合肥工業(yè)大學(xué) 考研 材料成型基本原理課件10

1、合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作熔焊時(shí)在高溫?zé)嵩醋饔孟?，靠近焊縫兩熔焊時(shí)在高溫?zé)嵩醋饔孟?，靠近焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱為域稱為“焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)” 。 圖圖10-1 焊接接頭示意圖焊接接頭示意圖 1-焊縫；焊縫；2-熔合區(qū)；熔合區(qū)；3-熱影響區(qū)；熱影響區(qū)；4-母材母材合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本

2、原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第一節(jié)第一節(jié) 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)第二節(jié)第二節(jié) 焊接熱循環(huán)下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接熱循環(huán)下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié) 焊接熱影響區(qū)的組織與性能焊接熱影響區(qū)的組織與性能合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第一節(jié)第一節(jié) 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)一、研究焊接熱循環(huán)的意義一、研究焊接熱循環(huán)的意義二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征三、焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算三、焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料

3、成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作一、研究焊接熱循環(huán)的意義一、研究焊接熱循環(huán)的意義 在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化過(guò)程在焊接熱源的作用下，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化過(guò)程稱為稱為焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)。 焊接熱循環(huán)反映了熱源對(duì)焊件金屬的熱作用。焊接熱循環(huán)反映了熱源對(duì)焊件金屬的熱作用。焊件上距熱源焊件上距熱源遠(yuǎn)近不同的位置，所受到熱循環(huán)的加熱參數(shù)不同遠(yuǎn)近不同的位置，所受到熱循環(huán)的加熱參數(shù)不同，從而會(huì)發(fā)生不，從而會(huì)發(fā)生不同的組織與性能變化。同的組織與性能變化。 研究焊接熱循環(huán)的意義為：研究焊接熱循環(huán)的意義為： 找出最佳的焊接熱循環(huán)；找出最佳的焊接熱循環(huán)；

4、 用工藝手段改善焊接熱循環(huán)；用工藝手段改善焊接熱循環(huán)； 預(yù)測(cè)焊接應(yīng)力分布及改善熱影響區(qū)組織與性能。預(yù)測(cè)焊接應(yīng)力分布及改善熱影響區(qū)組織與性能。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征二、焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征 加熱速度加熱速度H 最高加熱溫度最高加熱溫度m 相變溫度以上相變溫度以上 的停留時(shí)間的停留時(shí)間tH 晶粒晶粒大小大小相變相變組織組織 冷卻速度冷卻速度c (或冷卻時(shí)間或冷卻時(shí)間t8 / 5)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基

5、本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作三、焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算三、焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算 主要介紹焊接熱源高速運(yùn)動(dòng)時(shí)厚板和薄板的熱循環(huán)主要介紹焊接熱源高速運(yùn)動(dòng)時(shí)厚板和薄板的熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算（推導(dǎo)過(guò)程略）：參數(shù)的計(jì)算（推導(dǎo)過(guò)程略）： 峰值溫度峰值溫度mm的計(jì)算的計(jì)算 相變溫度以上的停留時(shí)間相變溫度以上的停留時(shí)間t tH H 的計(jì)算的計(jì)算 冷卻速度冷卻速度C C和冷卻時(shí)間的計(jì)算和冷卻時(shí)間的計(jì)算 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作20mRcE234.0TTycE242. 0TT0m點(diǎn)

6、熱源（厚板）點(diǎn)熱源（厚板） 線熱源（薄板）線熱源（薄板） 由兩式可以看出，當(dāng)焊接線能量由兩式可以看出，當(dāng)焊接線能量E（ 單位長(zhǎng)度上的焊接熱單位長(zhǎng)度上的焊接熱輸入量，輸入量，E = IU/v ) 一定，焊件上某點(diǎn)離開(kāi)熱源軸心一定，焊件上某點(diǎn)離開(kāi)熱源軸心距離越距離越遠(yuǎn)，最高溫度遠(yuǎn)，最高溫度m越低越低；而對(duì)焊件上某一定點(diǎn)，隨著；而對(duì)焊件上某一定點(diǎn)，隨著線能量線能量E 的提高，其的提高，其m增高增高，焊接熱影響區(qū)的寬度增大。峰值溫，焊接熱影響區(qū)的寬度增大。峰值溫度的高低還受預(yù)熱溫度與焊件熱物理性質(zhì)的影響。度的高低還受預(yù)熱溫度與焊件熱物理性質(zhì)的影響。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五

7、”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作 由公式可以看出，在其它條件不變的情況下，由公式可以看出，在其它條件不變的情況下，提高線能提高線能量量 E，高溫停留時(shí)間，高溫停留時(shí)間 tH 延長(zhǎng)延長(zhǎng)，也就是說(shuō)發(fā)生粗晶脆化的可，也就是說(shuō)發(fā)生粗晶脆化的可能性增大。提高初始溫度能性增大。提高初始溫度 T0（預(yù)熱溫度），也會(huì)在一定程（預(yù)熱溫度），也會(huì)在一定程度上延長(zhǎng)高溫停留時(shí)間度上延長(zhǎng)高溫停留時(shí)間 tH。)TT(2Et0HH20H2)TT(c2)E(tH點(diǎn)熱源（厚板）點(diǎn)熱源（厚板） 線熱源（薄板）線熱源（薄板） 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”

8、國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作冷卻速度：冷卻速度： 厚板厚板 薄板薄板冷卻時(shí)間：冷卻時(shí)間： 厚板厚板 薄板薄板E)TT(220CC230)E()TT(c2CC0058T8001T50012Et2020258T8001T5001c4)E(t冷卻速度冷卻速度c隨著線能量隨著線能量E和初始溫度和初始溫度T0的提高而降低的提高而降低，冷卻時(shí)間隨著線能，冷卻時(shí)間隨著線能量量E和初始溫度和初始溫度T0的提高而延長(zhǎng)。母材的熱物理性質(zhì)、焊件的形狀、尺寸、的提高而延長(zhǎng)。母材的熱物理性質(zhì)、焊件的形狀、尺寸、接頭型式、焊道的長(zhǎng)度及層數(shù)都會(huì)影響焊接熱循環(huán)參數(shù)。接頭型式

9、、焊道的長(zhǎng)度及層數(shù)都會(huì)影響焊接熱循環(huán)參數(shù)。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第二節(jié)第二節(jié) 焊接熱循環(huán)條件下的焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 與熱處理?xiàng)l件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理相同，與熱處理?xiàng)l件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理相同，又具有與熱處理不同的特點(diǎn)。又具有與熱處理不同的特點(diǎn)。 焊接過(guò)程的特殊性焊接過(guò)程的特殊性 焊接加熱過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變焊接加熱過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變 焊接時(shí)冷卻過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變焊接時(shí)冷卻過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家

10、級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作一、焊接過(guò)程的特殊性一、焊接過(guò)程的特殊性 五個(gè)特點(diǎn)（以低合金鋼的焊接為例）：五個(gè)特點(diǎn)（以低合金鋼的焊接為例）：加熱溫度高加熱溫度高 在熔合線附近溫度可達(dá)在熔合線附近溫度可達(dá)l350l400加熱速度快加熱速度快 加熱速度比熱處理時(shí)快幾十倍甚至幾百倍加熱速度比熱處理時(shí)快幾十倍甚至幾百倍高溫停留時(shí)間短高溫停留時(shí)間短 在在AC3以上保溫的時(shí)間很短以上保溫的時(shí)間很短 (一般手弧焊為一般手弧焊為420s，埋弧焊時(shí)，埋弧焊時(shí)30l00s) 在自然條件下連續(xù)冷卻在自然條件下連續(xù)冷卻（有時(shí)進(jìn)行焊后保溫緩冷）（有時(shí)進(jìn)行焊后保溫緩冷）有熱應(yīng)

11、力作用狀態(tài)下進(jìn)行的組織轉(zhuǎn)變有熱應(yīng)力作用狀態(tài)下進(jìn)行的組織轉(zhuǎn)變。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作二、鋼焊接加熱過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變二、鋼焊接加熱過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變焊接過(guò)程的快速加熱焊接過(guò)程的快速加熱將使各種金屬的相變將使各種金屬的相變溫度比起等溫轉(zhuǎn)變時(shí)溫度比起等溫轉(zhuǎn)變時(shí)大有提高。當(dāng)鋼中含大有提高。當(dāng)鋼中含有較多的碳化物形成有較多的碳化物形成元素元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等等)時(shí)，這時(shí)，這一影響更為明顯。一影響更為明顯。l 這是因?yàn)樘蓟镄芜@是因?yàn)樘蓟镄纬稍氐臄U(kuò)散速度很成元素的擴(kuò)散速度很小小(

12、比碳小比碳小100010000倍倍)，同時(shí)它們，同時(shí)它們本身還阻礙碳的擴(kuò)散，本身還阻礙碳的擴(kuò)散，因而大大地減慢了奧因而大大地減慢了奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程。氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作 圖圖10-4 焊接快速加熱對(duì)焊接快速加熱對(duì)Ac1、Ac3和晶粒長(zhǎng)大的影響（和晶粒長(zhǎng)大的影響（CCT圖）圖）d晶粒的平均直徑；晶粒的平均直徑；A奧氏體；奧氏體；P珠光體；珠光體；F鐵素體；鐵素體；K碳化物碳化物4540Cr40CrH ： 11400/s；2270/s； 335/s； 47.5/s)H

13、：11600/s；2300/s； 442/s； 57.2/s合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作鋼種鋼種相變點(diǎn)相變點(diǎn)平衡態(tài)平衡態(tài)加熱速度加熱速度H H/ /（SS-1-1）AC1與與AC3的溫差的溫差/684050250300 14001700 4050 250300 1400170045鋼鋼AC17307707757908404560110AC3770820835860950659018040CrAC17407357507708401535105AC3780775800850940257516

14、523MnAC1735750770785830355095AC3830810850890940408013030CrMnSiAC17407407758259203585180AC38207908358909804510019018Cr2WVAC1710800860930100060130200AC38108609301020112070160260表表10-1 加熱速度對(duì)相變點(diǎn)加熱速度對(duì)相變點(diǎn)Ac1和和Ac3及其溫差的影響及其溫差的影響合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作三、焊接冷卻過(guò)程中的組織

15、轉(zhuǎn)變?nèi)?、焊接冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變 焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變不僅與等溫轉(zhuǎn)變不同，不僅與等溫轉(zhuǎn)變不同，也與熱處理?xiàng)l件下的連也與熱處理?xiàng)l件下的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變不同續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變不同 。隨冷卻速度增大，平衡隨冷卻速度增大，平衡狀態(tài)圖上各相變點(diǎn)和溫狀態(tài)圖上各相變點(diǎn)和溫度線均發(fā)生偏移。度線均發(fā)生偏移。共析成分成為一個(gè)成分范圍共析成分成為一個(gè)成分范圍 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作通過(guò)進(jìn)行焊接熱模擬試驗(yàn)，研究各種材料熱影響區(qū)的組織通過(guò)進(jìn)行焊接熱模擬試驗(yàn)，研究各種材料熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變，建

16、立轉(zhuǎn)變，建立“模擬焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖模擬焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖SH-CCT” 技術(shù)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以比較方便地預(yù)測(cè)焊接熱影技術(shù)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以比較方便地預(yù)測(cè)焊接熱影響區(qū)的組織和性能，同時(shí)也能作為選擇焊接線能量、預(yù)熱響區(qū)的組織和性能，同時(shí)也能作為選擇焊接線能量、預(yù)熱溫度和制定焊接工藝的依據(jù)。有關(guān)典型鋼種的溫度和制定焊接工藝的依據(jù)。有關(guān)典型鋼種的CCT圖及組圖及組織的變化可參閱有關(guān)焊接手冊(cè)?？椀淖兓蓞㈤営嘘P(guān)焊接手冊(cè)。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作第三節(jié)第三節(jié) 焊接熱影響

17、區(qū)的焊接熱影響區(qū)的 組織與性能組織與性能 焊接熱影響區(qū)的組織分布焊接熱影響區(qū)的組織分布 焊接熱影響區(qū)的性能焊接熱影響區(qū)的性能合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作一、焊接熱影響區(qū)的組織分布一、焊接熱影響區(qū)的組織分布 接頭不同部位，經(jīng)歷的接頭不同部位，經(jīng)歷的焊接熱循環(huán)不同，便有不焊接熱循環(huán)不同，便有不同的組織特點(diǎn)。按照熱循同的組織特點(diǎn)。按照熱循環(huán)過(guò)程特點(diǎn)，將接頭進(jìn)行環(huán)過(guò)程特點(diǎn)，將接頭進(jìn)行分區(qū)研究。分區(qū)研究。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形

18、基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布熔合區(qū)熔合區(qū)： 又稱半熔化區(qū)，是焊縫與母又稱半熔化區(qū)，是焊縫與母材的交界區(qū)。材的交界區(qū)。加熱溫度加熱溫度：14901530（固、（固、液相線之間）液相線之間）組織組織：（未熔化但因過(guò)熱而長(zhǎng)：（未熔化但因過(guò)熱而長(zhǎng)大的）粗晶組織和（部分新凝固大的）粗晶組織和（部分新凝固的）鑄態(tài)組織。的）鑄態(tài)組織。特點(diǎn)特點(diǎn)：該區(qū)很窄，組織不均勻，：該區(qū)很窄，組織不均勻，強(qiáng)度下降，塑性很差，是裂紋及強(qiáng)度下降，塑性很差，是裂紋及局部脆斷的發(fā)源地。局部脆斷的發(fā)源地。過(guò)熱區(qū)過(guò)熱區(qū)：緊靠熔合區(qū)緊靠熔合區(qū)加熱溫度加熱溫度：

19、 11001490（1100固相線）固相線）組織組織： 粗大的過(guò)熱組織。粗大的過(guò)熱組織。特點(diǎn)特點(diǎn)： 寬度為寬度為13mm，塑性和韌性，塑性和韌性下降。下降。相變重結(jié)晶區(qū)相變重結(jié)晶區(qū)( (正火區(qū)正火區(qū)) )： 緊靠著過(guò)熱區(qū)緊靠著過(guò)熱區(qū)加熱溫度加熱溫度： 8501100 （AC3至至1100）組織組織： 均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織（近似于正火組織）織（近似于正火組織）特點(diǎn)特點(diǎn)： 寬度約寬度約1.24.0mm，力學(xué)性，力學(xué)性能優(yōu)于母材。能優(yōu)于母材。不完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)：加熱溫度加熱溫度： AC1AC3之間之間組織組織： F+P (F粗、細(xì)不均粗、細(xì)不均)特點(diǎn)特點(diǎn)：

20、 部分組織發(fā)生相變，部分組織發(fā)生相變， 晶粒不均勻，晶粒不均勻， 力學(xué)性能差。力學(xué)性能差。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作焊接熱影響區(qū)的組織分布特征焊接熱影響區(qū)的組織分布特征1-熔合區(qū)；熔合區(qū)；2-過(guò)熱區(qū)；過(guò)熱區(qū)；3-相變重結(jié)晶區(qū)；相變重結(jié)晶區(qū)；4-不完全重結(jié)晶區(qū)；不完全重結(jié)晶區(qū)；5-母材；母材；6-完全淬火區(qū)；完全淬火區(qū)；7-不完全淬火區(qū)；不完全淬火區(qū)；8-回火軟化區(qū)回火軟化區(qū)不易不易淬火鋼淬火鋼 易淬易淬 火鋼火鋼合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料

21、成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作1、 完全淬火區(qū)完全淬火區(qū)焊接時(shí)處于焊接時(shí)處于Ac3以上的區(qū)域，與不易淬火鋼的過(guò)熱區(qū)、以上的區(qū)域，與不易淬火鋼的過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)對(duì)應(yīng)。加熱時(shí)鐵素體、珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，正火區(qū)對(duì)應(yīng)。加熱時(shí)鐵素體、珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻時(shí)很容易得到淬火組織。在緊靠焊縫相當(dāng)于低碳鋼冷卻時(shí)很容易得到淬火組織。在緊靠焊縫相當(dāng)于低碳鋼過(guò)熱區(qū)的部位，得到粗大的馬氏體，而相當(dāng)于正火區(qū)的過(guò)熱區(qū)的部位，得到粗大的馬氏體，而相當(dāng)于正火區(qū)的部位則得到細(xì)小的馬氏體。當(dāng)焊件母材的淬硬性不是太部位則得到細(xì)小的馬氏體。當(dāng)焊件母材的淬硬性不是太高時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)貝氏體、索氏體等

22、正火組織與馬氏體共高時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)貝氏體、索氏體等正火組織與馬氏體共存的混合組織。存的混合組織。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作2、 不完全淬火區(qū)不完全淬火區(qū) 母材被加熱到母材被加熱到Ac1Ac3溫度之間的熱影響區(qū)，相當(dāng)于溫度之間的熱影響區(qū)，相當(dāng)于不易淬火鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)。在快速加熱條件下，鐵素不易淬火鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)。在快速加熱條件下，鐵素體很少溶入奧氏體，而珠光體、貝氏體、索氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)轶w很少溶入奧氏體，而珠光體、貝氏體、索氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后快冷時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體

23、奧氏體。在隨后快冷時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體保持不變，并有不同程度的長(zhǎng)大，最后形成馬氏體加鐵素保持不變，并有不同程度的長(zhǎng)大，最后形成馬氏體加鐵素體的混合組織。如含碳量和合金元素含量不高或冷卻速度體的混合組織。如含碳量和合金元素含量不高或冷卻速度較小時(shí)，奧氏體也可能轉(zhuǎn)變成索氏體或珠光體。較小時(shí)，奧氏體也可能轉(zhuǎn)變成索氏體或珠光體。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作3、回火軟化區(qū)、回火軟化區(qū)如母材焊前是如母材焊前是調(diào)質(zhì)狀態(tài)調(diào)質(zhì)狀態(tài)，焊接熱影響區(qū)的組織分布除存在，焊接熱影響區(qū)的組織分布除存在完全

24、淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)外，還存在一個(gè)完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)外，還存在一個(gè)回火軟化區(qū)回火軟化區(qū)。在回火區(qū)內(nèi)組織和性能發(fā)生變化的程度決定于在回火區(qū)內(nèi)組織和性能發(fā)生變化的程度決定于焊前調(diào)質(zhì)的焊前調(diào)質(zhì)的回火溫度回火溫度t ：熱循環(huán)溫度低于：熱循環(huán)溫度低于t 的部位，其組織性能不的部位，其組織性能不發(fā)生變化，而發(fā)生變化，而高于高于t 的部位，將發(fā)生軟化現(xiàn)象的部位，將發(fā)生軟化現(xiàn)象；若若焊前為淬火態(tài)焊前為淬火態(tài)，則，則可獲得不同的回火組織可獲得不同的回火組織。緊靠。緊靠Ac1的的部位，相當(dāng)于瞬時(shí)高溫回火，得到回火索氏體；離焊縫較部位，相當(dāng)于瞬時(shí)高溫回火，得到回火索氏體；離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域，獲得回火馬氏體。遠(yuǎn)的

25、區(qū)域，獲得回火馬氏體。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作二、二、 焊接熱影響區(qū)的性能焊接熱影響區(qū)的性能 焊縫可以通過(guò)化學(xué)成分的調(diào)整再配合適當(dāng)?shù)暮附庸に嚭缚p可以通過(guò)化學(xué)成分的調(diào)整再配合適當(dāng)?shù)暮附庸に噥?lái)保證性能的要求，而熱影響區(qū)性能惡化只能通過(guò)控制焊來(lái)保證性能的要求，而熱影響區(qū)性能惡化只能通過(guò)控制焊接熱循環(huán)作用來(lái)改善。接熱循環(huán)作用來(lái)改善。焊接熱影響區(qū)的硬化焊接熱影響區(qū)的硬化焊接熱影響區(qū)的脆化焊接熱影響區(qū)的脆化焊接熱影響區(qū)的軟化焊接熱影響區(qū)的軟化焊接熱影響區(qū)的性能控制焊接熱影響區(qū)的性能控制合肥工業(yè)大

26、學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作1、焊接熱影響區(qū)的硬化、焊接熱影響區(qū)的硬化 HAZ的硬度的硬度 高低取決于高低取決于母材的淬硬傾向（內(nèi)因）母材的淬硬傾向（內(nèi)因）HAZ的冷卻速度（外因）的冷卻速度（外因）化學(xué)成分化學(xué)成分焊接規(guī)范焊接規(guī)范焊接熱影響區(qū)的焊接熱影響區(qū)的最高硬度最高硬度Hmax： Hmax（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 8 / 5合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作材

27、料淬硬傾向的評(píng)價(jià)指標(biāo)材料淬硬傾向的評(píng)價(jià)指標(biāo) 碳當(dāng)量碳當(dāng)量鋼中含碳量顯著影響奧氏體的穩(wěn)定性，對(duì)淬硬傾向影響最大。鋼中含碳量顯著影響奧氏體的穩(wěn)定性，對(duì)淬硬傾向影響最大。含碳量越高，越容易得到馬氏體組織，且馬氏體的硬度隨含含碳量越高，越容易得到馬氏體組織，且馬氏體的硬度隨含碳量的增高而增大。碳量的增高而增大。合金元素的影響與其所處的形態(tài)有關(guān)。溶于奧氏體時(shí)提高淬合金元素的影響與其所處的形態(tài)有關(guān)。溶于奧氏體時(shí)提高淬硬性硬性(和淬透性和淬透性)；而形成不溶碳化物、氮化物時(shí)，則可成；而形成不溶碳化物、氮化物時(shí)，則可成為非馬氏體相變形核的核心，促進(jìn)細(xì)化晶粒，使淬硬性下降。為非馬氏體相變形核的核心，促進(jìn)細(xì)化晶粒

28、，使淬硬性下降。碳當(dāng)量（碳當(dāng)量（Carbon Equivalent）是反映鋼中化學(xué)成分對(duì)）是反映鋼中化學(xué)成分對(duì)硬化程度的影響，它是把鋼中合金元素（包括碳）按其對(duì)淬硬化程度的影響，它是把鋼中合金元素（包括碳）按其對(duì)淬硬（包括冷裂、脆化等）的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量。硬（包括冷裂、脆化等）的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作國(guó)際焊接學(xué)會(huì)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的推薦的CE(IIW)，用于，用于中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼低合金鋼（ b400700MPa）：）：2

29、0世紀(jì)世紀(jì)60年代以后，發(fā)展了年代以后，發(fā)展了低碳微量多合金元素的低低碳微量多合金元素的低合金高強(qiáng)鋼合金高強(qiáng)鋼。日本的伊藤等人采用形坡口對(duì)接裂紋試。日本的伊藤等人采用形坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)對(duì)驗(yàn)對(duì)200多個(gè)低合金鋼進(jìn)行研究，建立了多個(gè)低合金鋼進(jìn)行研究，建立了Pcm公式：公式：5Mo156Mn)(VCrNiCuCIIWCEBVMoNiCrCuMnSiC51015602030Pcm合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū) Hmax 與與 t8/5 的關(guān)系的關(guān)系板厚板厚20mm，成分：，

30、成分：C=0.12%，Mn=1.4%，Si=0.48%，Cu=0.15%合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作2、焊接熱影響區(qū)的脆化、焊接熱影響區(qū)的脆化 粗晶脆化粗晶脆化 組織轉(zhuǎn)變脆化組織轉(zhuǎn)變脆化 析出脆化析出脆化 熱應(yīng)變時(shí)效脆化熱應(yīng)變時(shí)效脆化 氫脆以及石墨脆化氫脆以及石墨脆化 不同材料的焊接熱影響區(qū)及熱影響區(qū)的不同部位都會(huì)不同材料的焊接熱影響區(qū)及熱影響區(qū)的不同部位都會(huì)發(fā)生程度不同的材料脆化。發(fā)生程度不同的材料脆化。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本

31、原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作粗粗 晶晶 脆脆 化化在熱循環(huán)的作用下，熔合線附近和過(guò)熱區(qū)將發(fā)生在熱循環(huán)的作用下，熔合線附近和過(guò)熱區(qū)將發(fā)生晶粒粗化晶粒粗化。粗化程度受鋼種的。粗化程度受鋼種的化學(xué)成分、組織狀化學(xué)成分、組織狀態(tài)、加熱溫度和時(shí)間態(tài)、加熱溫度和時(shí)間的影響。如：的影響。如：鋼中含有碳、鋼中含有碳、氮化物形成元素，就會(huì)阻礙晶界遷移，防止晶粒氮化物形成元素，就會(huì)阻礙晶界遷移，防止晶粒長(zhǎng)大長(zhǎng)大。例如。例如18CrWV鋼，晶粒顯著長(zhǎng)大溫度可達(dá)鋼，晶粒顯著長(zhǎng)大溫度可達(dá)1140之高，而不含碳化物元素的之高，而不含碳化物元素的23Mn和和45號(hào)鋼，超過(guò)號(hào)鋼，超過(guò)1000晶粒就顯

32、著長(zhǎng)大。晶粒就顯著長(zhǎng)大。 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作晶粒粗大嚴(yán)重影響組晶粒粗大嚴(yán)重影響組織的脆性，尤其是低織的脆性，尤其是低溫脆性。一般來(lái)講，溫脆性。一般來(lái)講，晶粒越粗，則脆性轉(zhuǎn)晶粒越粗，則脆性轉(zhuǎn)變溫度越高。變溫度越高。 晶粒直徑晶粒直徑d 對(duì)脆性轉(zhuǎn)變溫度對(duì)脆性轉(zhuǎn)變溫度VTrs的影響的影響21)(dBof合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作組織轉(zhuǎn)變脆化組織轉(zhuǎn)變脆化焊接焊接HAZHAZ中中

33、由于出現(xiàn)脆硬組織而產(chǎn)生的脆化稱之組織由于出現(xiàn)脆硬組織而產(chǎn)生的脆化稱之組織脆化脆化。對(duì)于常用的低碳低合金高強(qiáng)鋼，焊接對(duì)于常用的低碳低合金高強(qiáng)鋼，焊接HAZ的組織脆的組織脆化主要是化主要是M-A組元組元、上貝氏體、粗大的、上貝氏體、粗大的魏氏組織魏氏組織等等所造成。但對(duì)含碳量較高的鋼（一般所造成。但對(duì)含碳量較高的鋼（一般0.2），），則組織脆化主要是則組織脆化主要是高碳馬氏體高碳馬氏體。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作M - A 組元組元M-A組元組元是焊接高強(qiáng)鋼時(shí)在一定冷卻速度下形成的。它是焊

34、接高強(qiáng)鋼時(shí)在一定冷卻速度下形成的。它不僅不僅出現(xiàn)在熱影響區(qū)，也出現(xiàn)在焊縫中出現(xiàn)在熱影響區(qū)，也出現(xiàn)在焊縫中。粗大的奧氏體冷卻過(guò)程中先形成鐵素體，而使殘余奧氏體的粗大的奧氏體冷卻過(guò)程中先形成鐵素體，而使殘余奧氏體的碳濃度增高，隨后這種高碳奧氏體可轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體與殘?zhí)紳舛仍龈?，隨后這種高碳奧氏體可轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體與殘余奧氏體的混合物，即余奧氏體的混合物，即M-A組元。組元。 M-A組元分布在組元分布在粗大鐵素體基底上的組織稱為粗大鐵素體基底上的組織稱為粒狀貝氏體粒狀貝氏體。M-A組元組元只在生成上貝氏體的冷卻條件下才能觀察到，冷只在生成上貝氏體的冷卻條件下才能觀察到，冷速太快和太慢都不能產(chǎn)生速太快

35、和太慢都不能產(chǎn)生M-A組元。組元。 焊縫和焊縫和HAZ有有M-A組元存在時(shí)，會(huì)組元存在時(shí)，會(huì)降低接頭韌性降低接頭韌性。合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作析析 出出 脆脆 化化由于焊接過(guò)程的快速加熱與冷卻，其由于焊接過(guò)程的快速加熱與冷卻，其熱影響區(qū)組織處熱影響區(qū)組織處于非平衡態(tài)于非平衡態(tài)。在。在時(shí)效或回火時(shí)效或回火過(guò)程過(guò)程中，中，其過(guò)飽和固溶體其過(guò)飽和固溶體中將中將析出碳化物析出碳化物、氮化物氮化物、金屬間化合物金屬間化合物及其它亞穩(wěn)及其它亞穩(wěn)定的中間相等，使材料的強(qiáng)度、硬度和脆性提高，這定的中

36、間相等，使材料的強(qiáng)度、硬度和脆性提高，這種現(xiàn)象稱為析出脆化。種現(xiàn)象稱為析出脆化。 析出脆化的機(jī)理目前認(rèn)為是由于析出物出現(xiàn)以后，析出脆化的機(jī)理目前認(rèn)為是由于析出物出現(xiàn)以后，阻阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使塑性變形難以進(jìn)行。若析出物以，使塑性變形難以進(jìn)行。若析出物以彌散彌散的細(xì)顆粒的細(xì)顆粒分布于晶內(nèi)或晶界，將有利于改善韌性。但以分布于晶內(nèi)或晶界，將有利于改善韌性。但以塊狀塊狀或沿晶界以或沿晶界以薄膜狀薄膜狀分布的析出物會(huì)造成材料脆化。分布的析出物會(huì)造成材料脆化。12Gr2MoWVTiB 接頭接頭 在在800800h加熱后，加熱后， HAZ 碳元素分布狀況的面掃描結(jié)果。碳元素分布狀況的面掃描結(jié)果。合

37、肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作熱應(yīng)變時(shí)效脆化熱應(yīng)變時(shí)效脆化在制造過(guò)程中要對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列冷、熱加工，如下料、剪切、在制造過(guò)程中要對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列冷、熱加工，如下料、剪切、彎曲成型、氣割等。若加工引起的局部應(yīng)變、塑性變形的部位在隨彎曲成型、氣割等。若加工引起的局部應(yīng)變、塑性變形的部位在隨后又經(jīng)歷焊接熱循環(huán)作用（處于后又經(jīng)歷焊接熱循環(huán)作用（處于HAZ 內(nèi)）便會(huì)引起材料脆化，稱為內(nèi)）便會(huì)引起材料脆化，稱為熱應(yīng)變時(shí)效脆化。熱應(yīng)變時(shí)效脆化。 HAZ焊縫焊縫封頭封頭產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效脆化的原因產(chǎn)生應(yīng)變

38、時(shí)效脆化的原因, 主要是由于應(yīng)變引起位錯(cuò)增殖，焊接熱循主要是由于應(yīng)變引起位錯(cuò)增殖，焊接熱循環(huán)時(shí)，碳、氮原子析集到這些位錯(cuò)的周?chē)纬伤^環(huán)時(shí)，碳、氮原子析集到這些位錯(cuò)的周?chē)纬伤^Cottrell氣團(tuán)，對(duì)氣團(tuán)，對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎和阻塞作用而使材料脆化。位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎和阻塞作用而使材料脆化。 明顯產(chǎn)生熱應(yīng)變時(shí)效脆化的部明顯產(chǎn)生熱應(yīng)變時(shí)效脆化的部位是位是HAZ的熔合區(qū)和的熔合區(qū)和Ar1以下的以下的亞臨界亞臨界HAZ（200600） 合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作3、焊接熱影響區(qū)的軟化、焊接熱影響區(qū)的軟

39、化經(jīng)冷作強(qiáng)化的金屬經(jīng)冷作強(qiáng)化的金屬經(jīng)熱處理強(qiáng)化的金屬經(jīng)熱處理強(qiáng)化的金屬再結(jié)晶軟化再結(jié)晶軟化過(guò)時(shí)效軟化過(guò)時(shí)效軟化焊接熱循焊接熱循環(huán)作用環(huán)作用調(diào)質(zhì)鋼焊接調(diào)質(zhì)鋼焊接HAZHAZ的硬度分布的硬度分布A-A-焊前淬火焊前淬火+ +低溫回火；低溫回火；BB焊前淬火焊前淬火+ +高溫回火；高溫回火；CC焊前退火；焊前退火；11淬火區(qū)淬火區(qū)22部分淬火；部分淬火；33回火區(qū)回火區(qū)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作圖圖10-11 LD2鋁合金鋁合金HAZ的軟化現(xiàn)象的軟化現(xiàn)象( (HR為表面洛氏硬度為表面洛氏硬度) () (自動(dòng)自動(dòng)TIG焊焊) )合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成形基本原理合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作圖圖10-10 調(diào)質(zhì)鋼焊接調(diào)質(zhì)鋼焊接HAZ的硬度分布的硬度分布焊前淬火焊前淬火+低溫回火；低溫回火；B焊前淬火焊前淬火+高溫回火；高溫回火；C焊前退火焊前退火 1淬火區(qū)；淬火區(qū)；2部分淬火；部分淬火；3回火區(qū)回火區(qū)合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制作普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材材料成形基本原理材料成