焊接冶金學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、焊接冶金學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1、17crmn2sivn化學(xué)成分17crmn2sivn屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，屈服強(qiáng)度389mpa。鋼中的含碳量較低，并加入合金元素，以保證鋼的淬透性，消除回火脆性。表一：17crmn2sivn化學(xué)成分化學(xué)成分（%）csimnspcrvn20.180.541.570.0250.0190.850.180.016硅（si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.01.2%的硅，強(qiáng)度可提高1520%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化

2、的作用，可制造耐熱鋼。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。錳（mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。鉻（cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 鉬（mu）：形成硬度很高的碳化物，在回火時(shí)彌散析出，產(chǎn)生二次硬化，同時(shí)也能提高紅硬性，硬度和耐磨性，提高鋼的淬透性?？梢宰璧K馬氏體分解，提高鋼的揮霍穩(wěn)定性。釩（v

3、）：強(qiáng)碳化物形成元素，阻礙奧氏體的長大，細(xì)化晶粒，提高鋼的韌性，形成硬度很高的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。顯著提高鋼的紅硬性和耐磨性，抑制馬氏體分解，提高回火穩(wěn)定性。氮（n）：氮能部分溶于鐵中起到固溶強(qiáng)化和提高淬透性的作用，但是不明顯。 鋼中其他元素化合能形成氮化物，有沉淀硬化的作用。由于氮化物在晶界的析出，能提高晶界高溫強(qiáng)度。2、力學(xué)性能表二: 17crmn2sivn的力學(xué)性能機(jī)械強(qiáng)度（n/mm²）783389測定條件：=13301350 原始狀態(tài)：3、shcct圖分析圖一：17crmn2sivn的焊接熱影響區(qū)shcct圖 從圖中可以看出，由上至下依次是f：鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)域，p：珠光體轉(zhuǎn)變

4、區(qū)域，b：貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域以及m：馬氏體區(qū)域。不同的冷卻曲線經(jīng)過了不同的區(qū)域就會得到不相同的室溫組織，圖中所標(biāo)注的c1c2,c3c4分別對應(yīng)了只有馬氏體；出現(xiàn)珠光體+貝氏體；出現(xiàn)鐵素體+珠光體+貝氏體；只出現(xiàn)鐵素體這四種不同的臨界冷卻時(shí)間（他們所對應(yīng)的橫坐標(biāo)就是臨界時(shí)間）。通過分析這些曲線可以控制冷卻速度從而達(dá)到改變焊接組織的目的。例如，當(dāng)我們不想存在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的過程，就可以通過調(diào)節(jié)冷卻速度使得臨界冷卻時(shí)間小于c2就可以達(dá)到目的。 由計(jì)算可得，當(dāng)臨界冷卻速度大于133攝氏度根據(jù)上圖可知，焊后室溫組織是單向馬氏體。臨界冷卻速度大于40/s時(shí)，能夠避免奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變，得到珠光體加貝氏體的

5、組織。4、母材17crmn2sivn的焊接性分析 根據(jù)合金鋼強(qiáng)度的分類可知，17crmn2sivn是屬于熱軋及正火鋼。熱軋及正火鋼的焊接性：4.1.裂紋及影響因素（1）冷裂紋：熱軋鋼含有少量的合金元素，碳當(dāng)量比較低，一般情況下冷裂傾向不大。正火剛隨著碳當(dāng)量及板厚的增加，淬硬性及冷裂傾向增大。碳當(dāng)量：通常，碳當(dāng)量越高，冷裂傾向越大，計(jì)算公式為c當(dāng)量=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15*100%計(jì)算可知17crmn2sivn的c當(dāng)量為0.64%。碳當(dāng)量大于0.5%時(shí)，冷裂敏感性較大，需要采取嚴(yán)格的工藝措施。（2）熱裂紋：熱裂紋敏感指數(shù)的計(jì)算公式為hcs=c(s+p+si/2

6、5+ni/100)/(3mn+cr+mo+v)*100%經(jīng)過計(jì)算可知，17crmn2sivn的hcs=2.05；當(dāng)hcs小于4的時(shí)候一般不會產(chǎn)生熱裂紋。（3）再熱裂紋：17crmn2sivn含有強(qiáng)碳化物形成元素，所以有輕微的再熱裂紋敏感性。公式：g%cr+3.3mo+8.1v+10c-2;2時(shí)，對再熱裂紋敏感；1.5g%2時(shí)，一般；g%1.5時(shí)，對再熱裂紋不敏感。經(jīng)過計(jì)算，可知，17crmn2sivn的g%=1.4381.5，對再熱裂紋不敏感。（4）層狀撕裂：只有經(jīng)過精煉，含s量在0.005%以下的鋼才具有良好的抗層狀撕裂性能。17crmn2sivn含s量大于0.005%，要采取預(yù)熱和降低氫含

7、量的措施。4.2 熱影響區(qū)的脆化： （1）過熱區(qū)脆化：過熱區(qū)是指熱影響區(qū)中熔合線附近母材被加熱到1100攝氏度以上的區(qū)域。由于該區(qū)溫度高，奧氏體晶粒顯著長大和一些難熔化質(zhì)點(diǎn)而導(dǎo)致了性能的改變。 a.熱軋鋼過熱區(qū)的脆化問題 熱軋鋼焊接時(shí)，淬硬脆化傾向很小。能導(dǎo)致熱軋鋼過熱區(qū)脆化的原因是：焊接熱輸入過高，使該區(qū)的奧氏體晶粒嚴(yán)重長大，冷卻后形成魏氏體組織及提起塑性低的混合組織，從而使過熱區(qū)脆化。因此，焊接時(shí)，采用適當(dāng)?shù)偷臒彷斎牍に嚨却胧﹣矸乐勾嗷?b. 正火剛過熱區(qū)的脆化問題 對于mn-v，mn-nb系的正火剛，除固溶強(qiáng)化外，還有沉淀強(qiáng)化（含ti,v,n等沉淀強(qiáng)化元素），必須通過正火才能細(xì)化晶粒以

8、及使沉淀相得以充分析出，并彌散均勻分布于基體內(nèi)。如果在過熱區(qū)停留時(shí)間較長，就會使得原來在正火狀態(tài)下彌散分布的vc或nc溶解到奧氏體中，于是削弱了它們抑制奧氏體晶粒長大的作用。在冷卻過程中，v的擴(kuò)散能力很低，來不及析出而固溶在鐵素體內(nèi)，導(dǎo)致脆化。所以用小熱輸入焊接時(shí)避免這類正火剛過熱區(qū)脆化的有效措施。（2）熱應(yīng)變脆化：是指在200ac1攝氏度溫度范圍內(nèi)，受較大的塑性變形（5%10%）之后，出現(xiàn)斷裂韌性明顯下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯升高的現(xiàn)象。在焊接情況下，焊接區(qū)的熱應(yīng)變脆化是由焊接時(shí)的熱循環(huán)和熱應(yīng)變引起的。消除熱應(yīng)變脆化的有效措施是焊后退火處理，經(jīng)600攝氏度消除應(yīng)力退火后，材料的韌性基本恢復(fù)到原來

9、的水平。5、17crmn2sivn焊材搭配根據(jù)合金鋼強(qiáng)度的分類可知，17crmn2sivn是屬于熱軋及正火鋼。最常見的焊接方式有焊條電弧焊，埋弧焊以及熔化極氣體保護(hù)焊。這里選用焊條電弧焊。 焊接熱軋及正火鋼時(shí)，焊接材料選擇主要的依據(jù)是焊縫金屬的強(qiáng)度，塑性和沖擊韌性等力學(xué)性能與母材一致，不必考慮焊縫金屬的化學(xué)成分與母材一致。 焊條的參數(shù)如下：熔敷金屬化學(xué)成分（%）cmnsips0.12 0.500.900.900.0400.035熔敷金屬力學(xué)性能s(mpa)5(%)akv1(j)49040022注意事項(xiàng)：1. 焊接前焊條須經(jīng)350-400烘焙1h，放在100-150保溫箱內(nèi)，隨用隨取。2. 焊前清除焊件鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)。3. 焊接時(shí)采用短弧，以窄道焊為宜。4. 焊件在焊前經(jīng)200-300預(yù)熱并在焊后500左右回火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。計(jì)算焊縫化學(xué)成分（%）根據(jù)公式：w(焊縫金屬）=d(熔合比）*w(母材金屬）+(1-d）*w（焊接材料）計(jì)算化學(xué)成分（%），熔合比d=0.3csimnspncrv0.1380.7920.827-1.1070.0210.0340.0480.0250.0546、材料的焊接工藝的特點(diǎn) 通過對前面焊接性分析可知，17crmn2sivn有很大的冷脆傾向（碳當(dāng)量為0.64%0.5%），對熱裂紋（hcs=