【引言】

核電站設備中經常會出現鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的異質接頭或鐵基和鎳基不銹鋼的異質接頭。焊接接頭組織各異，成分不均勻，力學性能相差較大。雖然有研究人員對異質接頭的組織和力學性能進行了大量研究，但異質接頭不同區域斷裂時裂紋萌生和擴展機制還不清楚，因此研究異質接頭斷裂行為就具有重要工程意義。

【成果簡介】

近日，北京科技大學的陸永浩研究員（通訊作者）在Materials Science and Engineering: A上發表了最新的研究成果“In-situ SEM study of crack initiation and propagation behavior in a dissimilar metal welded joint”。在該文中，通過原位SEM拉伸實驗研究了核電站異種金屬焊接接頭不同區域的斷裂機制。

【圖文導讀】

圖1 原位拉伸裝置及試樣

（a）室溫原位拉伸裝置示意圖

（b）原位拉伸試樣的尺寸

（c）取樣位置示意圖

圖2 原位拉伸實驗之前的光鏡圖及顯微硬度

（a）母材

（b）焊縫

（c）界面

（d）顯微硬度分布圖

圖3 316L不銹鋼不同應變下的同一位置光鏡圖

（a）3%

（b）5%

（c）6.8%

（d）8.3%

（e）9%

（f）9.8%

圖4 Inconel182不銹鋼不同應變下的同一位置光鏡圖

（a）3.2%

（b）4.1%

（c）6.2%

（d）7.2%

（e）9.3%

（f）最終斷裂

圖5 不同應變下的焊縫原位SEM圖

（a）0%

（b）2.1%

（c）3.9%

（d）6.0%

（e）6.3%

（f）最終斷裂

圖6 不同伸長率下的原位取向圖和圖像質量圖

（a）2.1%

（b）3.9%

（c）6.0%

圖7 不同伸長率下的施密特因子圖

（a）2.1%

（b）3.9%

（c）6.0%

圖8 圖5（d）中區域Ⅰ內的放大EBSD圖

（a）SEM圖

（b）局部取向圖

（c）施密特因子圖

（d）極射投影圖

圖9 圖5（d）中區域Ⅱ內的放大EBSD圖

（a）SEM圖

（b）極射投影圖

（c）局部取向圖

（d）施密特因子圖

圖10 不同區域的斷口SEM圖

（a）母材

（b）焊縫

（c）熔合區

圖11 焊接接頭不同區域的裂紋擴展機制示意圖

【小結】

異質接頭的裂紋萌生和擴展主要取決于顯微組織。由于母材中孿晶數量較多，所以裂紋易于在孿晶邊界形核。在焊縫和熔合區處，由于孿晶比較少，所以裂紋易于在滑移帶處萌生。異質金屬焊接接頭不同區域的斷裂機制也不同。母材是典型的韌性斷裂。由于焊縫處柱狀晶邊界上第二相粒子的存在，裂紋先沿著滑移帶滑移，然后沿柱狀晶邊界擴展。熔合區既存在韌性斷裂，也有脆性斷裂。裂紋擴展到外延區時，很容易沿柱狀邊界擴展，發生脆性斷裂。

文獻鏈接：In-situ SEM study of crack initiation and propagation behavior in a dissimilar metal welded joint（Materials Science and Engineering: A，2018，DOI：10.1016/j.msea.2018.05.077）。