第三章 熔池凝固和焊缝固态相变课件.ppt

第三章--熔池凝固和焊缝 固态相变 重点内容 1、熔池凝固条件和特点及一般规律 2、各钢种焊缝的固态相变组织的转变 3、焊缝中的气孔和夹杂问题 4、焊缝性能问题讨论 §3-1 熔池凝固 一、熔池的凝固条件和特点 二、熔池结晶的一般规律 焊接时，熔池金属的结晶与一般炼钢时钢锭的结晶一样，也是在过冷的液体金属中，首先形成晶核和晶核长大的结晶过程。生核热力学条件是过冷度而造成的自由能降低；生核的动力学条件是自由能降低的程度。 1.生核熔池中晶核的生成分为：非自发晶核、自发晶核。形成两种晶核都需要能量 1)自发晶核 自发临界晶核所需的能量 2)非自发形核 2．成长 原子由液相不断地向固相转移，晶核的成长是通过二维成核方式长大，但并不是齐步前进，长大趋势不同，有的一直向焊缝中部发展；有的只长大很短距离就被抑制停止长大。当晶体最易长大方向与散热最快方向相一致，最有利长大 　　晶核的成长是一个原子厚度从液相中吸收原子集团来进行的并连续不断地吸附在晶体表面的小台阶处而迅速长大。 1、晶粒成长的平均线速度是变化的 晶粒成长方向和线速度是变化的，在熔合线处最小，在焊道中心处最大，为焊速。 四、金属的微观结晶形态 （一）．纯金属的结晶形态 ① G0时 G------温度梯度（正的温度梯度）液相温度固相，过冷度小，结晶缓慢，形成平面晶。 ② G0液体内部温度比界面低，进过冷度大，晶粒成长速度大，形成树枝晶。 （二）．固溶体合金的结晶形态 三、 浓度过冷对结晶形态的影响 1、平面结晶 产生条件：过冷度＝0，无成分过冷 特征：平面晶（G正温度梯度很大时） 平面结晶形态发生在结晶前沿没有浓 度过冷的情况下。 （四）、焊接条件下的凝固形态 1、溶质浓度影响 纯AL 99 .99%焊缝熔合线附近为平面晶，中心为胞状晶。若纯AL99.6%，焊缝出现胞状晶，中心为等轴晶 2、焊接速度的影响 V↑，熔池中心出现等轴晶。 V小，熔合线附近出现胞状树枝晶。 3、电流的影响 五、焊缝金属的化学不均匀性 （一） 焊缝中的化学不均匀性 化学不均匀性：结晶过程中化学成分的一种偏析现象。 1.显微偏析：→枝晶偏析 指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状晶的晶枝之间的偏析。 2、宏观偏析（区域偏析） 指焊缝边缘到焊缝中心，宏观上的成分不均匀性，焊缝金属以柱状晶长大，把杂质推向熔池中心，中心杂质浓度逐渐升高，使最后凝固的部位发生较严重的偏析. 3.层状偏析 由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝横断面经浸蚀之后，可以看到颜色深浅不同的分层结构形态称为结晶层。 1）特征 ?（１）晶粒主轴与层状线垂直, 越先靠近熔合线处越清析，远离熔合线不清晰，线距越宽。 （二）熔合区的化学不均匀性 1熔合区的形成 热传播不均匀 晶粒的传热方向不同 2熔合区的宽度 3、熔合区的成分分布 1）化学不均匀性对于一般钢铁材料而言， 合金元素在液相中的溶解度大于固相中的溶解度.熔合区是液固两本共存的地方. § 3-2 焊缝固态相变 一、低碳钢焊缝的固态相变组织 低碳钢焊缝组织：F＋少量P 过热时产生W。 改善组织条件： 二、低合金钢焊缝的固态相变组织 低合金钢焊缝二次组织，随匹配焊接材料化学成分和冷却条件的不同，可由不同的组织。以F为主，P、B、M占次要地位。以F为主，F越细小，则延性－脆性转变，温度越低，一般以V型缺口冲击试件断口中纤维区占50%时的温度VTS为判断. (一)铁素体转变 焊缝中铁素体的类型 (二)、珠光体转变 　热处理平衡状态 珠光体转变Ar--550℃ C、Fe原子扩散比较容易。珠光体转变扩散型相变。（P是F和Fe3C的层状混合物领先相Fe3C） 　　焊接状态,非平衡转变，得到P量少，珠光体转变量小。若B 、Ti合金元素，P转变全部被抑制， （三）、贝氏体转变 贝氏体转变机理复杂 上贝氏体特征：在光学金相显微镜下观察呈羽毛状，沿奥氏体晶界析出，在平行的条状F间分布有渗碳休形成温度 550℃~Ms之间。 （四）、马氏体转变 当焊缝含碳量偏高或合金元素较复杂时，冷却速度快，Ms形成M。 1、板条M（含碳量很低） 特征：奥氏体晶粒内形成几束M板条，束与束之间有一定高角。 位错量多→位错M 含碳量低→低碳M 强度好，韧性高 2、 片状M C≥0．4％ 马氏体片不相互平行，初始形成的M片较大，往往贯穿A晶粒。 透射电镜观察，片M存在许多细小平行的带纹－孪晶带，硬度高、脆。 §3-3 焊缝中的气孔和夹杂 一、焊缝中的气孔