热延性试验结果及金相照片展示

材料高温时的延性可以提供其焊接性方面的某些指标，因为开裂经常和可利用的延性耗竭相关。大多数热延性试验包括加热（或“在加热中”）和冷却（或“在冷却中”）试验。为了正确地模拟焊接时的加热和冷却速度，开发了特殊设备来快速加热和冷却小的实验试件。为了完成这种实验，最广泛应用的设备是由Savage和Ferguson在20世纪50年代在RPI开发的设备Gleeble[5]，现在由DS1公司进行商业性生产。Gleeble在精确温度控制下用电阻热（J²R）加热小试样，然后经过水冷的铜夹具传导热来冷却试样。加热速度可达10000℃/s。Gleeble也可以在设定程序的热循环中的任何一个温度下进行力学试验。

可以通过热延性试验画出一种材料的延性标识图（Signature），这个塑性“标识”图可以展示材料的几个不同的特征量（如图10-10所示）。如果“在加热中”测定延性，则下部分材料的延性随温度而上升，跟着是突然下降。延性下降是由于材料开始熔化。延性降低为零的温度称为“零延性温度”（NDT），在NDT温度下的材料仍然具有可测量到的强度。进行附加的试验可以确定强度为0的温度，称为“零强度温度”（NST）。

图10-10 “在加热中”和“在冷却中”试验测定热延性曲线得到的热延性标识图的示意图。图中指出了零延性温度（NDT）、零强度温度（NST）和延性恢复温度（DRT）的位置

为了测定“在冷却中”的延性曲线，先把材料加热到NST（或者一个处于NDT和NST之间的温度）然后冷却到设定的温度进行试验。那个可以开始测量到延性的温度称为“延性恢复温度”（DRT）。加热到NDT以上温度时熔化形成的液体，在冷却到DRT时，凝固到一定程度使试样在拉伸时可以测到一些延性。

图10-11示出了Lin^[6]测定310钢和A-286不锈钢的热延性的试验结果。这两种材料和前面点状可变拘束度试验的材料相同。请注意：310钢“在加热中”的延性曲线和“在冷却中”的延性曲线差不多是一样的，而且NDT和DRT两个温度也相等。而NST比NDT只高了25℃。这说明在加热到NDT和NST之间温度形成的晶界液态薄膜，在冷却到1325℃时就凝固了。这样在HAZ/PMZ中液态薄膜仅在一个较窄的温度区间存在，因而这种材料有很好的抗HAZ液化裂纹的能力。

图10-11 310型和A-286奥氏体不锈钢热延性试验结果

（引自Lin等^[4]，美国焊接学会授权）

图10-12示出了一张A-286钢试样加热到NST温度时的金相照片，可见晶粒边界已完全被液态薄膜覆盖。在第8章描述了这个机理。和310钢不同，A-286钢“在加热中”的延性曲线和“在冷却中”的十分不同（见图6-11的下图）。A-286钢的NDT是1200℃，NST是1350℃，而加热到NST后，冷却直到1050℃（DRT）延性才恢复，这样晶界的液态薄膜在NST以下300℃宽的温度范围内持续存在，这就形成了一个非常宽的部分熔化区域（HAZ/PMZ）使材料对HAZ液化裂纹很敏感。(www.xing528.com)

和点状可变拘束度试验相似，热延性试验的结果（由热延性曲线得到的NDT、NST、DRT）可以用来确定热影区中裂纹敏感区域（CSR）。在焊道的前方加热到高于NDT温度的材料将开始熔化。熔合线上液相线和NDT的温度差决定了在加热时液化温度范围，为了方便，NST可以近似地取为液相线温度。在HAZ的冷却部位，加热到NDT和NST温度之间的区域中的液态薄膜将凝固，而DRT的温度值将随最高加热温度而变化，在最靠近熔合线的点上，其值是最低的。NST和DRT之间的温度差代表了在HAZ中存在液体薄膜的最大温度区间。这个值也就可用来确定生成液化裂纹的温度区间（LCTR）。LCTR是材料对液化裂纹敏感性的一个度量，类似于焊缝凝固裂纹的温度区间SCTR。对于310钢LCTR是25℃，而对于A-286钢是300℃。

图10-12 A-286不锈钢加热到零强度温度（NST=1350℃）后的金相照片（引自Lin等^[6]）

可惜的是，由实验得到热延性曲线的程序还没有标准化。下面总结了Lin[6]用来得到图10-11所示数据的程序：

1）试件是直径6.35mm（0.25in），长度100mm（4.0in），带端部螺扣的圆棒。

2）试件在Gleoble夹头之间的自由长度为25mm（1in），所有试验都在氩气保护下进行。

3）确定NST，把试件静态加载10kg，然后以111℃/s（200℉/s）的线性加热速度加热，直到试件断裂。

4）“在加热中”的试验是用12s时间把试件加热到设定的峰值温度，然后以50mm/s（2in/s）的拉伸速度把试件拉断。12s加热时间是基于NST试验确定的。

5）“在冷却中”的试验是把试件用12s加热到NST，然后以50°/s的速度冷却到预定的温度，再以50mm/s（2in/s）的拉伸速度拉断。