hA焊及其熱影響區(qū)的組織和性能

1、12第一節(jié)第一節(jié) 焊接及其冶金特點焊接及其冶金特點3焊接：焊接：通過加熱或加壓，或者兩者并用，用或不用通過加熱或加壓，或者兩者并用，用或不用填充材料，使兩個分離的工件填充材料，使兩個分離的工件(同種或異種金屬或非同種或異種金屬或非金屬，也可以是金屬與非金屬金屬，也可以是金屬與非金屬)產(chǎn)生原子產(chǎn)生原子(分子分子)間結(jié)間結(jié)合而形成永久性連接的工藝工程。合而形成永久性連接的工藝工程。物理本質(zhì)：物理本質(zhì)：獨立工件實現(xiàn)原子獨立工件實現(xiàn)原子(分子分子)間結(jié)合，對金間結(jié)合，對金屬材料實現(xiàn)金屬鍵的結(jié)合。屬材料實現(xiàn)金屬鍵的結(jié)合。從金屬學的觀點來看：從金屬學的觀點來看：兩個被焊金屬連接件處與焊兩個被焊金屬連接件處

2、與焊縫金屬形成共同晶粒?？p金屬形成共同晶粒。4焊接方法依據(jù)焊接方法依據(jù)工藝特點工藝特點分為：熔焊、壓焊和釬焊。分為：熔焊、壓焊和釬焊。熔焊熔焊(fusion welding)：局部加熱使連接處達熔化狀態(tài)，：局部加熱使連接處達熔化狀態(tài)，冷卻結(jié)晶形成晶粒。冷卻結(jié)晶形成晶粒。壓焊：壓焊：加壓、摩擦、擴散等物理作用克服表面的不平加壓、摩擦、擴散等物理作用克服表面的不平度，擠出氧化膜等污物，在固態(tài)條件下實現(xiàn)連接。度，擠出氧化膜等污物，在固態(tài)條件下實現(xiàn)連接。釬焊：釬焊：用熔點低于母材的金屬材料做釬料，加熱溫度用熔點低于母材的金屬材料做釬料，加熱溫度僅是釬料熔化而母材并不熔化。是釬料與母材的粘合。僅是釬料熔

3、化而母材并不熔化。是釬料與母材的粘合。硬釬焊硬釬焊(熔點高于熔點高于450)和和軟釬焊軟釬焊(熔點低于熔點低于450)之分。之分。除加熱溫度較高的除加熱溫度較高的擴散焊擴散焊之外，無需保護措施。之外，無需保護措施。5熔焊焊接接頭的形成及其冶金過程熔焊焊接接頭的形成經(jīng)歷加熱、熔化、冶金反應、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變直至形成焊接接頭。亦可歸納為焊接熱過程、焊接化學冶金過程和焊接物理冶金過程三個相互交錯進行且彼此聯(lián)系的局部過程。見圖7-2(p137)焊接熱過程：整個焊接過程自始至終都是在焊接熱作用過程發(fā)生和發(fā)展的。焊接化學冶金過程：液態(tài)金屬、熔渣及氣相之間進行一系列化學冶金反應，如金屬的氧化、還原、脫磷、

4、脫硫、合金化等。這些反應可以直接影響焊縫金屬、組織和性能。 6熔焊焊接接頭的形成及其冶金過程近年在化學冶金方面的研究重點：1 控制焊縫金屬中夾雜物的種類、直徑大小，作為形核質(zhì)點細化焊縫金屬晶粒，提高焊縫的強度與韌性；2 向焊縫中加入微量合金元素(如ti、mo、nb、v、zr、b和re等) 進行變質(zhì)處理；3 適當降低焊縫的含碳量，最大限度的排出焊縫中s、p、o、n、h 等雜質(zhì)，提高焊縫的韌性。4 計算機模擬 如對焊縫的化學成分和力學性能進行優(yōu)化設計，建立數(shù)學模型。 7焊接物理冶金過程：焊接熱源作用焊材及母材局部熔化熱源移走金屬凝固結(jié)晶(原子近程有序遠程有序) 溫度降低，同素異構(gòu)金屬固態(tài)相變熱影響

5、區(qū)(heat affected zone, haz)：焊接過程中，焊縫周圍未熔化的母材在加熱和冷卻過程中，發(fā)生顯微組織和力學性能變化的區(qū)域。該區(qū)主要發(fā)生物理冶金過程。焊接接頭由焊縫(weld metal)、熱影響區(qū)(haz)、熔合區(qū)(fusion zone)和母材(base metal)組成。熔焊焊接接頭的形成及其冶金過程8保證焊接接頭的措施：1 選擇合適的母材；2選擇合適的焊材；3 控制焊接熱過程，保證焊縫金屬達到成分和組織要求及焊接接頭的力學性能；4控制haz的組織轉(zhuǎn)變，使接頭滿足設計和使用要求；5 控制使焊接接頭性能下降且在局部加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的成分偏析、夾雜、氣孔、裂紋、催化等缺陷

6、。熔焊焊接接頭的形成及其冶金過程9焊接溫度場見“第二章凝固的溫度場”“第三節(jié)第三節(jié) 熔焊過程溫度熔焊過程溫度場場”10第二節(jié)第二節(jié) 焊縫金屬的組織與性能焊縫金屬的組織與性能11一一 焊接熔池的結(jié)晶焊接熔池的結(jié)晶 見見“第五章第五章 鑄件鑄件凝固組織及其控制凝固組織及其控制”“”“第五節(jié)第五節(jié) 焊接熔焊接熔池凝固及控制池凝固及控制”二二 焊縫金屬的組織焊縫金屬的組織 焊縫金屬在連續(xù)冷卻過程中發(fā)生固態(tài)相焊縫金屬在連續(xù)冷卻過程中發(fā)生固態(tài)相變的類型取決于化學成分及冷卻條件。變的類型取決于化學成分及冷卻條件。 對碳鋼和低合金鋼焊縫，對碳鋼和低合金鋼焊縫，高溫奧氏體在高溫奧氏體在不同溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體、

7、珠光體、不同溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體、珠光體、貝氏體及馬氏體。貝氏體及馬氏體。12低碳鋼焊縫的室溫組織因含碳量較低，沿a晶界析出f，然后發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：ap(f+fe3c)焊縫過熱時，可能出現(xiàn)魏氏組織，其特征是f在原a晶界呈網(wǎng)狀或沿原a晶粒內(nèi)部一定方向析出，具有長短不一的針狀或片狀，亦可直接插入p晶粒之中。焊縫金屬是一種多相組織，是晶界f、側(cè)板條f和p混合組織的總稱。131 鐵素體(ferrite)低合金鋼焊縫中f大體分為以下四類：(1) 先共析f (proeutectoid ferrite,pf)，亦稱晶界或粒界f(grain boundary ferrite, gbf)，塊狀f-焊縫冷卻到較低高

8、溫區(qū)間(770680)、沿a晶界首先析出的f。多以長條形沿晶界擴展，也以多邊形狀，互相連接沿晶分布。 是低屈服強度的脆弱相，使焊縫金屬韌性下降。低合金鋼焊縫的室溫組織14(2)側(cè)板條f (ferrite side plate,fsp)，亦稱無碳貝氏體(carbon free binete, cfb) -焊縫冷卻到較低高溫區(qū)間(700550)、比pf形成溫度稍低的f。多在晶界f的側(cè)面以板條狀向晶內(nèi)生長，多呈鎬牙狀。有人認為其屬魏氏組織，也有人由于其轉(zhuǎn)變溫度偏低稱為無碳貝氏體。由于其位錯密度比pf稍高，使焊縫金屬韌性顯著下降。低合金鋼焊縫的室溫組織15(3)針狀f (acicular ferrit

9、e,af) -焊縫冷卻到更低500左右、在中等冷速下得到的f。在原a晶內(nèi)以針狀分布，寬度約為2m,長寬比在3：15：1范圍內(nèi)常以彌散氧化物和氮化物夾雜物為形核質(zhì)點并放射性成長。由于其位錯密度更高，可以顯著改善焊縫的韌性，是提高焊縫金屬韌性的理想組織。低合金鋼焊縫的室溫組織16(4)細晶f (fine grain ferrite,fgf) ，又稱貝氏體f (binetic ferrite)-焊縫冷卻到500以下、有細化晶粒的ti、b等元素存在、在原a晶內(nèi)得到的f。如果在更低溫度下轉(zhuǎn)變(約450 )，可轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w。以上四種組織亦可在低碳鋼焊縫中出現(xiàn)，只是所含比例不同而已。低合金鋼焊縫的室溫組織

10、172 珠光體(pearite)在接近平衡狀態(tài)(如熱處理時的連續(xù)冷卻)低合金鋼中出現(xiàn)的組織，其轉(zhuǎn)變溫度大約在ar1550之間出現(xiàn)。依細密程度可分為層狀p、粒狀p及細p。在焊接非平衡條件下，原子擴散減緩，p來不及轉(zhuǎn)變，擴大了f和b的區(qū)域。當焊縫中有細化元素ti、b時，p可被完全抑制。低合金鋼固態(tài)相變時很少得到p。p會增加焊縫金屬強度，但其韌性往往下降。低合金鋼焊縫的室溫組織183 貝氏體(bainite)屬中溫轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變溫度大約在550 ms。依形成溫度區(qū)間及其特性可為上貝氏體(upper b)和下貝氏體(lower b)。上貝氏體的特征 光鏡下呈羽毛狀，多沿a晶界析出。電鏡下相鄰條狀晶的位相接

11、近于平行，且在平行的條狀f間分布有fe3c。其韌性較差。下貝氏體的特征 光鏡下與回火片狀m相似。電鏡下呈許多針狀f和針狀fe3c的機械混合物。轉(zhuǎn)變溫度大約在450 ms。下貝氏體具有強度和韌性均良好的綜合性能。低合金鋼焊縫的室溫組織194 馬氏體(martensite)焊縫金屬含碳量較高或合金元素較多時，在快速冷卻條件下，a過冷到ms溫度以下發(fā)生該相的轉(zhuǎn)變。依含碳量不同可為板條狀m和片狀m。(1)板條狀m，又稱位錯型m，低碳m 常出現(xiàn)在低碳低合金鋼焊縫金屬中。其特征 在a晶粒內(nèi)部平行生長成群的細條狀m板條。因含碳量較低，具有較高強度和良好韌性，抗裂紋能力強，綜合性能好。(2)片狀m，又稱孿晶m

12、，高碳m 焊縫金屬中wc0.4%時出現(xiàn)。該種相硬度高而脆，容易產(chǎn)生焊接冷裂紋，在焊縫中要避免。低合金鋼焊縫的室溫組織20wm-cct圖焊接工作者為了專門預測低合金鋼焊縫制定的低合金鋼焊縫金屬連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖，即wm-cct(weld metal continuous cooling transformation)圖。其分析原理及應用與熱處理cct相同。依此圖(與成分有關(guān))和焊接條件(決定冷卻曲線)，可以推斷焊縫金屬的組織與性能；反之，由焊縫的性能要求可以確定其組織組成，選擇母材與焊接材料，制定焊接參數(shù)。wm-cct圖21三 焊縫金屬性能的控制1 焊縫合金化與變質(zhì)處理 合金化的目的是保證焊縫金

13、屬的焊態(tài)強度與韌性。常采用固溶強化(mn、si等元素)、細晶強化(ti、nb、v等元素)、彌散強化(ti、v、mo等元素)、相變強化等措施。在焊接熔池中加入ti、b、zr、re等元素起變質(zhì)作用，有效細化焊縫組織，提高韌性。2工藝措施 除上述冶金措施外，還可以通過調(diào)整焊接參數(shù)的方法提高焊縫性能，如采取振動結(jié)晶、焊后熱處理等措施。22第三節(jié)第三節(jié) 焊縫金屬的組織與性能焊縫金屬的組織與性能23http:/ 現(xiàn)在，又開發(fā)了一種可更換式主軸系統(tǒng)，具有一機兩用的功效，用戶根據(jù)不同的加工對象選擇使用，即電主軸和鏜桿可相互更換使用。這種結(jié)構(gòu)兼顧了兩種結(jié)構(gòu)的不足，還大大降低了成本。是當今臥式鏜銑床的一大創(chuàng)舉。電

14、主軸的優(yōu)點在于高速切削和快速進給，大大提高了機床的精度和效率。 臥式鏜銑床運行速度越來越高，快速移動速度達到2530m/min，鏜桿最高轉(zhuǎn)速6000r/min。而臥式加工中心的速度更高，快速移動高達50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.0080.01mm，重復定位精度0.0040.005mm。 落地式銑鏜床銑刀 由于落地式銑鏜床以加工大型零件為主，銑削工藝范圍廣，尤其是大功率、強力切削是落地銑鏜床的一大加工優(yōu)勢，這也是落地銑鏜床的傳統(tǒng)工藝概念。而當代落地銑鏜床的技術(shù)發(fā)展，正在改變傳統(tǒng)的工藝概念與加工方法，高速加工的工藝概念正在替代傳統(tǒng)的重切削概念，以高速、高精、高效帶來加工工藝方法的改

15、變，從而也促進了落地式銑鏜床結(jié)構(gòu)性改變和技術(shù)水平的提高。 當今，落地式銑鏜床發(fā)展的最大特點是向高速銑削發(fā)展，均為滑枕式(無鏜軸)結(jié)構(gòu)，并配備各種不同工藝性能的銑頭附件。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是滑枕的截面大，剛性好，行程長，移動速度快，便于安裝各種功能附件，主要是高速鏜、銑頭、兩坐標雙擺角銑頭等，將落地銑鏜床的工藝性能及加工范圍達到極致，大大提高了加工速度與效率。 傳統(tǒng)的銑削是通過鏜桿進行加工，而現(xiàn)代銑削加工，多由各種功能附件通過滑枕完成，已有替代傳統(tǒng)加工的趨勢，其優(yōu)點不僅是銑削的速度、效率高，更主要是可進行多面體和曲面的加工，這是傳統(tǒng)加工方法無法完成的。因此，現(xiàn)在，很多廠家都競相開發(fā)生產(chǎn)滑枕式(無鏜軸)高速加工中心，在于它的經(jīng)濟性，技術(shù)優(yōu)勢很明顯，還能大大提高機床的工藝水平和工藝范圍。同時，又提高了加工精度和加工效率。當然，需要各種不同型式的高精密銑頭附件作技術(shù)保障，對其要求也很高。 高速銑削給落地式