Microstructure, hardness and tensile properties of fusion zone in laser welding of advanced high strength steels

Abstract

Fusion zone (FZ) of advanced high strength steel welds, with similar and dissimilar combinations, in diode laser welding was characterised in respect to microstructure, microhardness and tensile strength. Average FZ hardness and tensile properties were correlated to the respective microstructure and chemistry. A linear relationship of the FZ hardness with carbon content was observed for all welding combinations; however, carbon equivalent representing all the alloying elements in the FZ showed slightly better linear fit. The plot of calculated martensite hardness and experimental FZ hardness versus carbon content represented three regions: high carbon content, >0·15 wt-%, leads to fully martensitic microstructure with good hardness matching; reducing the carbon content to 0·1–0·15 wt-% resulted in mixed microstructure consisting dominantly martensite with few fraction of ferrite giving hardness value just below martensite hardness; and for low carbon content the microstructure was dominantly soft ferrite phase causing large deviation from martensite hardness. Fusion zone tensile strength was observed to follow linear relationship with hardness.

On a caractérisé la zone de fusion (FZ) de soudage au laser à diodes de soudures avancées d’acier à forte résistance, avec combinaisons similaires et dissimilaires, par rapport à la microstructure, à la microdureté et à la résistance mécanique. On a corrélé les propriétés moyennes de dureté et de traction de la FZ à leur microstructure et à leur chimie respective. On a observé une relation linéaire de la dureté de la FZ avec la teneur en carbone pour toutes les combinaisons de soudage; cependant, l’équivalent en carbone représentant tous les éléments d’alliage de la FZ montrait un ajustement linéaire légérement meilleur. La courbe de la dureté calculée de la martensite et de la dureté expérimentale de la FZ par rapport à la teneur en carbone représentait trois régions: une teneur élevée en carbone, > 0·15 wt-% en poids, conduisait à une microstructure entiérement martensitique avec bonne corrélation de la dureté une réduction de la teneur en carbone à 0·1–0·15 wt-% en poids avait pour résultat une microstructure mixte consistant principalement de martensite avec quelques fractions de ferrite, donnant une valeur de dureté juste au-dessous de la dureté de la martensite; et pour une faible teneur en carbone, la microstructure était principalement une phase de ferrite molle produisant une grande déviation par rapport à la dureté de la martensite. On a observé que la résistance à la traction de la zone de fusion suivait une relation linéaire avec la dureté.

Keywords:

• Advanced high strength steel
• Laser welding
• Microstructure
• Hardness
• Tensile strength

The financial support from Auto21, one of the Networks of Centres for Excellence supported by the Canadian Government, The Initiative for Automotive Manufacturing Innovation (IAMI) supported by the Ontario Government, International Zinc Association (IZA), Belgium and ArcelorMittal Dofasco in Canada is highly acknowledged. A. Santillan Esquivel gratefully acknowledges the financial support of COMMIMSA, Mexico for carrying out this research in University of Waterloo and his stay in Canada.

Notes

This paper is part of a special issue on Advances in High Temperature Joining of Materials