Wpływ obróbki cieplnej na własności oraz strukturę bimetalu cyrkon/(stal węglowa) wykonanego technologią zgrzewania wybuchowego

W niniejszym artykule poddano ocenie wpływ obróbki cieplnej na własności mechaniczne oraz strukturę strefy połączenia bimetalu cyrkon (Zr 700) – stal (P355NL2). Badania prowadzono dla złączy o różnej charakterystyce strefy połączenia. Przedstawiono wyniki badań wytrzymałościowych (Ro, Rs, Rm), pomiaru (mikro)twardości oraz badań strukturalnych, prowadzonych zarówno w makro- jak i mikro- skali. Analiza wyników uzyskanych w badaniach mechanicznych i mikrostrukturalnych pozwala na stwierdzenie, że procesy obróbki cieplnej wpływają, na jakość uzyskanego połączenia. Istotnym jest dobór odpowiedniej temperatury, gdyż wraz z jej wzrostem zmniejsza się wytrzymałość strefy połączenia. Zastosowanie takich samych warunków obróbki dla materiałów o różnej charakterystyce złącza wykazało, że obróbka ta nie ma większego wpływu na wytrzymałość na ścinanie, natomiast w znaczący sposób wpływa na wytrzymałość na rozciąganie i odrywanie. W przypadku próbek o akceptowalnym udziale warstwy międzymetalicznej (RGP w przedziale 0-10 μm) obróbka cieplna spowodowała zmniejszenie Rm o ok. 30 %, natomiast Ro o ok. 15 %. Odwrotną tendencję zaobserwowano w przypadku bardzo dużego udziału warstwy przetopionej w złączu. Wzrost prędkości detonacji podczas procesu zgrzewania wybuchowego powoduje nie tylko zwiększony udziału obszarów przetopionych w złączu, lecz również wzrost strefy odkształcenia plastycznego, a tym samym umocnienia w okolicy granicy połączenia. Potwierdzają to pomiary mikrotwardości dla prezentowanych w pracy przypadków. Zastosowanie obróbki cieplnej powoduje zmniejszenie umocnienia w strefie połączenia, co szczególnie silnie obserwowane jest w materiale podstawowym, tj. stali. Zjawisko to jest efektem pełnej rekrystalizacji ziaren w strefie odkształcenia plastycznego.

---

The thermal treatment is an important issue in producing material by means of explosion welding. The selection of the method and settings of the heat treatment depends on the chemical composition of the welded materials, and, in industrial conditions, also the dimensions (due to their tendency to deformation during heating and cooling cycles).This paper assesses the effect of the heat treatment on the mechanical properties and the structure of the bond zone in zirconium (Zr 700) – steel (P355NL2) bimetal. The investigations were performed for welds with varied characteristics of the bond zone. Experimental results were presented concerning the strength test (Ro, Rs, Rm), measurement of hardness, and structural analyses carried out in micro- and macro- scale. Mechanical and microstructural test results allow concluding that the heat treatment affect the quality of the obtained bond. The selection of temperature is paramount as the higher the temperature, the lower tensile resistance of the bond zone. Applying the same settings for materials with different characteristics showed the treatment did not considerably influence the shear strength, but significantly affects tensile and peeling strength. In the case of acceptable share of intermetallic layer (RGP in the range 0-10), the heat treatment caused decreasing Rm by about 30 % and Ro by around 15 %. A reverse tendency was observed in the case of a large share of the melt zone in the bond. The increase in the detonation velocity during explosion welding causes not only the increased share of the melted area in the bond, but also the increase of the deformed area and consequently hardening at the interface. The above is confirmed by microhardness measurements for the samples presented in this work. Applying heat treatment lowers the hardening in the bond zone, which is more pronounced in the base material (steel). This effect results from the full recrystallization of the grains in the plastic deformation area.