65Mn鋼作為(wei) 常用機器零件鋼，廣泛應用於(yu) 機械、交通等部門。在做傳(chuan) 統焊接時，由於(yu) 65Mn的含碳量過高，有著難以克服的局限性，如熱影響區大，熱脆形性嚴(yan) 重，而難以滿足需求，與(yu) 傳(chuan) 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、焊接變形小及對周圍組織無影響等特點而得到廣泛應用[1]，目前，有關(guan) 65Mn鋼激光焊接的研究很少，本文對65Mn鋼進行了CO2激光深熔焊的實驗研究，重點分析了65Mn鋼激光焊接後焊縫及熱影響區的組織和硬度變化，為(wei) 將來65Mn鋼激光焊接的應用提供理論指導。

　　1 實驗材料及試驗方法

　　1.1 實驗材料

　　取退火狀態下的65Mn鋼棒料，其成分如表1所示。

　　1.2 試驗方法

表1 基材的化學成分(質量百分比%)

Ｃ	Ｓ	Ｐ	Ｓｉ	Mn	Ｃｒ
0.62～0.70	0.20%	< 0.040	0.17～0.37	0.90～1.20	< 0.25

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　　試樣采用鉬絲(si) 線切割成厚度為(wei) 1mm，半徑為(wei) 12.5mm半圓柱狀，使用前用400金相砂紙打磨表麵，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(wei) 3mm，焦距320mm, 焊縫長度為(wei) 25mm，采用Ar氣作為(wei) 保護氣體(ti) 。用GX51型奧林巴斯金相顯微鏡進行顯微組織觀察和拍照，用D/Max-2200型全自動X射線衍射儀(yi) 進行物相分析，用HV-1000顯微硬度計進行顯微硬度測試，載荷砝碼200g，加載時間20s。對25個(ge) 焊接試樣進行焊後觀察，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(ge) 最好試樣進行分析，工藝如表2。

表2 激光焊接工藝參數

試樣編號	焊接（KW）	焊接速度（mm/s）	焦距（mm）
1	1.5	7	320
2	1.5	9	320
3	2.0	9	320

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　　2 實驗結果分析

(a)焊縫區 100× (b)焊縫與(yu) 熱影響區 500×

圖1 焊縫中心區與(yu) 結合區的組織

圖1為(wei) 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(wei) 等軸晶分布，近中心區為(wei) 胞狀晶與(yu) 樹枝晶的混合組織。由圖1(b)可知，在靠近熱影響區的邊緣區為(wei) 少量的胞狀晶。

　　在進行激光焊接時，激光束與(yu) 基材作用時間短，當光束移開後，熔池金屬迅速冷卻，然後快速凝固。在靠近熔池邊緣，由於(yu) 與(yu) 母材接觸，液態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，由於(yu) 溫度梯度沒有邊緣區高，成份過冷度大，導致該區焊縫金屬多數按樹枝晶長大。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點為(wei) 非自發形核的現成凝固表麵，這些晶粒不受其他散熱條件的影響，可以自由生長，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(wei) 焊接熱影響區組織，由圖2(a)可見：焊接的熱影響區粗晶區主要是由針狀馬氏體(ti) 組成，這是由於(yu) 在靠近熔合線附近，溫度在1350 ºC，奧氏體(ti) 晶粒明顯長大，快速冷卻後轉變成了粗大的高碳針狀馬氏體(ti) 。

　　由圖2(b)可見，相變重合區主要是由較為(wei) 細小的針狀馬氏體(ti) 組成，這是因為(wei) ，在這個(ge) 區域，焊接時的溫度在950 ºC，奧氏體(ti) 晶粒來不及長大，冷卻速度沒有熔合線附近快，冷卻後轉變成為(wei) 細小的針狀馬氏體(ti) +鐵素體(ti) +下貝氏體(ti) 組織。

　　在相變不完全重合區，由於(yu) 峰值溫度在800 ºC，而且Ac1以上時間短，隻有部分組織奧氏體(ti) 化，冷卻後轉變為(wei) 細小針狀馬氏體(ti) +鐵素體(ti) +上貝氏體(ti) +下貝氏體(ti) 組織，如圖2(c)所示。

2.3 ΧRD衍射分析

　　圖3為(wei) 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(ti) 相α—Fe外，還有Fe3C、FeSi等相。由於(yu) 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

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圖4 焊接接頭的顯微硬度曲線

　　三種焊接工藝的焊縫接頭的硬度分布曲線從(cong) 圖4可以看出其硬度分布曲線的走向成三個(ge) 明顯的區域：一是中間突起的平台區域，這是焊縫區域，平均硬度為(wei) HV710，其硬度值要明顯高於(yu) 其他區域;二是從(cong) 平台區域往兩(liang) 邊各有一個(ge) 斜率較大的坡度，說明硬度值在這個(ge) 區域有一個(ge) 明顯的銳減，這部分是焊接熱影響區，從(cong) 上麵的組織分析可以看出這部分還是有馬氏體(ti) 和貝氏體(ti) 存在.所以硬度值還是比較高的;第三區又是一個(ge) 硬度平台，這是基材組織，平均硬度為(wei) HV230左右。

　　3 小結

　　(1) 65Mn鋼經激光焊接後，焊接區的組織發生了較大的變化，焊縫區組織依次為(wei) 細小等軸晶→枝狀晶→胞狀晶。熱影響區粗晶區為(wei) 粗大的針狀馬氏體(ti) ，相變重合區為(wei) 細小針狀馬氏體(ti) +鐵素體(ti) +下貝氏體(ti) ，不完全相變重合區為(wei) 針狀馬氏體(ti) +鐵素體(ti) +上貝氏體(ti) +下貝氏體(ti) 組織。

　　(2)焊接接頭的基體(ti) 相為(wei) 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(wei) ：焊縫區域平均硬度最大，平均為(wei) HV710，在焊縫與(yu) 熱影響結合區達到最高值為(wei) HV770，從(cong) 熱影響區到基材硬度明顯下降。

　　參考文獻

　　[1] 劉其斌. 技術及其應用[M].北京：冶金工業(ye) 出版社 2007.

　　[2] 崔忠圻.金屬學與(yu) 熱處理.北京：機械工業(ye) 出版社 2000.

　　[3] 張永康. 激光加工技術[M].北京：化學工業(ye) 出版社 2004.

　　[4] 王紅英，李誌軍(jun) AZ61鎂合金激光焊接接頭的組織與(yu) 性能[J] 中國有色金屬學報，2006，16(8)：1388-1392.

　　[5] 李亞(ya) 江. 焊接組織性能與(yu) 質量控製[M].北京：化學工業(ye) 出版社 2004.