。
a)宏观形貌 b)局部组织
图3-11 9Ni钢母材拉伸断口
图3-12给出了在采用不同的焊接位置时，在-196℃下焊缝低温韧性冲击试验的断口宏观照片，可以发现此时平焊、横焊和立焊三种焊接形式得到的接头断口基本一致，试样断口表面基本平齐，断口的表面有许多凹坑，没有形成剪切唇结构，说明该工艺参数下焊缝-196℃低温条件下脆性较大。
a)平焊
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b)横焊 c)立焊
图3-12 9Ni钢焊接接头断口宏观形貌
为了进一步确定焊缝断口特性，采用扫描电子显微镜对平焊、横焊、立焊焊接接头断口选定区域进行了局部放大（如图3-13），可以看到断口呈现出典型的韧性断裂特征，成网状纤维形态。放大2000倍断口金相组织，观察到少量的等轴形韧窝。不同的韧窝形状与微孔汇集时所受的应力方向有关，也与电镜观察的角度相关。韧窝周围为封闭的撕裂被包围的大小不等的凹坑，凹坑的底部能看到夹杂物或第二相粒子。为了确定第二相质点的成分，对韧窝区进行放大如图3-13（d），可以发现在韧窝中存在球状的第二相粒子，通过能谱分析(见表3-4)，主要为Ni、Fe、Cr的化合物，结合前面焊缝组织分析，推断为(Fe,Cr)Ni3。微观断口中显示的第二相粒子使得金属塑性流变不连续，位错发生塞积，产生应力集中，进而形成显微空洞。随着应变的的增加，显微空洞不断增大，形成了韧窝。塑性变形对微孔的形成和发展都起着决定性的作用，正因为如此，微孔聚焦性断裂在多数情况下都是宏观塑性断裂。
a)平焊 b)横焊
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c)立焊 d)韧窝区放大
图3-13 9Ni钢焊接接头断口微观形貌
表3-4各点能谱分析
元素 点A
Fe 18.5
Cr 10.7
Ni 44.8
C 20.9
Si 1.6
Mo 3.5
对于9Ni钢的焊条电弧焊，平焊、横焊、和立焊得到的试件焊缝冲击功分别为83J和92J、91J，从断口形貌可以看出，平焊接头的韧窝尺寸比较均匀，且韧窝深度比较小。而横焊和立焊接头中含有较多形状尺寸、深度较大的韧窝，因此横焊和立焊接头的冲击功稍有升高。
同等条件下平焊、横焊、立焊件热影响区处低温韧性冲击试验的断口光学照片如图3-14所示。在试件两侧可以看到明显的剪切唇，且在断口处可以发现铁锈的存在。铁锈分布于夏比缺口根部和末端剪切唇处。在3类试件中都发现了明显的成行排列的纤维的存在。由于加载速度很快，试样来不及充分的塑性变形，因此塑性变形不是比较均匀的分布在每个晶粒中，而是集中在局部区域。冲击载荷造成的韧性断口与静弯曲韧性断口不同，断口的纤维成行排列。纤维的发现方向代表着断裂过程中某瞬间裂纹前沿的位置。其中立焊试件的中间区域纤维比较细小，从冲击功来看没有横焊试样高。
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a)平焊
b)横焊 c)立焊
图3-14 9Ni钢焊接接头断口宏观形貌
3.6本章小结
采用焊条电弧焊方法实现了9Ni钢的焊接，系统分析了接头典型界面组织，工艺参数对界面结构的影响，研究了接头力学性能及断口特征，得出如下结论：
(1)对于待焊接9Ni钢母材ASTM A553 type?，综合考虑后选择Freezal Ni9焊条进行了9Ni钢母材的焊条电弧焊，选用该焊条焊接试样成形质量良好；
(2)9Ni钢焊接接头主要由焊缝、热影响区和母材区三部分组成，其中焊缝内主要为奥氏体柱状晶，晶间析出物为碳化物相，热影响区主要由板条马氏体组成，焊接工艺参数的影响本质是由于焊接热输入不同。
(3)平焊、横焊和立焊三种焊接方式得到接头抗拉强度基本相当，最高强度为739MPa；平焊接头的弯曲性能最好，横焊和立焊接头热影响区和
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焊缝硬度和脆性较大；三种焊接方式低温冲击性能相当，断口主要呈现出韧性断裂特性。
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