技能培訓(xùn)專題 焊接冶金原理課件 06熱影響區(qū)的組織與性能4

1、6.1焊接熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)焊接熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)6.2焊接熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變焊接熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變6.3焊接熱影響區(qū)的性能焊接熱影響區(qū)的性能6.4焊接熱焊接熱/力物理模擬技術(shù)力物理模擬技術(shù)第六章第六章 熱影響區(qū)的組織與性能熱影響區(qū)的組織與性能6.3.3 焊接熱影響區(qū)的耐蝕性焊接熱影響區(qū)的耐蝕性1、不銹鋼及耐熱鋼的類型、不銹鋼及耐熱鋼的類型1）定義問題）定義問題原義型原義型僅指在無(wú)污染的大氣環(huán)境中能夠不生銹的鋼；僅指在無(wú)污染的大氣環(huán)境中能夠不生銹的鋼；習(xí)慣型習(xí)慣型指原義型含義不銹鋼與能耐酸腐蝕的耐酸不銹鋼的統(tǒng)稱；指原義型含義不銹鋼與能耐酸腐蝕的耐酸不銹鋼的統(tǒng)稱；廣義型廣義型泛指耐蝕和耐熱鋼，統(tǒng)

2、稱為不銹鋼。泛指耐蝕和耐熱鋼，統(tǒng)稱為不銹鋼。 主要成分為主要成分為Cr和和Ni，一般，一般Cr含量不低于含量不低于12%在大氣中不生銹，在大氣中不生銹，含含Cr量不低于量不低于17%可耐酸腐蝕，增加可耐酸腐蝕，增加Ni含量或再提高含量或再提高Cr含量，耐腐含量，耐腐蝕性或耐熱性均可提高。本章涉及的是高合金鋼，屬蝕性或耐熱性均可提高。本章涉及的是高合金鋼，屬Cr系和系和Cr-Ni系系鐵基合金，包括少數(shù)鐵基合金，包括少數(shù)Cr-Mn-N系節(jié)系節(jié)Ni不銹鋼，一般，不銹鋼，一般，Ni不高于不高于35%，Cr不低于不低于12%。2）分）分類類 按空冷后室溫組織來(lái)分類，是最古老、又是至今應(yīng)用最廣的最基本按空

3、冷后室溫組織來(lái)分類，是最古老、又是至今應(yīng)用最廣的最基本分類方法：分類方法： 奧氏體鋼奧氏體鋼應(yīng)用最廣，以高應(yīng)用最廣，以高Cr-Ni剛最為典型，如剛最為典型，如Cr18Ni8系列系列（18-8型）和型）和Cr25Ni20系列（系列（25-20型）等；型）等； 鐵素體鋼鐵素體鋼含含Cr為為17%30%的高的高Cr鋼。主要用作耐熱鋼，也可作鋼。主要用作耐熱鋼，也可作為耐蝕鋼，如為耐蝕鋼，如1Cr17、1Cr25Si2等，通常以退火狀態(tài)供貨；等，通常以退火狀態(tài)供貨； 馬氏體鋼馬氏體鋼以以Cr13系列最為典型，如系列最為典型，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及及1Cr17Ni12，常用作

4、不銹鋼；以，常用作不銹鋼；以Cr12為基的為基的1Cr12MoWV，用作熱強(qiáng)鋼。熱處理對(duì)馬氏體鋼影響很大，需要規(guī)定供貨狀態(tài)（退用作熱強(qiáng)鋼。熱處理對(duì)馬氏體鋼影響很大，需要規(guī)定供貨狀態(tài)（退貨和淬火）；貨和淬火）； 沉淀硬化鋼沉淀硬化鋼均為經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化處理以形成析出硬化相的高強(qiáng)鋼，均為經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化處理以形成析出硬化相的高強(qiáng)鋼，主要用作高強(qiáng)度不銹鋼，最典型的有馬氏體沉淀硬化鋼，如主要用作高強(qiáng)度不銹鋼，最典型的有馬氏體沉淀硬化鋼，如0Cr17Ni4Cu4Nb，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱17-4PH；半奧氏體（奧氏體；半奧氏體（奧氏體+馬氏體）沉馬氏體）沉淀強(qiáng)化鋼，如淀強(qiáng)化鋼，如0Cr17Ni7Al，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱17-7PH；

5、 鐵素體鐵素體-奧氏體雙相鋼奧氏體雙相鋼鐵素體鐵素體60%40%，奧氏體，奧氏體40%60%，具有極其優(yōu)異的抗腐蝕性能，典型的有具有極其優(yōu)異的抗腐蝕性能，典型的有18-5型、型、22-5型、型、25-5型型等，與等，與18-8鋼相比，提高鋼相比，提高Cr而降低而降低Ni，同時(shí)常添加，同時(shí)常添加Mo和和N，通常，通常固溶處理態(tài)供貨。固溶處理態(tài)供貨。2、不銹鋼焊接熱影響區(qū)的耐蝕性、不銹鋼焊接熱影響區(qū)的耐蝕性1）不銹鋼晶）不銹鋼晶間腐間腐蝕機(jī)理蝕機(jī)理 在晶粒邊界附近發(fā)生有選擇性的腐蝕現(xiàn)象。不銹鋼晶間腐蝕多半與在晶粒邊界附近發(fā)生有選擇性的腐蝕現(xiàn)象。不銹鋼晶間腐蝕多半與晶界晶界“貧鉻貧鉻”現(xiàn)象有關(guān)?，F(xiàn)象

6、有關(guān)?！柏氥t貧鉻”理論：在晶界處形成理論：在晶界處形成Cr23C6化合物，導(dǎo)致晶界化合物，導(dǎo)致晶界Cr含量低于含量低于12%。晶間鉻的碳化物析出（a）透射電子顯微鏡照片；（b）沿晶界鉻元素的分布敏化奧氏體不銹鋼中晶界微觀組織模型304不銹鋼中Cr23C6的等溫析出曲線304不銹鋼中Cr23C6和TiC的溶解曲線解決措施：解決措施：n固溶處理；固溶處理；n適當(dāng)提高鋼中鐵素體化元素（適當(dāng)提高鋼中鐵素體化元素（Cr、Mo、Nb、Ti、Si等）同時(shí)降奧等）同時(shí)降奧氏體化元素（氏體化元素（Ni、C、N）；）；n含有一定數(shù)量的含有一定數(shù)量的鐵素體。鐵素體。2）不銹鋼接頭晶間腐蝕問題）不銹鋼接頭晶間腐蝕問題

7、18-8不銹鋼焊接接頭可能出現(xiàn)晶間腐蝕的部位2-焊縫區(qū)，1-HAZ敏化區(qū)，3-熔合區(qū) 腐蝕類型主要包括晶間腐蝕、點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕三種，點(diǎn)蝕問題主要發(fā)生在焊縫的未混合區(qū)，焊縫中心也有一定的點(diǎn)蝕傾向，一般可以采用超合金化的方法解決；而應(yīng)力腐蝕問題將在焊接裂紋一章中闡述。熱影響區(qū)晶間腐蝕類型：熱影響區(qū)晶間腐蝕類型：奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼穩(wěn)定化處理不銹鋼穩(wěn)定化處理不銹鋼熱影響區(qū)敏化腐蝕熱影響區(qū)敏化腐蝕熔合區(qū)刀口腐蝕熔合區(qū)刀口腐蝕位置：位置：敏化區(qū)腐蝕不是在緊鄰熔化邊界處發(fā)生，即不是發(fā)生于焊接峰值溫度最高的熔化邊界上。而是發(fā)生在距離其一定距離處，此處峰值溫度較低。奧氏體不銹鋼熱影

8、響區(qū)敏化腐蝕奧氏體不銹鋼熱影響區(qū)敏化腐蝕所謂HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕，指的是焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部位（故稱敏化區(qū)）所發(fā)生的晶間腐蝕。溫度區(qū)間：溫度區(qū)間：對(duì)于含碳量為0.1%的18-8鋼熱影響區(qū)，發(fā)生敏化區(qū)間并非平衡加熱時(shí)450850，而是有一個(gè)過熱度，可達(dá)6001000。不銹鋼焊接熱影響區(qū)敏化示意圖(a)相圖，(b)熱循環(huán)，(c)析出曲線，(d)微觀組織特征解決措施解決措施焊后熱處理焊后熱處理 在焊接之后對(duì)不銹鋼焊件進(jìn)行10001100之間的后熱處理，隨后淬火。降低含碳量降低含碳量使用低碳不銹鋼如304L和316L不銹鋼，碳含量應(yīng)低于0.0035%在腐蝕介質(zhì)草酸作用下316

9、和316L不銹鋼晶間腐蝕行為添加強(qiáng)碳化物形成元素添加強(qiáng)碳化物形成元素添加與C的結(jié)合力比Cr更強(qiáng)的元素，如Ti和Nb等，通過形成這些元素的碳化物，而實(shí)現(xiàn)不銹鋼焊接敏化區(qū)腐蝕問題的控制。抗敏化區(qū)腐蝕更強(qiáng)的321和347不銹鋼本質(zhì)上與304不銹鋼相同，其差別僅僅是這兩種不銹鋼中分別添加了Ti和Nb。兩種奧氏體不銹鋼焊縫腐蝕傾向比較(a) 304不銹鋼中有敏化腐蝕，(b) 在321不銹鋼中無(wú)敏化腐蝕采用高速焊接減小敏化區(qū)停留時(shí)間采用高速焊接減小敏化區(qū)停留時(shí)間電弧焊與激光焊熱影響區(qū)附近熱循環(huán)比較（實(shí)際測(cè)量）a)電弧焊，b)激光焊特點(diǎn)：特點(diǎn)：奧氏體不銹鋼剛好相反，由于高的敏化溫度范圍，鐵素體的敏化區(qū)腐蝕發(fā)

10、生在靠近焊縫金屬的熱影響區(qū)處。鐵素體不銹鋼熱影響區(qū)敏化腐蝕鐵素體不銹鋼熱影響區(qū)敏化腐蝕產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：溫度在925以上消除處理：消除處理：650815溫度范圍的1060min的退火處理奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼于1065固溶處理后TTS曲線示意圖a) 奧氏體不銹鋼，b）鐵素體不銹鋼機(jī)理：機(jī)理：C和Cr在鐵素體不銹鋼中的擴(kuò)散系數(shù)高于奧氏體不銹鋼，當(dāng)溫度冷卻至427-927時(shí)，碳化物迅速析出Cr在低溫下的擴(kuò)散速度比較慢，沉淀物消耗的鉻元素不能得到很好的補(bǔ)充，在晶界形成貧鉻區(qū)。防止措施：防止措施： 650815溫度范圍的焊后退火、中添加Ti或Nb穩(wěn)定化處理：穩(wěn)定化處理：為避免碳與鉻形成高鉻碳化物

11、，在奧氏體鋼中加入穩(wěn)定化元素(如Ti和Nb)，在加熱到875以上溫度時(shí)，能形成穩(wěn)定的碳化物(由于Ti和Nb能優(yōu)先與碳結(jié)合，形成TiC或NbC)，大大降低了奧氏體中固溶碳的濃度(含量)，從而起到了犧Ti和Nb保Cr的目的。穩(wěn)定化不銹鋼刀口腐蝕盡管著些穩(wěn)定化等級(jí)的奧氏體不銹鋼如321和347不易發(fā)生敏化區(qū)腐蝕，但易于發(fā)生另一種類型的晶間腐蝕，被稱為刀口腐蝕刀口腐蝕，有時(shí)又稱刀狀腐蝕刀狀腐蝕。對(duì)于一般的電弧焊，刀口腐蝕區(qū)寬度初期不超過35個(gè)晶粒，逐步擴(kuò)展到1.01.5mm。熔合區(qū)刀口腐蝕熔合區(qū)刀口腐蝕穩(wěn)定化不銹鋼刀口腐蝕機(jī)理：機(jī)理：在穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼中的刀口腐蝕主要與穩(wěn)定化元素的碳化物與鉻的碳化物

12、溶解和析出溫度不一致有關(guān)。例如，Cr23C6的析出溫度大約為600850，而TiC的析出溫度大約為8501000。特點(diǎn)：特點(diǎn)：刀口腐蝕發(fā)生在緊鄰敏化區(qū)腐蝕的狹窄區(qū)域；刀口腐蝕發(fā)生在穩(wěn)定化（奧氏體）不銹鋼中。焊后熱處理。焊后重新進(jìn)行了穩(wěn)定化處理使用低碳不銹鋼調(diào)整焊接工藝防止措施防止措施穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼雙道焊接a) 刀口腐蝕裂紋，b）無(wú)裂紋添加稀土金屬元素 在穩(wěn)定極不銹鋼中添加鑭和鈰等稀土金屬元素能夠減小其刀口腐蝕傾向。添加稀土金屬對(duì)347不銹鋼刀狀裂紋敏感性的影響添加稀土元素對(duì)不銹鋼熔化邊界附近的透射電子顯微鏡照片a) 為添加稀土元素，b）添加稀土元素6.4焊接熱焊接熱/力物理模擬技術(shù)力物理模

13、擬技術(shù) 焊接熱/力物理模擬技術(shù)的實(shí)質(zhì)是采用試驗(yàn)的方法研究焊接熱影響區(qū)的某一特征組織區(qū)域方法，以方便評(píng)估該區(qū)域的力學(xué)性能6.4.1焊接熱模擬試驗(yàn)的原理與設(shè)備焊接熱模擬試驗(yàn)的原理與設(shè)備 焊接熱模擬試驗(yàn)技術(shù)是利用特定的裝置在試樣的大部分區(qū)域上產(chǎn)生與實(shí)際焊接時(shí)相同或相近的熱循環(huán)，使得試樣的金相組織與所需研究的熱影響區(qū)特定部位的組織相同或相近，但這一組織區(qū)域大小比實(shí)際焊接接頭熱影響區(qū)要放大很多倍。也就是說(shuō)在模擬試樣上有一個(gè)相當(dāng)大的范圍獲得這一特定部位的均勻組織，從而可以制備足夠尺寸的試樣，對(duì)其進(jìn)行各種性能的定量測(cè)試。電阻加熱式熱模擬試驗(yàn)機(jī)示意圖高頻感應(yīng)加熱式熱模擬試驗(yàn)機(jī)示意圖Gleeble-3500型熱模擬試驗(yàn)機(jī)包括加熱系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。1）加熱系統(tǒng)）加熱系統(tǒng) Gleeble3500的電阻加熱系統(tǒng)能以10000/s的速度加熱試樣，或保持不變的穩(wěn)態(tài)溫度。同時(shí)具有很高的冷卻速度，可以淬火。2）機(jī)械系統(tǒng)）機(jī)械系統(tǒng) Gleeble 3500的機(jī)械系統(tǒng)是一個(gè)具有10噸靜態(tài)拉伸/壓縮力的全集成液壓伺服控制系統(tǒng)。最快可以達(dá)到1000mm/s的移動(dòng)速度。3）控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng) Gleeble 3500系統(tǒng)的核心是型數(shù)字控制系統(tǒng)。設(shè)備通過它來(lái)實(shí)現(xiàn)熱-力伺服系統(tǒng)的閉環(huán)數(shù)字控制，同時(shí)提供了所有控制熱和機(jī)械測(cè)試所必需的信號(hào)。必須給出焊接熱循環(huán)的三個(gè)基本參數(shù)：不同溫度的