材料加工原理部分知识点概括

材料加⼯原理部分知识点概括
第⼋章
1、熔渣的作⽤：
（1）、机械保护作⽤：避免液态⾦属中合⾦元素的氧化烧损，⾼温
下的焊缝⾦属免受空⽓的有害作⽤
（2）、冶⾦处理作⽤：去除⾦属中有害杂质，如脱氧、硫、磷和去氢；熔渣还可
起到吸附或溶解液态⾦属中⾮⾦属夹杂物的作⽤；通过熔
渣向焊缝中过渡合⾦，从⽽调整焊缝合⾦成分
（3）、改善成形⼯艺性能作⽤：适当的熔渣（或焊条药⽪）构成，对于熔焊电弧
引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊
缝外观成形等焊接⼯艺性能的影响⾄关重要；电
渣熔炼中熔渣作为电阻发热体，可重熔并精炼焊
缝⾦属、熔渣也有不利作⽤。

①如强氧化性熔渣可使液态⾦属增氧，可侵蚀炉衬；
②密度⼤或熔点⾼的熔渣易残留在⾦属中形成夹渣
2、焊接熔渣的类型：
（1）盐型熔渣：主要由⾦属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物等组成。

盐型熔渣的氧化性很⼩，主要⽤于铝、钛等活性⾦属的焊接
（2）盐—氧化物型熔渣：主要由氟化物和⾦属氧化物组成。

这类熔渣氧化性较
⼩，主要⽤于重要的低合⾦⾼强钢、合⾦钢及合⾦的焊接（3）氧化物型熔渣：这类熔渣含有较多的弱碱⾦属氧化物，是应⽤最为普遍的
⼀类渣系，这类熔渣⼀般具有较强的氧化性，⽤于低碳钢、
低合⾦⾼强钢的焊接。

3、常⽤焊剂类型：按制造⽅法分：熔炼焊剂和⾮熔炼焊剂两⼤类。

熔炼焊剂按其颗粒结构⼜可分为玻璃状焊剂、结晶状焊剂和浮⽯状焊剂三种
4、按焊剂的渣系分：①硅酸盐型；②铝酸盐型；③碱性氟化物型
5、熔渣的物理性质：
（1）熔渣的凝固温度与密度
①熔渣凝固温度过⾼会影响焊缝外观成形，甚⾄产⽣⽓孔和夹杂；凝固温度
过低，不能在焊缝凝固后即时凝固，影响对焊缝的保护及外观成形。

②熔渣密度应较低，与⾦属接近的熔渣易滞留于⾦属内部形成夹杂
（2）熔渣的粘度
①熔渣粘度越⼩，流动性越好，扩散容易，对冶⾦反应的进⾏有利，但过⼩
容易流失，影响全位置焊接时熔池的形成和保护。

②长渣（酸性渣，粘度⼤，可⽤于平焊）和短渣（碱性渣，粘度⼩，可⽤于
全位置焊）
（3）熔渣的表⾯张⼒及界⾯张⼒
①碱度⾼的熔渣⼀般表⾯张⼒较⼤（可加⼊酸性氧化物和CaF2来降低）。

②界⾯张⼒⼩时，熔渣对⾦属的覆盖保护效果好。

酸性渣的界⾯张⼒⼀般⽐
碱性渣⼩，焊缝外观和质量较碱性渣好
熔渣的凝固温度和密度主要取决于熔渣的成分，以⼀定⽐例构成的复合渣可使凝固温度⼤⼤降低，⼀般保持熔渣熔点低于⾦属熔点100~200摄⽒度，熔渣的粘度与它的化学成分有关，含SiO2多的渣粘度⼤，含TiO2多的熔渣粘度⼩，
熔渣表⾯张⼒主要取决与熔渣组元间化学键键能，酸性渣⼀般为共价键，表
⾯张⼒⼩，碱性渣多为离⼦键，表⾯张⼒⼤，碱度⼤，表⾯张⼒⼤。

6、由熔渣的离⼦理论可知，液态碱性中⾃由氧离⼦的浓度远⾼于酸性渣，这是
否意味着碱性渣的氧化性要⽐酸性渣更强？为什么？
答：不⼀定⽐酸性渣强。

因为离⼦理论把液态熔渣中⾃由氧离⼦的浓度定义为碱度。

渣中⾃由氧离⼦的浓度越⼤，其碱度就越⼤，虽然液态碱性渣中⾃由氧离⼦的浓度远⼤于酸性渣，但是它不⼀定与熔渣中的某些物质反应，进⽽不能体现出其具有氧化性，⽽酸性渣则可以，熔渣的氧化性通常是⽤渣中含有最不稳定的氧化物FeO 的⾼低及该氧化物在熔渣中的活度来衡量的。

7活性熔渣对⾦属的氧化
①熔渣的氧化（或还原）能⼒是指熔渣向液态⾦属中传⼊氧（或从液态⾦属中
导出氧）的能⼒。

氧化性较强的熔渣⼜称为活性熔渣
②熔渣的氧化性通常是⽤渣中含有最不稳定的氧化物FeO 量的⾼低及该氧化
物在熔渣中的活度来衡量。

随温度升⾼，熔渣的氧化性增⼤
③碱性焊条对铁锈和氧化⽪敏感性⼤的原因：碱性渣中SiO2、TiO2等酸性氧
化物较少， FeO⼤部分以⾃由状态存在，即FeO在渣中的活度系数⼤，易向⾦属中扩散⽽使⾦属中增氧，在酸性渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较多，它们能与FeO形成复合物，使⾃由FeO减少。

故在渣中FeO含量相同的情况下，扩散到⾦属中的氧较少
④两种氧化⽅式：
在熔池尾部随着温度的下降，液态⾦属中过饱和的FeO会向熔渣中扩散，这⼀过程称之为扩散脱氧
置换氧化：如果熔渣中含有较多的易分解的氧化物，便可以与液态铁发⽣置换反应，使⾦属氧化，同时发⽣原氧化物中⾦属元素的还原
8、酸性渣对⾦属的置换氧化性⾼于碱性渣
9、置换氧化反应也主要发⽣在熔滴阶段与熔池前部的⾼温区
第九章
1、液态⾦属的脱氧⽅式：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧
2、脱氧⽬的：尽量减少⾦属及合⾦中的含氧量。

⼀⽅⾯是为了防⽌液态⾦属的氧化，减少液态⾦属中溶解的氧；
另⼀⽅⾯，要排除脱氧后的产物对于钢液来说，脱氧就是⽤脱氧剂
去除钢液中溶⼊的原⼦态氧或氧化亚铁中的氧⽽将铁还原的措施3、脱氧剂的脱氧能⼒：可以⽤加⼊等量的脱氧元素后，钢液中氧化亚铁的平衡
含量来衡量。

与某脱氧元素相平衡的FeO含量越低，这
种元素的脱氧能⼒越强
4、先期脱氧：对于药⽪焊条电弧焊过程，在药⽪加热阶段，固态造渣、造⽓剂
中进⾏的脱氧反应称为先期脱氧，
特点：脱氧过程和脱氧产物与⾼温的液态⾦属不发⽣直接关系
脱氧效果：取决于脱氧剂对氧的亲和能⼒、脱氧剂粒度、氧化剂与脱氧
剂⽐例、焊接电流密度等因素
5、沉淀脱氧：是指溶解于液态⾦属中的脱氧剂直接与熔池中的[FeO]起作⽤，使
其转化为不溶于液态⾦属的氧化物，并脱溶沉淀转⼊熔渣中的⼀种脱氧⽅式优点：脱氧速度快,脱氧彻底.但脱氧产物不能清除时将增加⾦属液中杂质的含量⾦属含氧量[O]随熔渣碱度BL的增⼤⽽减少[Me]越多、（MexOy）越少，脱
氧效果越好熔渣性质应与脱氧产物性质相反，这样有利于降低脱氧产物在熔渣中的活度，也有利于熔渣吸收脱氧产物
6、实现沉淀脱氧应具备的三个条件：
①脱氧元素对氧亲和⼒较⼤（⼤于Fe）
②脱氧产物应不溶于⾦属⽽成为独⽴的液相转⼊熔渣
③熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物
7、酸性焊条常采⽤锰铁作为脱氧元素；
碱性焊条常采⽤锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧
⑴为什么酸性焊条常采⽤锰铁作为脱氧元素？
酸性渣中含较多SiO2 和TiO2，它们易与锰的脱氧产物MnO ⽣成复合物MnO·SiO2 和MnO·TiO2，使MnO 活度系数减⼩，因此脱氧效果较好。

相反，在碱性渣中MnO 的活度较⼤，不利于锰脱氧。

碱度越⼤，锰的脱氧效果越差
⑵为什么碱性焊条不单独采⽤硅铁作为脱氧元素？
硅的脱氧能⼒⽐锰⼤，但⽣成的SiO2熔点⾼，通常认为处于固态，不易聚合为⼤质点；同时SiO2与钢液的界⾯张⼒⼩，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。

因此，碱性焊条⼀般不单独⽤硅脱氧，⽽是采⽤锰铁和硅铁（或钛铁）联合脱氧
8、钙的脱氧能⼒很强，但其蒸⽓压⾼，在钢液中溶解度低，脱氧效果变差；若
⽤硅钙合⾦作为脱氧剂，则可以提⾼其溶解度，减少蒸发损失，易⽣成低熔点硅酸钙。

铬镍不锈钢在熔炼末期出钢前，通常加⼊硅钙合⾦进⾏最终脱氧9、扩散脱氧是在液态⾦属与熔渣界⾯上进⾏的，利⽤（FeO）与[FeO] 能够互相
转移, 趋于平衡时符合分配定律的机理进⾏脱氧。

脱氧的关键是降低（FeO）的活度
10、脱氧效果：在焊接熔池凝固过程中，由于液态熔池存在时间短，FeO的扩散
速度慢，因此扩散脱氧进⾏得很不充分
11、电炉炼钢⼀般是采⽤沉淀脱氧与扩散脱氧相结合的⽅法
12、为使扩散脱氧过程顺利进⾏，需要采取下列有利措施
1）还原性炉⽓2）⾼的炉温3）低粘度炉渣
13、真空脱氧时钢液的熔化过程是在真空条件下进⾏，利⽤抽真空降低⽓相中
CO分压来加强钢液中碳的脱氧能⼒
14、脱碳反应产物是CO。

CO不溶解于钢液，因⽽形成⼤量⽓泡。

⽓泡在与钢液
脱离和上浮过程中，强烈搅动钢液⽽使得钢液温度和化学成分均匀，并能有效地清除钢液中的⽓体和⾮⾦属夹杂物
脱碳反应是成形冶⾦中最重要的反应之⼀，
⽬的是借助脱碳过程去除钢液中的有害⽓体和夹杂物，对钢液起精炼作⽤。

反应⽅式：⼀种是碳被氧化性⽓体直接氧化另⼀种⽅式是间接氧化
15、液态⾦属的脱硫：
硫的危害凝固时偏析在晶界形成低熔点共晶形成结晶裂纹。

当硫以硫化亚铁的形式存在是危害性最⼤，它与液态铁⼏乎⽆限互溶，钢铁在凝固时它容易发⽣偏析，分布在晶界，从⽽增加了热裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧性和抗腐蚀性。

在搞镍合⾦钢中，以NiS+Ni形成共晶，产⽣热裂纹的倾向更⼤。

当钢种含碳量增加时，会促使硫发⽣偏析，从⽽增加它的危害性。

16、脱硫⽅法：炉内脱硫、炉外脱硫（反应的地⽅分类）
沉淀脱硫、熔渣脱硫、真空脱硫（物理化学作⽤和过程分类）17、沉淀脱硫和沉淀脱氧⼀样，是将脱硫合⾦元素直接加⼊液态
温度升⾼，平衡常数减⼩，不利于脱硫
铁⽔温度相对钢液温度低，且碳、硅含量⾼，因此硫在铁⽔中的活度系数⽐在钢⽔中⼤，锰和镁在铁⽔中脱硫效果较
⾦属中进⾏脱硫常⽤的脱硫元素有锰、镁、钠、钙、稀⼟等。

这些元素与硫的亲和⼒⼤于铁，与硫形成熔点⾼，不溶于液态钢铁的稳定硫化物，上浮进⼊渣相⽽进⾏脱硫的⽅法
18、钢的熔炼中，只有含氧量极低时，才能⽤锰和镁脱硫。

因氧与Mn、Mg的结合能⼒远⾼于S，当锰和镁加⼊钢液中⾸先脱氧，锰和镁对钢⽔⼏乎⽆脱硫作⽤19、熔渣脱硫是⽬前铸造和焊接冶⾦中主要的脱硫⽅法。

它是利⽤熔渣中的CaO、
CaC2、MnO、MgO 等进⾏脱硫，脱硫的原理与扩散脱氧相似
20、影响熔渣脱硫过程的主要因素：
熔渣的还原性和碱度：渣中氧化钙浓度⾼和氧化亚铁浓度低都有利于反应的
进⾏。

熔渣碱度⾼有利于脱硫
粘度：脱硫需要扩散，低粘度的熔渣有利于脱硫
温度：熔渣脱硫反应都是吸热反应，升⾼温度有利于脱硫，升⾼温度的同时也降低了熔渣粘度
硫的活度：凡能增加硫活度的因素（如提⾼铁⽔的碳、硅含量）都有利于脱硫
21、磷在⼤多数铁基合⾦中，都认为是有害元素。

与铁、镍形成低熔点共晶Fe3P＋Fe、Ni3P＋Fe促使含碳量较⾼的低合⾦钢和奥⽒体钢产⽣结晶裂纹
Fe2P 或Fe3P 硬⽽脆增加材料的冷脆性、冲击韧性降低，脆性转变温度升⾼
22、脱磷步骤：
第⼀步：熔渣中的氧化亚铁将钢液中的磷氧化⽣成P2O5；
第⼆步：使之与渣中的碱性氧化物⽣成稳定的磷酸盐
23、对脱磷过程有利的条件
熔渣的⾼碱度、强氧化性、低粘度，较低的温度，较⼤的渣量
1、焊接热循环：在焊接热源的作⽤下，焊件上某点的温度随时间的变化过程，
即焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低⽽⾼，
达到最⾼值后，⼜由⾼⽽低随时间的变化。

2、决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个：
（1）加热速度ωH：焊接热源的集中程度较⾼，引起焊接时的加热速度增加，较
快的加热速度将使相变过程进⾏的程度不充分，从⽽影响接
头的组织和⼒学性能。

（2）最⾼加热温度Ｔmax：也称为峰值温度。

距焊缝远近不同的点，加热的最⾼（输⼊的能量E越⾼，其值越⼤）温度不同。

焊接过程中的⾼温使焊缝附近的⾦属
发⽣晶粒长⼤和重结晶，从⽽改变母材的组织与性能。

（3）相变温度以上的停留时间t
h ：在相变温度T
H
以上停留时间越长，越有利于
（E越⾼，t h越⾼）奥⽒体的均匀化过程，增加奥⽒体的稳定性，但同时易
使晶粒长⼤，引起接头脆化现象，从⽽降低接头的质量。

（4）冷却速度ωC(或冷却时间t
8 / 5
) 冷却速度是决定焊接热影响区组织和性（E越⾼，其值越⼩）能的重要参数之⼀。

对低合⾦钢来说，熔合线附近冷却到540℃左右的瞬时冷却速度是最重要的参数。

也可采⽤某⼀
温度范围内的冷却时间来表征冷却的快慢，如800～500℃
的冷却时间t
8 / 5，800～300℃的冷却时间t
8/3
，以及从峰值
温度冷⾄100℃的冷却时间t
100。

3、焊接热循环特点：加热速度快、峰值温度⾼、冷却速度⼤和相变温度以上停
留时间不易控制
4、研究焊接热循环的意义
①找出最佳的焊接热循环②⽤⼯艺⼿段改善焊接热循环
③预测焊接应⼒分布及改善热影响区组织与性能
5、热影响区：熔焊时在⾼温热源的作⽤下，靠近焊缝两侧的⼀定范围内发⽣组
织和性能变化的趋于称为热影响区。

6、焊接热过程的特点：
1、加热峰值温度⾼：热处理加热温度最⾼在Ac3以上100~200℃
2、加热速度快：是热处理加热速度的⼏⼗倍甚⾄⼏百倍
3、⾼温停留时间短且不易控制：⼀般⼿⼯电弧焊时在Ac3以上
保温的最⼤时间20秒，埋弧⾃动焊时30~100秒
4、⾃然冷却：热处理可根据要求控制冷却速度或在冷却过程中
不同阶段进⾏保温，焊接时，⾃然条件下冷却，冷却速度快
5、局部加热和移动: 局部加热和热源移动，产⽣相变和应变
6、在应⼒状态下进⾏组织转变
7、焊接加热过程的组织转变
加热速度对相变点的影响：焊接过程的快速加热，将使各种⾦属的相变温度⽐起等温转变时⼤有提⾼。

①加热速度越快，相变点Ac1和Ac3提⾼幅度增⼤，且Ac1和Ac3之间间隔也增⼤。

②当钢中含有较多碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb等)时，这⼀影响更为明显
加热速度对Ａ均质化影响：加热速度不但对相变点有影响，对A的形成过程和均质化均有影响（如下图）
加热速度对近缝区晶粒的影响：在焊接条件下，近缝区由于强烈过热使晶粒发⽣严重长⼤，影响焊接接头塑性，韧性，易产⽣热裂纹，冷裂纹
焊接条件下的组织转变不仅与等温转变不同，也与热处理条件下的连续冷却组织转变不同，存在着扩散型相变和⾮扩散型相变。

焊接过程属于⾮平衡热⼒学过程，随着冷却速度增⼤，平衡状态图上各相变点和温度线均发⽣偏移
8、焊接⽤钢根据热处理特性的不同分为两⼤类：淬⽕钢和不易淬⽕钢。

不易淬⽕钢：淬⽕倾向很⼩，包括低碳钢，某些不易淬硬的低合⾦钢。

如16Mn、15MoV、15MnTi等
淬⽕钢：淬硬倾向较⼤的钢种。

包括中碳钢，低、中碳调质合⾦钢。

如18MnMoNb、45钢、30CrMnSi等
9、焊接热循环对不易淬⽕钢的热影响区组织的影响：
在⼀般的熔焊条件下，不易淬⽕钢按照热影响区中不同部位加热的最⾼温度及组织特征，可分为以下四个区
1) 熔合区: 焊缝与母材之间的过渡区域。

范围很窄，常常只有⼏个晶粒,具有
明显的化学成分不均匀性。

2) 过热区(粗晶区): 加热温度在固相线以下到晶粒开始急剧长⼤温度(约为
1100℃左右)范围内的区域叫过热区。

由于⾦属处于过热的状态，
奥⽒体晶粒发⽣严重的粗化，冷却后得到粗⼤的组织，并极易出
现脆性的魏⽒组织。

3) 相变重结晶区(正⽕区或细晶区): 该区的母材⾦属被加热到AC3⾄1100℃
左右温度范围，其中铁素体和珠光体将发⽣重结晶，全部转变为
奥⽒体。

形成的奥⽒体晶粒尺⼨⼩于原铁素体和珠光体，然后在
空⽓中冷却就会得到均匀⽽细⼩的珠光体和铁素体，相当于热处
理时的正⽕组织，故亦称正⽕区。

4) 不完全重结晶区: 焊接时处于AC1～AC3之间范围内的热影响区属于不完
全重结晶区。

因为处于AC1～AC3范围内只有⼀部分组织发⽣了相
变重结晶过程，成为晶粒细⼩的铁素体和珠光体，⽽另⼀部分是
始终未能溶⼊奥⽒体的剩余铁素体，由于未经重结晶仍保留粗⼤
晶粒。

10、焊接热循环对易淬⽕钢的热影响区组织的影响:
母材焊前是正⽕状态或退⽕状态，则焊后热影响区可分为：
1) 完全淬⽕区：焊接时热影响区处于AC3以上的区域。

在紧靠焊缝相当于低
碳钢过热区的部位，由于晶粒严重粗化，得到粗⼤的马⽒体；相
当于正⽕区的部位得到细⼩的马⽒体。

2) 不完全淬⽕区：母材被加热到AC1～AC3温度之间的热影响区。

快速加热和
冷却过程得到马⽒体和铁素体的混合组织；含碳量和合⾦元素含
量不⾼或冷却速度较⼩时，其组织可能为索⽒体或珠光体。

母材焊前是调质状态，则焊接热影响区的组织分布除上述两个外，还有⼀个回⽕软化区。

在回⽕区内组织和性能发⽣变化的程度决定于焊前调
质的回⽕温度：若焊前调质时回⽕温度为Tt，低于此温度的部位，
组织性能不发⽣变化，⾼于此温度的部位，组织性能将发⽣变化，
出现软化。

若焊前为淬⽕态，紧靠Ac1的部位得到回⽕索⽒体，
离焊缝较远的区域得到回⽕马⽒体。

11、焊接热循环对性能的影响（四化）
使HAZ发⽣硬化、脆化(粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化、氢脆以及⽯墨脆化等)、韧化、软化等。

12、HAZ的硬化：HAZ的硬度主要取决于被焊钢种的化学成分和冷却条件。

①化学成分的影响：
钢中含碳量⼤⼩显著影响奥⽒体的稳定性，对淬硬倾向影响最⼤。

含碳量越⾼，越容易得到马⽒体组织（M数量多不⼀定硬度就⼤），且马⽒体的硬度随含碳量的增⾼⽽增⼤。

溶于奥⽒体时可提⾼淬硬性(和淬透性)；⽽形成不溶碳化物、氮化物时，则可成为⾮马⽒体相变形核的核⼼，从⽽细化晶粒，使淬硬性下降
碳当量（Carbon Equivalent）是反映钢中化学成分对硬化程度的影响，它是把钢中合⾦元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量
②冷却条件的影响
延长t8/5可在⼀定程度上降低HAZ的硬化性，但却增加了⾼温停留时间tH，致使晶粒粗化，同时还易使第⼆相固溶和A中碳的均匀化程度提⾼，这些⼜都促
使硬化性增⼤
降低⾼温停留时间tH（减⼩焊接现能量E和预热温度T0）可减⼩晶粒粗化，从⽽减⼩硬化倾向
13、HAZ的脆化脆化形式有：粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效
脆化、氢脆以及⽯墨脆化。

控制脆化措施：
（1）粗晶脆化：对于某些低合⾦⾼强钢，由于希望出现下贝⽒体或低碳马⽒体，可以适当降低焊接线能量和提⾼冷却速度，从⽽起到改善粗晶区韧性的作⽤，提⾼抗脆能⼒。

⾼碳低合⾦⾼强钢与此相反，提⾼冷却速度会促使⽣成孪晶马⽒体，使脆性增⼤。

所以，应采⽤适当提⾼焊接线能量和降低冷却速度的⼯艺措施。

（2）析出脆化：控制加热速度和冷却速度，加⼊⼀些合⾦元素阻⽌碳化物，氮化物等的析出。

（3）组织脆化：控制冷却速度，中等的冷速才能形成M-A组元，冷速太快和太慢都不能产⽣M-A组元⽒体(孪晶马⽒体)；控制合⾦元素的含量，合⾦化程度较⾼时，奥⽒体的稳定性较⼤，因⽽不易分解⽽形成M-A组元；控制母材的含碳量，选⽤合适含碳量的材料。

（4）HAZ 的热应变时效脆化(HSE): 焊接接头的HSE往往是静态应变时效和动态应变时效的综合作⽤的结果。

尽量使焊接接头⽆缺⼝，从⽽减轻动态应变时效脆化程度；采⽤合适的冷作⼯序，静态应变时效脆化的程度取决于钢材在焊前所受到的预应变量以及轧制、弯曲、冲孔、剪切、校直、滚圆等冷作⼯序。

焊接⼯艺上控制加热速度和最⾼加热温度以及焊接线能量。

14、HAZ的韧化控制措施：
控制组织：对低合⾦钢，控制含碳量，使合⾦元素为低碳微量多种合⾦元素的强化体系，冷却后可获得低碳马⽒体、下贝⽒体和针状铁素体等韧性好
的组织。

尽量控制晶界偏析
韧化处理：合理制定焊接⼯艺；正确选择线能量和预热、后热温度；弥散强化、固溶强化等
韧化的途径：除了上述措施外，还有如细晶粒钢(利⽤微量元素弥散强化、固熔强化、控制析出相的尺⼨及形态等)采⽤控轧⼯艺，进⼀步细化铁素
体的晶粒，也会提⾼材质的韧性；采⽤炉内精炼，炉外提纯等⼀系列
措施，从⽽得到⾼纯净钢，使钢中的杂质(S、P、O、N等)含量极低，
使钢材的韧性⼤为提⾼，也提⾼了焊接HAZ的韧性。

15、HAZ的软化：
焊接调质钢，HAZ的软化程度与母材焊前的热处理状态有关：母材焊前调质处理的回⽕温度越低，焊后软化现象越严重
强化合⾦（如镍合⾦、铝合⾦和钛合⾦）在焊接HAZ会出现强度下降的现象，及所谓“过时效软化”采⽤⼩的热源输⼊，进⾏多层焊，并保持低的层间温度，有利于降低软化
中碳调质钢焊接热影响区软化机制：中碳钢淬⽕后得到粗⼤的马⽒体，强度硬度很⾼，中碳钢经过调质处理后得到回⽕索⽒体，它的硬度和强度⽐淬⽕马⽒体低，即中碳调质钢发⽣了热处理强化，在焊接热影响区出现了不同程度的失强。

改善与控制：控制调质处理的回⽕温度，提⾼回⽕温度可以降低中碳调质钢焊接
热影响区软化。

因为焊接调质钢时，HAZ的软化程度与母材焊前的热处理状态有关。

母材焊前调质处理的回⽕温度越低(即强化程度越⼤)，则焊后的软化程度越严重。

16、改善HAZ组织性能的措施
1）母材焊后选择合理的热处理⽅法（调质、淬⽕等）。

2）选择合适的板厚、接头形式及焊接⽅法等。

3）控制焊接线能量、冷却速度和加热速度。

17、简要说明易淬⽕钢和不易淬⽕钢HAZ粗晶区的组织特点和对性能的影响？（1）易淬⽕钢HAZ粗晶区：
在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位，由于晶粒严重粗化，故得到粗⼤的马⽒体，强度硬度很⾼，塑性韧性较低；正⽕区得到细⼩的马⽒体，强度硬度较⾼，但是⽐粗⼤马⽒体要低，塑性韧性⽐粗⼤马⽒体好。

（2）不易淬⽕钢HAZ粗晶区：
由于⾦属处于过热的状态，奥⽒体晶粒发⽣严重的粗化，冷却之后便得到粗⼤的组织。

并极易出现脆性的魏⽒组织。

故该区的塑性、韧性较差。

焊接刚度较⼤的结构时，常在过热粗晶区产⽣脆化或裂纹。

18、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变区别：
焊接条件下热影响区的组织转变与热处理条件下的组织转变相⽐，其基本原理是相同的。

但由于焊接过程的特殊性，使焊接条件下的组织转变⼜具有与热处理不同的特点。

焊接热过程概括起来有以下六个特点：
（1）⼀般热处理时加热温度最⾼在A
C3
以上l00～200℃，⽽焊接时加热温度远
超过A
C3
，在熔合线附近可达l350～l400℃。

（2）焊接时由于采⽤的热源强烈集中，故加热速度⽐热处理时要快得多，往往超过⼏⼗倍甚⾄⼏百倍。

（3）焊接时由于热循环的特点，在A
C3
以上保温的时间很短(⼀般⼿⼯电弧焊约为4～20s，埋弧焊时30～l00s)，⽽在热处理时可以根据需要任意控制保温时间。

（4）在热处理时可以根据需要来控制冷却速度或在冷却过程中不同阶段进⾏保温。

然⽽在焊接时，⼀般都是在⾃然条件下连续冷却，个别情况下才进⾏焊后保温或焊后热处理。

（5）焊接加热的局部性和移动性将产⽣不均匀相变及应变；⽽热处理过程⼀般不会出现。

（6）焊接过程中，在应⼒状态下进⾏组织转变；⽽热处理过程不是很明显。

所以焊接条件下热影响区的组织转变必然有它本⾝的特殊性。

此外，焊接过程的快速加热，⾸先将使各种⾦属的相变温度⽐起等温转变时
⼤有提⾼。

加热速度越快，不仅被焊⾦属的相变点A
C1和A
C3
提⾼幅度增⼤，
⽽且A
C1和A
C3
之间的间隔也越⼤。

加热速度还影响奥⽒体的形成过程，特别
是对奥⽒体的均质化过程有着重要的影响。

由于奥⽒体的均质化过程属于扩散过程，因此加热速度快，相变点以上停留时间短，不利于扩散过程的进⾏，从⽽均质化的程度很差。

这⼀过程必然影响冷却过程的组织转变。

焊接过程属于⾮平衡热⼒学过程，在这种情况下，随着冷却速度增⼤，平衡
状态图上各相变点和温度线均发⽣偏移。

在焊接连续冷却条件下，过冷奥⽒体转变并不按平衡条件进⾏，如珠光体的成分，由w(C)0.8％⽽变成⼀个成分范围，形成伪共析组织。

此外，贝⽒体、马⽒体也都是处在⾮平衡条件下的组织，种类繁多。

这与焊接时快速加热、⾼温、连续冷却等因素有关。

第⼗⼀章
1、概念
偏析：合⾦在凝固过程中所发⽣的化学成分不均匀现象称为偏析。

偏析的分类：（根据偏析范围的不同）宏观偏析和微观偏析两⼤类。

宏观偏析是指凝固断⾯上各部位的化学成分不均匀现象。

微观偏析是指在微⼩范围（约⼀个晶粒范围）内的化学成分不均匀现象
偏析产⽣原因：主要是由于合⾦在凝固过程中溶质再分配和扩散不充分引起的偏析的利弊：偏析对合⾦的⼒学性能、切削加⼯性能、抗裂性及耐腐蚀性能均有程度不同的损害。

偏析也有有益的⼀⾯，如利⽤偏析现象可以净化
或提纯⾦属等
晶内偏析：在实际⽣产条件下，由于冷却速度较快，扩散过程来不及充分进⾏，因⽽固溶体合⾦凝固后，每个晶粒的成分不均匀的现象。

枝晶偏析：固溶体合⾦按树枝晶⽅式⽣长时，先结晶的枝⼲与后结晶的分枝间成分不均匀的现象。

晶界偏析：在合⾦凝固过程中，溶质元素和⾮⾦属夹杂物常富集于晶界，使晶界与晶内的化学成分出现差异，这种成分不均匀现象称为晶界偏析2、影响偏析程度的因素：
合⾦相图形状、偏析元素的扩散能⼒和冷却条件
1）合⾦相图上液固相线间隔越⼤，则先、后结晶部分的成分差
别越⼤，晶内偏析越严重
2）偏析元素在固溶体中扩散能⼒越⼩，晶内偏析倾向越⼤
3）其它条件相同时，冷却速度越快，则实际结晶温度越低，原
⼦扩散能⼒越⼩，晶内偏析越严重。

但另⼀⽅⾯，冷却速度。