15CrMo合金鋼

15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強(qiáng)性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高含量的Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。

15CrMo執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3077-2006

1 焊接材料

針對(duì)15CrMo鋼的焊接性的工作特點(diǎn)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，參照國(guó)外提供的焊接工藝卡，我們選擇了兩種方案進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

方案Ⅰ：焊接預(yù)熱，采用ER80S-B2L焊絲，TIG焊打底，E8018-B2焊條，焊條電弧焊蓋面，焊后進(jìn)行局部熱處理。

方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊絲，TIG焊打底，E309Mo-16焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進(jìn)行熱處理。焊絲和焊條的化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表1。

3 焊接試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)方案拉伸試驗(yàn)彎曲試驗(yàn) 沖擊韌性試驗(yàn)aky（J/cm2）

抗拉強(qiáng)度δb/Mpa 斷裂部位彎曲角度面彎背彎焊縫熔合線熱影響區(qū)(HAZ)

方案Ⅰ 550/530 母材 50。合格合格 84.8 162 135.6

方案Ⅱ 525/520 母材 50。合格合格 79.4 109.2 96.7

焊接工藝

方案Ⅰ：焊接預(yù)熱，采用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底。E8018-B2焊條，焊條電弧焊蓋面，焊后進(jìn)行局部熱處理。

方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底。E309Mo-16焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進(jìn)行熱處理。焊絲和焊條的化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表1。

表1 焊接材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能

型號(hào) C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,% ;

ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2 <0.20.5 ≤0.025 ≤0.025 ≤500 25 ;

E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 ≤0.04 ≤0.03 550 19 ;

E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25 ;

焊前準(zhǔn)備

試件采用15CrMo鋼管,規(guī)格為φ325×25，坡口型式及尺寸見(jiàn)圖1。

焊前用角向磨光機(jī)將坡口內(nèi)外及坡口邊緣50mm范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤，然后用丙酮清洗干凈。

試件為水平固定位置，對(duì)口間隙為4mm，采用手工鎢極氬弧焊沿園周均勻點(diǎn)焊六處，每處點(diǎn)固長(zhǎng)度應(yīng)不小于20mm。焊條按表2的規(guī)范進(jìn)行烘烤。

焊條烘烤規(guī)范

焊條型號(hào)烘烤溫度保溫時(shí)間

E8018-B2 300 ℃ 2h

E309Mo-16 150 ℃ 1.5h

工藝參數(shù)

按方案Ⅰ焊前需進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)Tto-Bessyo等人提出的計(jì)算預(yù)熱溫度公式：

To=350√[C]-0.25（℃）式中，To――預(yù)熱溫度，℃。

[C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x

[C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90 式中，

[C]x――成分碳當(dāng)量；

[C]p――尺寸碳當(dāng)量； S――試件厚度（本文中S=25mm）;

[C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361

[C]p=0.045 則To=138℃

因此預(yù)熱溫度選為150℃。采用氧-乙炔焰對(duì)試件進(jìn)行加溫，先用測(cè)溫筆粗略判斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進(jìn)行估計(jì)），最后用半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)測(cè)定，測(cè)量點(diǎn)至少應(yīng)選擇三點(diǎn)，以保證試件整體均達(dá)到所要求的預(yù)熱溫度。

焊接時(shí)，第一層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產(chǎn)生凹陷，送絲時(shí)采用內(nèi)填絲法，即焊絲通過(guò)對(duì)口間隙從管內(nèi)送入。其余各層采用焊條電弧焊，共焊6層，每個(gè)焊層一條焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3、4。按方案Ⅰ焊

表面熱處理

熱處理是提高與改攣15CrMo合金圓鋼性能的極為有效措施，它對(duì)于產(chǎn)品的可靠性與經(jīng)濟(jì)性均起到十分重要的作用。15CrMo合金圓鋼的熱處理通常包括普通熱處理(退火、正火、淬火、回火)和表面熱處理(表面淬火及化學(xué)熱處理一滲碳、氮化、滲金屬等）兩大類。
在機(jī)械工程中，許多機(jī)器零件，例如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、齒輪、凸輪軸以及重要減速器中的齒輪等，不僅要求心部有足夠的韌性、塑性和抗彎強(qiáng)度，且要求表面一定厚度內(nèi)有高硬度、高耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。前述的各種整體熱處理方式難以同時(shí)滿足上述各項(xiàng)性能要求，采用表面熱處理則是同時(shí)達(dá)到這些性能要求的最有效方法。
表面熱處理就是通過(guò)改變15CrMo合金圓鋼表層的組織以改變表面性能的一種熱處理方式。
表