第九章-焊缝金属的固态相变.ppt

焊缝金属的固态相变 姓名：宋锋涛 本科专业：飞行器制造工程 硕士专业：航空工程 学号：140308523207 学院：航空制造工程学院 主要内容 Part1 奥氏体不锈钢焊接中的铁素体向奥氏体的转变 Part2 低碳钢和低合金钢焊缝中奥氏体向铁素体的转变 Part1 奥氏体不锈钢焊接中的铁素体向奥氏体的转变 1.1基本的凝固模式 奥氏体不锈钢的焊缝通常以面心立方（fcc）结构奥氏体为基体，其中分布着不同数量的体心立方结构的 -铁素体（bcc）。奥氏体不锈钢的焊缝有适当数量的 -铁素体是必要的。但当 -铁素体的数量过高时（≥10体积％），焊缝金属的延展性、韧性、和抗腐蚀性均降低；同时当 -铁素体含量过低时（≤5体积％），可导致焊缝产生凝固裂纹。 Fe-Cr-Ni系统的三元相图 Fe-Cr-Ni三元合金系统（a）液相平面；（b）固相平面 Fe-Cr-Ni三元合金系统（a）液相平面；（b）固相平面 如图所示，粗曲线是液相线，称之为双重饱和线，这条线从Fe-Ni二元合金的包晶反应下降到三元共晶点（49Cr-43Ni-8Fe）,合金的成分在这条线的富Cr侧（上部）时，-铁素体作为主要的凝固相，也就是在液相中首先形成的固相。相反，当合金的成分在这条线的富Ni侧（下部）时，奥氏体作为主要的凝固相。 如图所示，粗曲线是液相线，称之为双重饱和线，这条线从Fe-Ni二元合金的包晶反应下降到三元共晶点（49Cr-43Ni-8Fe）,合金的成分在这条线的富Cr侧（上部）时，-铁素体作为主要的凝固相，也就是在液相中首先形成的固相。相反，当合金的成分在这条线的富Ni侧（下部）时，奥氏体作为主要的凝固相。 如图所示，粗曲线是液相线，称之为双重饱和线，这条线从Fe-Ni二元合金的包晶反应下降到三元共晶点（49Cr-43Ni-8Fe）,合金的成分在这条线的富Cr侧（上部）时，-铁素体作为主要的凝固相，也就是在液相中首先形成的固相。相反，当合金的成分在这条线的富Ni侧（下部）时，奥氏体作为主要的凝固相。 如图所示，粗曲线是液相线，称之为双重饱和线，这条线从Fe-Ni二元合金的包晶反应下降到三元共晶点（49Cr-43Ni-8Fe）,合金的成分在这条线的富Cr侧（上部）时，-铁素体作为主要的凝固相，也就是在液相中首先形成的固相。相反，当合金的成分在这条线的富Ni侧（下部）时，奥氏体作为主要的凝固相。 A.相图 Fe-Cr-Ni焊缝中凝固时和凝固后组织变化的示意图 焊缝金属中的铁素体有三种不同形态：枝晶（a）、蠕虫状（b）、版条状（c）图（d）是三元翠芝截面的示意图 B.初生奥氏体 对于三相共晶三角形顶点左边的富Ni合金奥氏体（γ）是初生的凝固相 ，图（a）中白色树枝状组织为奥氏体，在凝固最后阶段形成的 —铁素体，夹杂在初生奥氏体枝间呈黑色颗粒，称为枝晶间铁素体。 C.初生铁素体 对于三相共晶三角形顶点右边的富Cr合金，—铁素体是初生凝固相。图(b)中黑色树枝晶 —铁素体。凝固初期形成的树枝状铁素体晶核在含Cr高的区域。当冷却到 两相区时，晶核外部的树枝晶由于含有很少的Cr元素，会转变成奥氏体，从而留下树枝晶中心区域形成骨架型结构的富Cr的 –铁素体。称为蠕虫状铁素体。 焊缝中心处的凝固组织 （a）310不锈钢（放大倍数190）; （b）309不锈钢（放大倍数190）。 D.焊缝的微观组织 图（a）是310不锈钢薄板不填丝钨极气体保护焊焊缝中心的凝固组织，母材含有25%Cr、20%Ni和55%Fe。它的成分对应相图的三相共晶三角形顶点左侧富Ni区域，奥氏体为凝固初生相。微观组织包括奥氏体树枝晶和一次与二次树枝晶之间的树枝晶 –铁素体。图（b）母材含有23%Cr、14%Ni和63%Fe，凝固时 –铁素体作为初生相。微观组织，蠕虫状铁素体分布于奥氏体基体中。这两种焊缝中，柱状的树枝晶基本都是垂直于泪珠状的熔池壁生长。 Fe-Cr-Ni的伪-二元相图 （a）在55％（重量）的Fe; （b）在63％（重量）的Fe; （c）在73％（重量）的Fe。 309不锈钢不填丝钨极气体保护焊采用液态锡淬火后熔池附近凝固组织（放大倍数70）。混合氯化物腐蚀剂。 9.1.2铁素体的形成机制 奥氏体首先在熔池的边界从未熔化母材的奥氏体晶粒开始外延生长。稍后 -铁素体在凝固的前沿开始形核。在快速冷却之后，-铁素体与奥氏体的位相关系决定了凝固后焊缝金属相变后的铁素体形态。有两种情况： （1）If –铁素体的密排面平行于奥氏体的密排面，则发生 转变，形成平直的 /γ界面，从而形成蠕虫状铁素体。 （2）If -铁素体与奥氏体之间是K