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焊缝耐腐蚀测试方法? 借助于电子分析仪、光学显微镜等分析手段,以高强度za合金为母材,通过对氧—乙炔气焊焊缝、tig焊缝及母材的耐腐蚀性试验,对不同焊缝在nacl 溶液中的耐腐蚀性进行了研究。结果发现焊缝的耐腐蚀性高于母材,其中tig焊缝的耐腐蚀性高于氧—乙炔气焊焊缝,两种焊接方法的焊缝耐蚀性完全能够达到使用性能要求。关键词:za合金;焊缝;耐腐蚀性中图分类号:tg444.74 文献标识码:a 文章编号:1004-4620(2008)06-0053-02 * 山东省自然科学基金资助项目,项目编号:y2201f09。收稿日期:2008-11-05 作者简介:高中夫,男,1980年生,2004年毕业于山东大学材料工程专业。现为山东大学材料加工工程专业在职硕士研究生,山东巨力股份有限公司助理工程师,从事焊接材料及工艺的研究工作。高强度za合金焊缝的耐腐蚀性* 高中夫 1,2 ,何冰清 3 ,张春波 1 (1 山东潍坊巨力股份有限公司,山东 潍坊261001;2 山东大学 材料科学与工程学院,山东 济南250061; 3 山东轻工业学院,山东 济南250011) 1 前 言高强度za合金是近年来研制的一种具有较高强度、硬度、耐磨性和较好流动性的新型材料。由于它具有制模周期短、成本低、易成形等优点,可用于塑料模具、冲压模具及某些拉延模具用材,据资料介绍,可缩短制模周期50%左右,降低成本60%以上;另外由于它具有较高的强度及耐磨性,也可代替铜合金制造轴瓦、轴套等。目前被广泛应用于机械、轻工、电机、塑料等行业。由于高强度za合金的熔点(419.5 ℃)及zn 的沸点较低,而熔化焊的热源温度很高,焊接过程中很容易产生锌的蒸发和氧化,使焊缝的成分、组织和性能发生变化;另外由于焊接时的加热和冷却速度很快,使焊接熔池处于极不平衡的状态下。因此,焊缝的凝固组织形态及组织结构和母材相比有很大的不同,其性能也有很大的变化。由于部分za合金模具是在腐蚀性介质中工作,因此要求焊缝具有一定的耐腐蚀性能,且焊缝的耐腐蚀性应不低于母材。目前对za合金焊缝耐蚀性的研究,国内外未见报道[1-3]。 2 试验材料、设备及方法 2.1 试验材料及设备试验母材是一种新型的高强度za合金,其zn、 al 成分相当于za10,同时还加入了少量的cu、ti、 mg等合金元素,其化学成分见表1,填充材料和母材同质。根据试验要求,母材用金属型铸造成6× 80×120的试板;填充材料铸成φ4×250~300的焊条。焊剂是自行研制的4 号焊剂,氩气的纯度为 99.99%。腐蚀液为3%的nacl 溶液,清洗液是10% 氯化铵(nh4cl)溶液。试验设备为wse5—315 型交、直流手工钨极氩弧焊机。表1 母材的化学成分 % al 9~12 cu 3~5 mn 0.2~0.5 mg、ti 及稀土少量 zn 余量 2.2 试验方法试板上开u形坡口,用氧—乙炔气焊和tig焊在u形坡口内堆焊。焊前清理待焊处,然后用氧— 乙炔火焰对试板进行预热处理,预热温度在100 ℃ 左右,把焊剂涂在待焊处和焊条上,调整好焊接工艺参数后施焊。tig 焊接工艺参数为:焊接电流 60~80 a;钨极直径3.2mm;氩气流量6~7 l/min。焊接时采用左焊法,为填满弧坑并防止塌陷,焊接结束时应迂回运条;焊完后,对焊缝进行外观检查,合格后切取试样,制备气焊和tig焊焊缝的耐腐蚀性试验试样。试样称重后放入配制好的腐蚀液中,静置192 h,取出试样,根据gb/t16545—1996《金属和合金腐蚀试样上腐蚀产物的清除》的规定,清理试样表面的腐蚀产物,再次进行称重,然后根据公式k=(g0-g)/s0,计算出腐蚀失重系数。腐蚀失重系数越大,则耐腐蚀性就越差。其中,g0、g分别是试样腐蚀前后的重量;s0 为试样腐蚀前的表面积;k为腐蚀失重系数。试验时为防止试样混淆,把试样分为3组,每组有气焊焊缝、tig焊缝和母材试样各1块。 3 试验结果及分析 3.1 焊缝及母材的腐蚀失重系数母材及氧—乙炔气焊、tig焊焊缝的腐蚀失重系数见表2。从表2可以看出,第1组试样的腐蚀失重系数较高,这是因为在试验过程中,主要以第1组试样为观察对象,在观察的过程中有较大的晃动,从而加快了该组试样的腐蚀速度;虽然同种材料不同试验组的k值不同,但3组试验的平均k值仍然能 ???????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 试验研究 53 山 东 冶 金 2008年12月 第30卷够说明问题。母材的k值最大,气焊焊缝次之,tig 焊缝的k 值最小。这说明tig焊缝的耐腐蚀性最好,气焊焊缝次之,但焊缝的耐腐蚀性都高于母材。表2 母材及气焊、tig焊缝的腐蚀失重系数k 试样编号母材气焊焊缝 tig 焊缝 1 2 3 1 2 3 1 2 3 s0/cm 2 6.255 1 6.346 0 11.312 8 11.312 8 11.235 1 10.418 6 8.727 1 8.770 1 9.616 1 g0/g 1.896 0 1.935 5 3.530 9 3.530 9 3.415 9 3.460 1 2.892 4 2.658 6 2.962 5 g/g 1.893 8 1.934 0 3.526 8 3.526 8 3.413 4 3.458 2 2.889 5 2.656 7 2.961 6 k×10 -4 / (g·cm -2 ) 3.517 2.364 3.271 3.271 2.225 1.824 3.323 2.166 0.936 k平均值× 10 -4 / (g·cm -2 ) 2.616 2.440 2.140 3.2 化学成分对耐腐蚀性的影响化学成分对耐腐蚀性有很大的影响,不同成分的za合金其耐腐蚀性是不同的。纯锌的强度和塑性低,较硬而脆,化学活性较强,抗腐蚀性不好,合金化后的力学性能和湿耐磨性较好,但耐腐蚀性仍然不高,且有晶间腐蚀的倾向。al 是za合金最主要的合金元素,加入量在12%左右。al 在zn中的固溶度很小,室温时约为0.05%,多余的al 就以固溶体或化合物的形式存在。因此,al 一方面对基体起强化作用,另一方面可提高耐腐蚀性,但al 不能提高合金抗晶间腐蚀的能力。cu在za合金中少量固溶于zn中,其余部分以化合物形式存在,使合金强化; cu能够形成三元共晶,提高合金的流动性和抗晶间腐蚀能力。少量的mg能够固溶于合金中,降低共析温度,减弱合金的老化,降低晶间腐蚀倾向,但mg过多易引起热裂。高强度za合金在焊接过程中,不可避免要产生锌的氧化和蒸发,使焊缝的锌含量降低,al、cu的相对含量升高,抗腐蚀能力增加。用能谱分析仪对焊缝和母材的化学成分进行分析,结果见表3。从表3中可以看出,由于焊接过程中锌的蒸发和氧化,焊缝中锌的相对含量降低,al、cu的相对含量升高。对于气焊,焊接时采用了弱炭化焰,其热源温度较低,焊接过程中产生锌的氧化和蒸发量较少。对于tig焊,由于其热源温度高,虽焊接时采取了一些特殊的措施,zn的氧化和蒸发仍比气焊严重,tig焊缝的al、cu 含量较气焊焊缝和母材高,因此其抗腐蚀能力最强。表3 焊缝和母材的主要化学成分 % 项 目 tig焊缝气焊焊缝母 材 zn 73.24 73.40 74.61 al 19.48 19.03 18.19 cu 7.28 7.57 7.20 3.3 显微组织及其形态对耐腐蚀性的影响显微组织及其形态影响合金的耐腐蚀性能。对于高强度za合金来说,一般情况下,固溶体α-al 的耐腐蚀性较二元共晶和三元共晶好,细而致密组织的耐腐蚀性较粗大的铸态组织高。这是因为二元共晶和三元共晶是由不同的固溶体组成的,在腐蚀性介质中由于它们具有不同的电极电位,因此会产生电化学腐蚀。单一的固溶体一般容易产生均匀腐蚀,其腐蚀速度较电化学腐蚀慢。图1是母材、 tig焊和气焊焊缝的组织及其形态,从图中可以看出,母材是铸态组织,主要为等轴晶及其弥散分布的细小化合物,晶粒粗大且有铸造缺陷,同时有较多的二元、三元共晶和块状的单质固溶体。焊缝组织主要是细小而致密的柱状晶,共晶组织呈细小的类珠光体形态,气焊焊缝中有小块状的单质固溶体,柱状晶不如tig焊缝明显,同时tig焊缝的组织较气焊焊缝的组织细密。这是因为焊接时的局部加热,使焊接熔池的冷却速度和结晶速度较铸造快,有利于晶粒的细化和柱状晶的形成;另外气焊热量不如tig焊集中,热影响区较宽,加热和冷却速度较慢,其焊缝组织较tig焊缝组织粗大,因此其耐腐蚀性较tig焊缝差[4-6]。 a 母材 b 氧—乙炔气焊焊缝(上部) c tig焊缝图1 母材、气焊及tig焊缝的组织及其形态 4 结 论 4.1 氧—乙炔气焊焊缝和tig焊焊缝在nacl 溶液中的耐腐蚀性均高于母材,其中tig焊焊缝的耐腐蚀性最高,氧—乙炔气焊焊缝次之。 4.2 焊缝的耐腐蚀性与焊缝的组织和成分有关,组织越细密,含铝量越高,则焊缝的耐腐蚀性越高。(下转第56页) 54 山 东 冶 金 2008年12月 第30卷长,以防铌酸脱水分析结果波动大。3)本法在稀硫酸(0.15~0.20 mol/l)介质中,加氢氟酸使铌与氟作用形成可溶性的铌氟络合物(h2nbf7),用抗坏血酸还原三价铁,加氯化铝,除去过剩的氟离子,加显色剂二甲酚橙与铌氟络合物形成桔红色络合物,其最大吸收在530~550 nm处,借此用光度法测定铌的含量。4)二甲酚橙光度法测定铌铁中的铌时[1],主要干扰元素如铁(ⅲ)、锆、钛、铋、钼等,因为这些元素如果存在溶液中与二甲酚橙同时显色干扰铌的测定,三价铁用抗坏血酸还原消除之;锆和铋可加 cydta掩蔽;锆、铋、钛、钼等元素存在微量可不予考虑。5)三价铁与二甲酚橙显色影响干扰铌的测定,当加入抗坏血酸还原后,铁被还原成二价而不再显色(消除干扰),一定量铁的存在可使铌显色迅速,且使色泽显色完全并保持稳定。铌铁中含铁量少,需加入部分铁溶液有助于显色溶液的稳定[5]。 6)由于铌铁中铌含量高,空白液中加edta溶液不能使铌的色泽全部掩蔽,所以应补加氟化铵助掩蔽,起到阻止铌与二甲酚橙显色的作用。7)游离的氟离子存在严重影响铌的显色,需加入氯化铝或硫酸铝络合掩蔽之。8)由于铌铁中含铌量高,操作中要严格、仔细,否则误差较大。温度对显色时间有如下影响:25~30 ℃时,10 min显色完全,18~25 ℃时,15 min显色完全。显色后形成的络合物相当稳定,40~120 min 内保持不变,超过2 h后吸光度逐渐下降。 5 结 语将gb3654.1-83国标分析法及经典丹宁酸水解重量法测定铌铁中铌改为光度法测定铌铁,该测定方法具有简便、快速、显色稳定、分析铌结果准确等优点,分析1个样品仅80 min,满足了快速炼钢生产的需要。查看更多
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简介
职业:福建湄洲湾氯碱工业有限公司 - 研发工程师
学校:四川理工学院 - 自动化与电子信息学院
地区:甘肃省
个人简介:笨蛋自以为聪明,聪明人才知道自己是笨蛋。查看更多
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