材料成型原理.pdf

焊接部分：1、焊接熔池特征1）熔池体积小，冷却速度大；2）焊接熔池的液态金属处于过热的状态；3）焊接熔池中的液态金属始终处于运动状态2、凝固线速度ds/dt=dx/dtcosθR=Vcosθ在焊缝边缘处，因θ=90°，所以R→0；在焊缝中心处，因θ=0°，所以R→v熔池中液态金属的凝固线速度可以通过柱状晶成长速度式凝固时间来反映。柱状晶的成长速度即为柱状晶前沿推进的线速度。3、焊缝各部位结晶形态的变化1）在焊缝边界即焊接熔池开始结晶处，由于熔合线上的温度梯度G大，结晶速度R小，成分过冷很难形成，故多以平面形态生长。2）随着晶粒逐渐远离边界向焊缝中心生长时，温度梯度G逐渐变小，结晶速度R逐渐加快，溶质的质量分数增高。成分过冷区也逐渐增大。柱状晶内的亚结构依次向胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶发展。3）晶体生长到焊缝中心时，温度梯度G最小，结晶速度R最大，溶质的质量分数最高，成分过冷区大，最终可能生成等轴晶。4、焊接热影响区的组织转变特点1）焊接热循环特点：（1）焊接HAZ加热温度高；（2）加热速度快；（3）高温保留时间短；（4）局部受热（5）自然条件下的连续冷却2）焊接加热过程中奥氏体化特点：加热速度↑→AC1↑，AC3↑焊接HAZ加热温度高，这不但促进奥氏体化，高温下奥氏体晶粒迅速长大，HAZ奥氏体粗大，冷却后为粗大的奥氏体转变产物。3）焊接冷却过程中的组织转变特点5、HAZ组织分布1）低碳钢及不易淬火的低合金钢：分为四个区（1）熔合区（2）过热区（3）相变重结晶区（正火区）（4）不完全重结晶区（1）熔合区：焊缝于母材相邻的部位，又称半熔化区，化学成分和组织性能有很大的不均匀性，此区是产生裂纹，脆性破坏的发源地。（2）过热区：温度范围1100℃到固相线以下，组织粗大，焊接刚度较大的结构时常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。（3）相变重结晶区（正火区）：焊接时母材金属被加热到AC3~1000℃将发生重结合，然后空气中冷却后得到细小的珠光体和铁素体。（4）不完全重结晶区：焊接处于AC1~AC3内的热影响区就是属于不完全重结晶区。因为部分组织发生相变重结晶，成为经历细小的铁素体和珠光体。而另一部分未能融入奥氏体中的铁素体，成为粗大的铁素体。组织不均匀，性能不均匀。淬硬倾向较小的钢种，低碳钢过热区主要是魏氏组织，其他组织基本相同。2）易淬火钢：（1）焊前正火或退火态：HAZ：完全淬火区+不完全淬火区（2）焊前调质态：HAZ：完全淬火区+不完全淬火区+回火区6、连接成型冶金反应特点1）药皮反应区：加热温度较低，不超过药皮的熔化温度，反应部位在焊条前端的套筒附近。2）熔滴反应区：温度高；熔滴比表面积大3）熔池反应区：比熔滴相比，熔池的平均温度低，比表面积小，化学反应强烈程度小；反应物的相对浓度小7、氢的控制1）限制氢的来源：（1）限制焊接材料中的水含量（2）清除焊丝和焊件表面的杂质12）冶金处理：（1）调整焊接材料成分，在药皮和焊剂中加氟化物（2）控制焊接材料的氧化还原势（3）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素或表面活性元素（4）控制焊接工艺参数（5）焊后脱氢处理8、熔渣的概念及其作用在熔炼金属的过程中，固体熔渣材料，在高温炉中被熔化生成的低熔点复杂化合物，称为熔渣。作用：（1）机械保护作用（2）冶金处理作用（3）改善焊接工艺性能9、活性熔渣对金属的氧化1）扩散氧化：浓度符合分配定律L=[FeO]/（FeO）T↓→L↑→（FeO）向[FeO]扩散在SiO2饱和的酸性渣中：lgL0=-4906/T+1.877；在CaO饱和的碱性渣中：lgL0=-5014/T+1.980温度增高，L0越大，越有利于FeO向液态金属中扩散。主要发生在熔滴阶段和熔池的高温区，碱性渣比酸性渣更为容易向液态金属扩散。2）置换氧化：一种金属与氧化物之间的反应[Si]+2[FeO]=(SiO2)+2[Fe][Mn]+[FeO]=(MnO2)+[Fe]反应的结果使铁液中的Mn和Si被烧损，由于Mn和Si的氧化反应是放热反应，随着温度的升高，平衡常数K减小，即反应减弱。10、脱氧处理原则：1）脱氧剂对氧的亲和力应比需还原的金属大；2）脱氧产物应不溶于液态金属，且密度小，质点较大；3）需考虑脱氧剂对金属成分、性能及工艺影响焊接中脱氧反应方式和特点分为：先期脱氧；沉淀脱氧；扩散脱氧11、公式1）合金元素的过渡系数η=Cd/Ce=Cd/(Ccω+Kb*Cco)2）合金元素的实际含量Cω=θ*Cb+(1-θ)*Cd12、凝固裂纹形成机理1）在焊接金属凝固结晶的后期，低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓的“液态薄膜”，此时由于收缩受到了拉伸应力，这时焊缝种的液态薄膜（内因）就成了薄弱地带。在拉伸应力的作用下，就可能在这个薄弱地带开裂形成结晶裂纹。低延性或催化只是产生裂纹的条件之一