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柴油发动机的活塞采用多材料结构设计和中碳钢进行制造,可充分发挥异质材料的性能优势,满足活塞的强度和安全需求。42Cr Mo中碳钢具有较高的抗冲击性能,高温条件下积碳能力较弱;38Mn VS6中碳钢具有较高的抗疲劳性能和抗蠕变能力。采用42Cr Mo中碳钢制造活塞顶部,38Mn VS6中碳钢制造活塞裙部,并利用激光焊接方法制备的异质中碳钢活塞有助于提高柴油发动机功率,减少燃油消耗。42Cr Mo中碳钢和38Mn VS6中碳钢在热处理状态、化学成分、组织和力学性能方面存在差异,激光焊接时接头热处理状态发生改变,组织和力学性能相较于母材会发生变化。基于活塞结构特点和材料焊接性,试验采用单一激光热源和激光-电阻热双热源对42Cr Mo/38Mn VS6异质中碳钢进行焊接,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头组织,根据组织特点分析接头力学性能(平面断裂韧度、抗拉强度和延伸率),研究焊接参数(脉冲电流、脉冲宽度、焊接速度和加热温度)对焊接接头的截面形貌、组织与力学性能的影响规律,利用响应面分析的方法建立激光-电阻热双热源的焊接参数与接头形貌和力学性能的数学关系,依据联合假设检验结果研究焊接参数对响应指标的影响程度并用极值法优化焊接参数。试验结果表明,当单一激光热源作用时,随着脉冲电流、脉冲宽度的增加和焊接速度的减小,42Cr Mo/38Mn VS6异质中碳钢激光焊接接头的焊缝区中针状马氏体体积减小;热影响区中粗晶区和细晶区的针状马氏体体积增加;焊缝区平面断裂韧度、焊接接头的抗拉强度和延伸率增加。在平面断裂韧性试验中焊缝区的断裂模式为失稳扩展,焊缝区脆性倾向较大;在拉伸试验中单一激光热源作用的焊接接头的抗拉强度和延伸率均低于母材42Cr Mo中碳钢和38Mn VS6中碳钢,并在焊缝中心或38Mn VS6中碳钢侧的细晶区内发生断裂;焊接接头中易产生冷裂纹和气孔缺陷。当激光-电阻热双热源作用时,随着电阻热源的加热温度升高,焊缝区组织由针状马氏体转变为板条状马氏体,铁素体和贝氏体的混合结构;42Cr Mo中碳钢侧的热影响区中粗晶区马氏体体积增加,并由贝氏体和铁素体的伴生,细晶区和临界区产生细小的珠光体;38Mn VS6中碳钢侧粗晶区中马氏体转变为贝氏体,细晶区中马氏体体积增加,临界区形成珠光体组织。焊缝区平面断裂韧度、焊接接头抗拉强度和延伸率随着加热温度的升高呈现先上升后下降的变化趋势。电阻热源的加热温度为150℃时,焊缝区平面断裂韧度达到最大值为92.74MPa·m1/2,与单一激光热源作用下的焊缝区相比提高2.23倍;电阻热源的加热温度为100℃时,焊接接头的抗拉强度达到最大值为1032.5MPa,与单一激光热源作用下的焊接接头相比提高47.42%;电阻热源的加热温度为200℃时,焊接接头的延伸率达到最大值为13.70%,与单一激光热源作用下的焊接接头相比提高6.82倍。在拉伸试验中,42Cr Mo/38Mn VS6异质中碳钢激光-电阻热双热源焊接接头断裂发生在母材38Mn VS6中碳钢,断裂模式属于韧性断裂。响应面分析结果表明,激光-电阻热双热源焊接时,脉冲电流对42Cr Mo/38Mn VS6异质中碳钢焊接接头的背宽比和抗拉强度影响最大,电阻热源的加热温度对延伸率影响最大。通过数学模型分析,优化后的焊接参数是电阻热源的加热温度为100℃,脉冲电流为130A,脉冲宽度为16.9ms,焊接速度为70mm/min。