Page 95 - 《摩擦学学报》2021年第3期

384 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

Weld joint 接接头母材区微观组织为均匀的珠光体；焊缝区微观
Heat affected zone
组织为片层状珠光体及少量先共析铁素体，先共析铁
Base material
素体析出是焊接高温(约为1 200 ℃)造成焊缝附近区
[21]
Cube sample 域组织脱碳导致 ，铁素体的增加使该区域硬度降
低，因此淬火焊缝区硬度略小于母材区；淬火焊接接
100 mm 头热影响区微观组织为粒状珠光体，这是因为在焊接
Bar sample
Bar sample position 过程中焊接接头组织奥氏体化，奥氏体晶核长大，而
随后的淬火处理时温度较低(约600 ℃)，焊接接头组
织奥氏体化未能充分进行，渗碳体片层断开破裂，未
溶解的残余渗碳体形核并长大形成粒状渗碳体，而在
粒状渗碳体周围出现低碳奥氏体，并通过形核和长大

Fig. 1 Sampling schematic diagram
[22]
转变为铁素体，进而形成粒状珠光体 ，粒状珠光体
图 1 取样示意图
是珠光体类组织中最稳定、最平衡的组织，但其强度
区. 此外，热影响区微观组织在焊接过程中生成了粒 和硬度均较低，粒状珠光体是造成组织软化的主要原
状珠光体，导致度硬度较低，热影响区的宽度根据硬 因之一 [23-24] . 因此淬火焊接接头热影响区硬度远低于
度值确定. 淬火焊接接头的单侧热影响区平均宽度约 焊缝和母材区.
为7~10 mm，正火焊接接头的单侧热影响区平均宽度 图4为正火焊接接头母材区(Normalizing-BM)、焊
约为25~30 mm. 热影响区的形成和诸多因素有关，包 缝区(Normalizing-WJ)、热影响区(Normalizing-HAZ)
[19]
括焊接材料、焊接方式和焊接后热处理工艺等 . 本 的光学显微镜和扫描电子显微镜照片. 其中，正火焊
文中试样仅焊接后热处理方式不同，所以两种钢轨接 接接头母材区与淬火焊接接头母材区组织一致，为均
头的热影响区宽度的不同是由后续热处理工艺导致， 匀分布的片层状珠光体. 这是因为钢轨焊接接头是对
[20]
淬火后热影响区宽度比正火后热影响区宽度更小 . 于接头处采用局部热处理，对母材区影响很小. 正火
确定焊接接头不同区域后，在各区域取尺寸为 焊接接头焊缝组织为珠光体和先共析铁素体，并且先
10 mm×10 mm×10 mm块状试样(Cube sample). 将块 共析铁素体含量比淬火接头焊缝区数量多，珠光体和
状试样抛光处理，用4%的硝酸酒精溶液对试样进行 铁素体尺寸均比淬火焊接接头焊缝小，这是因为正火
腐蚀处理后，利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜 处理温度(约为900 ℃)较淬火高，后续冷却过程中先
(SEM)对微观组织进行观察，然后再将试样抛光至粗 从过冷奥氏体中析出铁素体，温度越高，焊缝处铁素
[25]
糙度0.2 μm后用于冲击试验. 体的体积分数越多，珠光体含量越低 ，较高的铁素
图3为淬火焊接接头母材区(Quenching-BM)、焊 体含量使正火焊缝硬度明显降低. 正火焊接接头热影
缝区(Quenching-WJ)和热影响区(Quenching-HAZ)的 响区同样为粒状珠光体，其形成机理与淬火接头热影
光学显微镜和扫描电子显微镜照片，可以看出淬火焊 响区类似. 此外，由于正火处理温度较高，正火焊接接

460 460
Quenghing-BM Quenghing-WJ Normalizing-BM Normalizing-WJ
440 (415HV 0.5 ) (390HV 0.5 ) 440 (415HV 0.5 ) (350HV 0.5 )
420 420
Hardness/HV 0.5 380 7 mm 10 mm Hardness/HV 0.5 380 Normalizing-HAZ
400
400
360
360
(305HV 0.5 )
340
320
320 340
300 Quenghing-HAZ 300
(290HV 0.5 ) 25 mm 30 mm
280 280
0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100
Length/mm Length/mm
(a) Quenched rail joint (b) Normalized rail joint

Fig. 2 Hardness of quenched and normalized rail joint
图 2 淬火和正火钢轨焊接接头硬度