第五章 铸件焊缝宏观组织及其控制2.ppt

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第五章 铸件焊缝宏观组织及其控制2

20921-3A 焊接熔池的结晶形态 1.熔池结晶的典型形态 (1) 平面结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G(即温度曲线的斜率dT/dx)很大时,液相温度曲线T不与结晶温度曲线TL相交,因而液相中不存在成分过冷区,如图3-6a所示。 图3-6 平面结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 平面晶微观照片 20921-3A 焊接熔池的结晶形态 (2) 胞状结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G较大时,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在短距离x内相交,形成较小的成分过冷区,如图3-7a所示。 图3-7 胞状结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 胞状晶微观照片 20921-3A 焊接熔池的结晶形态 (3) 胞状树枝结晶 随固-液界面前方液相中的温度梯度G的减小,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL相交的距离x增大,所形成的成分过冷区增大,如图3-8a所示。 图3-8 胞状树枝结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 胞状树枝晶微观照片 20921-3A 焊接熔池的结晶形态 (4) 树枝状结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一步减小时,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL相交的距离x进一步增大,从而形成较大的成分过冷区,如图3-9a所示。 图3-9 树枝状结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 树枝晶微观照片 20921-3A 焊接熔池的结晶形态 (5) 等轴结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G很小时,液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在很远处相交,从而在液相中形成很大的成分过冷区,如图3-10a所示。 图3-10 等轴结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 等轴晶微观照片 20921-3A 焊接熔池的结晶形态 2.焊缝中的结晶组织 (1) 结晶组织的分布 在焊接熔池中,不同部位具有不同的温度梯度G和结晶速度R,因而具有不同的成分过冷,出现不同的结晶形态,从而在焊缝中形成分布不同的结晶组织。 (2) 焊接条件对结晶组织的影响 如前所述,对结晶组织起控制作用的成分过冷主要受到熔池金属中溶质含量W、熔池结晶速度R和液相温度梯度G的影响。 20921-3A 焊接熔池的结晶形态  焊接参数对HY-80钢焊缝结晶组织的影响 焊接速度/(mm/min) 焊接电流/A 150 300 450 50 胞状晶 胞状树枝晶 粗大的胞状树枝晶 100 胞状晶 细小的胞状树枝晶 粗大的胞状树枝晶 20921-3A 焊接熔池的结晶形态  W、R和G对结晶形态的影响 20921-3A 焊接熔池的结晶形态  焊缝中结晶组织的分布 20921-3A 焊接熔池的结晶形态 图3-13 不同母材的焊缝组织 a) 1100Al b) Fe-15Cr-15Ni c) ZM6 * 三、熔池结晶组织的细化 通过提高形核率和抑制晶粒长大两个方面 1.变质处理 通过焊接材料向熔池加入一定量的合金元素(如B、Mo、V、Ti、Nb等) , 作为熔池中非自发晶核的质点,从而使焊缝晶粒细化。 2.振动结晶 采用振动的方法来打断正在成长的柱状晶,增大晶粒游离倾向,达到细化晶粒的目的。振动方式主要有机械振动、超声振动和电磁搅拌。 3.焊接工艺 采用恰当的焊接工艺措施,也可改善熔池凝固结晶。主要方法是小线能量、多层焊和锤击焊道表面等。 * 思考和练习 P104: 1,2,4,7 预习下一章内容 * 铸片20 * 铸片21 * 铸片21 * 三、动力学细化 1.铸型振动 2.超声波振动 3.液相搅拌 4.流变铸造 * 1.铸型振动 在凝固过程中振动铸型可使液相和固相发生相对运动,导致枝晶破碎形成结晶核心。离心铸造时若周期改变旋转方向可获得细小等轴晶,说明液相和固相发生相对运动所起的细化晶粒作用。 振动还可引起局部的温度起伏,有利于枝晶熔断。 振动铸型可促使“晶雨”的形成。 立式离心铸造机 * 2.超声波振动 超声波振动可在液相中产生空化作用,形成空隙,当这些空隙崩溃时,液体迅速补充,液体流动的动量很大,产生很高的压力。当压力增加时凝固的合金熔点温度也要增加,从而提高了凝固过冷度,造成形核率的提高,使晶粒细化。 * 3.液相搅拌 采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可造成液相相对固相的运动,引起枝晶的折断、破碎与增殖,达到细化晶粒的目的。 连铸过程采用电磁搅拌的主要作用是提高连铸坯的质量,例如去除夹杂物、消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率。在浇铸断面较大的铸坯以及浇铸质量要求较高时,电磁搅拌技术便成为首选。 * 4.流变铸造 流变铸造又称半固态铸造,这种方法是当液体金属凝固达50~60%时,在氩气保护下进行高

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