用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接的焊条制造技术

本发明专利技术公开了一系列用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接用的焊条。第一类焊条以重量百分比计，包含：23

【技术实现步骤摘要】
用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接的焊条


[0001]本专利技术涉及焊条
，特别涉及一种新焊条，用于接合由轻量沉淀硬化型铁锰铝碳合金(Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C alloys)制成的零件，特别是利用钨极气体保护电弧熔接(gas tungsten arc welding,GTAW)及气体遮护金属电弧熔接(gas metal arc welding,GMAW)的熔融熔接(fusion welding)所进行的接合。

技术介绍

[0002]沉淀硬化(precipitation hardening)(或称为时效硬化(age hardening))是一种热处理技术，用于增加具延展性合金的降伏强度(yield strength,YS)及硬度。所谓具延展性合金，例如强度最高的7xxx
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系列铝合金(如AA7075)、沉淀硬化型不锈钢及沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金(precipitation
‑
hardened austenitic Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C alloys)等等。沉淀硬化程序涉及三个基本步骤：溶液热处理(solution
‑
heat
‑
treatment(SHT))、淬火(quenching)及时效处理(aging)。第一个步骤(溶液热处理)是将合金加热至固溶温度(solvus temperature)之上，维持一段时间，直到形成一均匀单相固溶体(“single
‑
phase”solid solution)。第二个步骤(淬火)是将固溶体从溶液热处理温度迅速降温至室温，以形成一过饱和固溶体(supersaturated solid solution)。在淬火后状态(as
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quenched state)下，该合金的显微组织(microstructure)呈一不含有任何沉淀物的单相过饱和固溶体。因此，虽然在淬火状态(the as
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quenched state)下的合金可能具有良好的极限抗拉强度(ultimate tensile strength,UTS)及伸长率(elongation,El)组合值，但降伏强度(YS)却总是显著偏低。然而，当将过饱和固溶体加热到低于固溶温度的某一温度，并在该温度下进行一段适当时间的时效处理后，高密度纳米级(nano
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sized纳米大小)沉淀物会因此整合地(coherently)(或半整合地semicoherently)生成并均匀分布于基底中。接着该高密度纳米级且均匀分布的整合型(或半整合型)第二相沉淀物(second phase precipitates)会成为差排移动(dislocation movement)的有效障碍物，因此会大幅地增加合金的强度(特别是降伏强度YS)及硬度，而对延展性则不会有大幅减损。换言之，为了获得理想的机械强度，特别是显著改良的降伏强度YS、硬度及伸长率的组合值，该整合地(或半整合地)沉淀于基底中的高密度纳米级沉淀物是最基本成分。
[0003]最近，轻量的沉淀硬化型完全沃斯田铁相铁锰铝碳合金被视为最具发展前景的材料之一，因为其具有超凡的机械强度及延展性组合值，可广泛应用于各领域，例如汽车工业、装甲工业、矿业等等。特别是铝的添加，可进一步产生另一显著优势，即可大幅降低传统高密度钢(high
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strength steel)的密度(每1重量百分比的铝添加可使密度产生约1.3
‑
1.5％幅度的降低)，一般预料，这会对节约能源及减少二氧化碳排放量这两方面产生重大影响。
[0004]依据先前各种研究显示，对这类具有理想强度(特别是降伏强度YS)及延展性组合值的合金而言，典型的合金显微组织基本上包含，在室温的完全沃斯田铁基底及大量沉淀于该沃斯田铁基底的纳米级铁锰铝碳化物((Fe,Mn)3AlC carbides(κ
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碳化物,κ
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carbide)。该κ
‑
碳化物具有一种有规律的(ordered)的面心立方(FCC)L'12晶体结构。目前已有充分的证据显示，锰是一种强力的沃斯田铁安定化元素，而铝和碳则是形成κ
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碳化物所必须的基本元素。前者(锰)可使合金具有在室温下达成高延展性所必备的面心立方(FCC)晶体结构，而后者则在这一类合金中，形成了起主要强化作用的沉淀物(strengthening precipitates)(κ
‑
carbides)。因此，为了使沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金具有绝佳的强度及延展性组合值，该沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金内的锰含量最好要大于18％重量百分比，如此一来，该合金在室温下能具有一面心立方完全沃斯田铁基底，而与此同时，铝和碳含量则分别大于约7％及0.7％重量百分比。有一些近期的研究显示，当化学成分范围为铁
‑
(17.45～35.0)锰
‑
(7.1～12)铝
‑
(0.7～1.2)碳(Fe
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(17.45～35.0)Mn
‑
(7.1～12)Al
‑
(0.7～1.2)C)(注意：本专利技术以下所引用的所有合金的化学成分，除非另有规定，否则皆为重量百分比)的沃斯田铁相铁锰铝碳合金，经过热轧(hot
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rolled)或热锻造(hot
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forged)，在摄氏1050～1200度范围进行溶液热处理1
‑
2小时后，接着在水或油溶液中快速淬火处理降温至室温，结果得到的合金显微组织是没有任何沉淀物的单一沃斯田铁相(single austenite)(γ
‑
相，γ
‑
phase)。此淬火后状态的合金的降伏强度、极限抗拉强度、伸长率及显微硬度(microhadness)范围分别为350～540百万帕(MPa)、700～1000百万帕、56～72％及200～230维氏硬度(Hv)，实际值取决于该合金的化学组成成分。虽然此淬火后状态的合金具有绝佳的延展性和良好的抗拉强度，但不幸的是，其降伏强度还是相当的低。而后续的时效处理，对改善合金的机械强度(特别是降伏强度)而言，是不可或缺的，该时效处理可促进纳米级κ
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碳化物在γ
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基底内的沉淀。既然κ
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碳化物富含碳及铝，该κ
‑
碳化物在过饱和沃斯田铁基底的沉淀过程，不可避免必然会涉及大量碳及各种相关合金元素的扩散过程(diffusion process)。因此，通常需要优化及适度的时效处理时间及/或较高的时效处理温度。先前的报告指出，在摄氏550～600度下，进行时效处理15～40小时，可以得到具有最佳强度及延展性组合值的轻量铁锰铝碳合金。经优化时效处理的铁锰铝碳合金，其降伏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接的焊条，其特征在于，以重量百分比计，包含：23
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34％锰，7.5
‑
11.5％铝，1.35
‑
1.95％碳，其余为铁。2.一种用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接的焊条，其特征在于，以重量百分比计，包含：：24
‑
32％锰，8.0
‑
11.0％铝，1.40
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1.95％碳，其余为铁。3.一种用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接的焊条，其特征在于，以重量百分比计，包含：23
‑
34％锰，7.5
‑
11.5％铝，1.40
‑
1.95％碳，0.1
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2.5％钛，其余为铁。4.一种用于沉淀硬化型沃斯田铁相铁锰铝碳合金熔融熔接的焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增丰，
申请(专利权)人：廖建发，
类型：发明
国别省市：