低碳钢焊接热影响区
热影响区的组织与性能
焊接热影响区的性能
软化
热影响区软化是指焊后其强度、硬度低 于焊前母材的现象。
软化主要出现在：焊前经过调质处理的 钢；具有沉淀强化的钢；弥散强化合金。
焊接热影响区的性能
调质钢焊接时热影响区软化
钢经过淬火处理后，在回火过程中随回 火温度提高，强度与硬度逐渐下降。
焊接条件下，如热影响区的加热温度超 过了焊前回火温度，相当于提高了回火 温度，强度必然比焊前低。
不同位置的最高加热温度不同 加热温度高
热处理：AC3以上100-200℃，如45号钢AC3：770 ℃； 焊接近缝区：接近熔点，钢的熔点1350 ℃左右。 加热速度快 比热处理快几十倍甚至上百倍。
高温停留时间短 手工电弧焊：4-20S；
埋弧焊：20-40S。
自然条件下连续冷却
焊接热循环条件下
焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
影响冷却时的组织转变
焊接热循环条件下
冷却时的组织转变特点
组织转变向低温推移 马氏体转变临界冷速发生变化
焊接条件下
连续组织转变与CCT图
CCT图是连续冷却转变曲线的简称，可以比 较方便的预测焊接热影响区的组织和性能。
CCT图绘制时，将奥氏体化试件以各种冷却 速度连续冷却到室温、测定冷却过程中过冷 奥氏体转变的开始点(温度和时间)与终了点。 把测到的数据描绘在温度—时间坐标平面上， 最后将分别连结各个开始点与终了点．就得 到CCT图。
CCT图的应用
焊接热影响区的组织特征
焊接热影响区上距焊缝远近不同的部位 组织不同
不同的钢材，焊接热影响区的组织也不 同
焊接热影响区的组成
低碳钢
过热区 相变重结晶区 不完全重结晶 区 再结晶区
(完整版)焊接热影响区的组织和性能
图4-37 Hmax与CE的关系
钢种HT50～HT100 板厚25～50mm， E＝17KJ/cm，t8/5＝6.5s
图4-38 Hmax与t8/5及Pcm的关系 钢材：18MnMoNb 板厚16～36mm
t8/5（s)
(2) 析出脆化
图4-47 析出物的间距λ与位错运动及脆性的关系
（三）调质钢HAZ软化
1.调质钢HAZ软化
图4-48 调质钢HAZ的硬度分布 A－焊前淬火＋低温回火 B－焊前淬火＋高温回火 C－焊前退火
图4-49
图4-50
2.热处理强化合金焊接HAZ软化
Thanks
国产低合金钢公式
（二）焊接热影响区脆化
1. 粗晶脆化
晶粒长大影响因素：
化学成分、组织状态、加热温度、时间
碳化物形成元素：Ti、Nb、Mo、V、W
lg( D 4
D04 )
2 lg E
l
0.129
/E 1.587
10 3
92.64
焊接HAZ晶粒尺寸与焊接线能量的关系
图4-41 碳锰钢HAZ的脆化分布
24 16 15 20
5
A(C) 0.75 0.25tgh[20(C 0.12)]
（4-24)
适用于 C含量0.034～0.254％范围内的钢 A（C)－碳的适应系数
2. 碳当量及冷却时间t8/5与HAZ最高硬度Hmax的关系
Hmax＝1274Pcm＋45
Hmax＝559CE＋100
图4-36 Hmax与Pcm的关系
埋弧自动焊 电渣焊
氧乙炔气焊 真空电子束焊
各区的平均尺寸（mm）
四、焊接热影响区(2010)
1 熔合区（半熔化区）
焊缝与母材相邻的部位，是液－ 固相结合的部位。化学成分、组织、 性能非常不均匀，是产生裂纹、脆性 破坏的发源地。
t8/5：焊缝从800℃冷却到500℃所用的时间；
t8/3：焊缝从800℃冷却到300℃所用的时间；
t100：焊缝从Tm冷却到100℃所用的时间。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
（1）被焊金属的热物理性质： 金属的导热系数越大，冷却速 度就越快。 （2）钢板的厚度： 钢板的尺寸越大、越厚，冷 却速度就越快（图5－66）。但板厚 超过25mm后，冷却速度趋于一 定值。
焊接热影响区的最新划分方法（图4－35）
表 4— 12 部位(名称) 完全混合区
焊缝及热影响区新的划分及建议 所包括的范围(定义) 现在通用的划分 填充金属与母材金属完全均匀混合形 成化学成分均一的焊缝金属 焊缝金属 焊缝金属的外侧部分，母材金属与填 充金属不完全混合的地方 明显的完全熔化边界 熔合区 焊缝边界的外侧母材部分，晶粒边界 有不同程度的熔化(0％~100％) 固相母材发生组织变化的区域 热影响区
（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响
初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。
预热对减缓600℃以下的冷 却速度特别显著，是控制淬硬 组织、避免产生冷裂纹的重要 手段。
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响 HAZ的冷却速度受焊接电流、电弧 电压、焊接速度等的影响，冷却速度随 着焊接线能量的增加而降低（图5－68）。 焊接接头的形状对冷却速度也有影 响。角焊缝、 T 字接头的冷却速度比对 接焊缝的冷却速度要快得多。 调整焊接线能量、预热、缓冷等措 施都可以降低焊缝的冷却速度。
焊接第五章 焊接热影响区
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
二、焊接冷却过程组织转变的特点
图5-6 焊接与热处理的热循环曲线
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-7 45钢连续冷却曲线 F—铁素体 P—珠光体 A—奥氏体 M—马氏体 Z—中间组织
实线—焊接( =1350℃) 虚线—热处理( =1050℃)
26091C
主编
第四章 焊接熔池的结晶和焊缝金属的组织 第五章 焊接热影响区
第五章 焊接热影响区
第一节 焊接热影响区组织转变的特点 第二节 焊接热影响区的组织 第三节 焊接热影响区的性能
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
一、焊接加热过程组织转变的特响
B—焊前淬火+高温回火 C—焊前退火 1—淬火区 2—部分淬火区 3—回火区
第三节 焊接热影响区的性能
五、改善焊接热影响区性能的途径 1.采用高韧性母材 2. 焊后热处理 3. 合理制订焊接工艺规程
第二节 焊接热影响区的组织
图5-14 低碳钢埋弧焊时焊接热影响区的组织 a)熔合区 b)过热区 c)相变重结晶区 d)不完全重结晶区 e)母材
第二节 焊接热影响区的组织
表5-5 低碳钢埋弧焊时焊接接头的组织特征及性能分布
第三节 焊接热影响区的性能
一、焊接热影响区的硬度变化 二、焊接热影响区的常温力学性能
图5-3 a) 45钢 b) 18Cr2WV钢
(A—平均晶粒面积 d—平均晶粒直径)
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-4 焊接热影响区中的晶粒度的分布
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
表5-2 不同焊接方法单层对接焊时的热循环参数
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
焊接热影响区
热影响区的组织分布(1)完全淬火区：焊接时热影响区处于AC3以上的区域，由于这类钢的淬硬倾向较大，故焊后得到淬火组织（马氏体）。
在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，从而形成了与马氏体共存的混合组织。
这个区在组织特征上都是属同一类型（马氏体），只是粗细不同，因此统称为完全淬火区。
(2)不完全淬火区：母材被加热到AC1～AC3温度之间的热影响区，在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。
在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体。
原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体的组织，故称不完全淬火区。
如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和体素体。
如果母材在焊前是调质状态，那么焊接热影区的组织，除在上述的完全淬火和不完全淬火区之外，还可能发生不同程度的回火处理，称为回火区（低于AC1 以下的区域）。
总括以上，金属在焊接热循环的作用下，热影响区的组织分布是不均匀的。
熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带。
对于含碳高、合金元素较多、淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体，降低塑性和韧性，因而易于产生裂纹。
在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业。
农业。
交通运输。
建筑以及国防等各方面都离不开他。
随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。
为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。
后者是最广泛，最常用的方法。
热处理是一种综合工艺。
热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。
热处理工艺在我国已有悠久的历史，早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物，在洛阳出土的战国时代的铁锛，系由白口铁脱碳退火制成。
在战国时代燕都遗址出土的大量兵器，向人们展示了在当时钢件已经采用了淬火，正火，渗碳等工艺。
铸造用低碳钢材质ASTM A27 70-40焊接热影响区硬度差值的控制
中国铸造装备与技术6/2013Bi 元素对球铁力学性能影响不大；加Sb 元素可显著增加球铁强度和硬度。
但当Bi 、Sb 元素加入量分别达到0.01%和0.02%以上时，二者对石墨形态的有害作用体现出来，在球铁显微组织中出现了变异石墨，球化率和石墨球数均下降。
其中，稀土元素含量合适的范围是1.5Bi 和1.8Sb 。
（2）在总结了部分大断面球铁铸件的实际生产结果后发现，Bi 元素适用于以铁素体基体为主的高韧性球铁，经过微调，可很好地用于QT400-18LT 铸件的生产,一般Bi 元素加入量为0.008%~0.010%，稀土元素控制范围为1.4~1.9Bi,可取得最佳效果；对于以珠光体基体为主的高强度球铁，Sb 元素加入量为0.01%~0.02%，稀土元素控制范围为1.5~2.5Sb ，可保证球化率在80%以上。
若复合加入0.3%~0.5%的Cu 元素，则珠光体可稳定地达到90%以上。
参考文献[1]许峰,赵红,范希营.微量铋锑对大断面球墨铸铁的影响[J].铸造,1998(12).[2]许峰,赵红,张博.微量铋和锑在大断面球墨铸铁中的冶金行为[J].现代铸铁,1999(3).The Influence of Trace Elements Bi and Sb on S.G.Iron with Large SectionCAO WeiKang（CSR Qishuyan Locomotive Co.Ltd.,Changzhou 213011,Jiangsu China ）Abstract :The effect of trace elements Bi and Sb on production of s.g.iron with large section has beensummarized with proposal that for an optimal comprehensive performance of two types of s.g.iron,0.008%~0.010%Bi should be added into that with ferrous base and the ratio of Re residual/Bi be controlled within 1.4~1.9while0.01%~0.02%Sb should be added into that with pearlite base and the ratio of Re residual/Sb be controlled within1.2~2.5.Keywords :S.G.Iron with large section ；Bi ；Sb磨机是继破碎机之后对矿石或其他物料继续粉碎，旨在获得不同工艺所需要的更细颗粒产品的设备[1]。
第四章热影响区
（三）焊接热影响区的韧化
1. 通过母材的合金化方式和组织状态提高 HAZ的韧性 2.采用焊后热处理来改善HAZ的韧性 3.控制焊接线能量
（四）调质钢焊接HAZ的软化问题
1.调质钢焊接时HAZ的软化
软化的原因： 焊接加热温度超过工件原始调质温 度。 软化或失强最大的部位是在峰值温度为Acl附近
2.热处理强化合金焊接HAZ的软化
一、HAZ热循环的特点（五点）：
1.加热温度高 2.加热速度快 3.高温停留时间短 4.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.局部加热
二、焊接对加热过程组织转变的特点
1. 加热速度越快，被焊金属的相变点 A cl和 A c3的温度越高，而且 A cl和 A c3之间的 温差越大，如图 4－19和表 4－8所示。含 有碳化物合金元素（Cr、W、Mo、V、 Ti、Nb等）的钢，加热速度对相变温度 的影响更大 2.奥氏体均质化程度较低
5．焊接HAZ最高硬度的计算公式
（1）国产钢硬度计算公式 HAZ的最大硬度H max与P cm和t 8／5的关系建立 的硬度计算公式 ： a.当t 8/5<τM100时 H max=292+812C b.当 t 8／5＞τM100时 H max ＝ 52.0＋ 147.0Pcm- 81lg t 8／5
第三节 焊接热影响区的组织和性能
一、焊接热影响区的组织分布
（一）低碳钢和某些低合金钢（不易淬火钢）的HAZ 可分为四个区（如图4－29所示）
1.熔合区 a.焊缝与母材相邻的部位（温度处于固液相线 之间） b.范围很窄，在化学成分上和组织性能上都 有较大的不均匀性，对焊接接头的强度、 韧性都有很大的影响
软化的原因： 焊接具有热处理强化的合金（如Al)时，主要问题 之一就是HAZ软化，降低了焊接接头的力学性能
热影响区
第三节 焊接热影响区的组织和性能
一、焊接热影响区的组织分布
（一）低碳钢和某些低合金钢（不易淬火钢）的HAZ 可分为四个区（如图4－29所示）
1.熔合区 a.焊缝与母材相邻的部位（温度处于固液相线 之间） b.范围很窄，在化学成分上和组织性能上都 有较大的不均匀性，对焊接接头的强度、 韧性都有很大的影响
1．完全淬火区
a.处于Ac3以上的区域
b.钢的淬硬倾向较大，焊后得到淬火组织（马 氏体） c.靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热 区），晶粒严重长大，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.不完淬火区
a.母材被加热到Acl～Ac3温度之间的热影响 区
b.原铁素体保持不变，有不同程度的长大， 形成马氏体-铁素体的组织
软化的原因： 焊接具有热处理强化的合金（如Al)时，主要问题 之一就是HAZ软化，降低了焊接接头的力学性能
三、焊接条件下CCT图及其应用
1.图4－23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的 变化图 2.在焊接条件下熔合区附近（Tm=1300～ 1350℃）t8／5冷却时间，可以在图上查出相 应的组织和硬度
3.影响CCT图的因素
（1）母材化学成分的影响 除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素 都使S曲线向右移，即增加淬硬倾向，并降 低Ms点，其中以碳的影响为最大 （2）冷却速度的影响 a.随着冷却速度的增高，对于Fe－C合金， A1、A3、A cm均移向更低的温度，共析成分 由 C0．83％转为 C0. 4％～ 0.8％ 。 b.马氏体增大滑移的抗力，不均匀切变就会 以孪晶方式进行，马氏体就由条状变为片状
低碳钢和低合金钢焊接时，在熔合线附近的过热 区，由于温度高（1300～1350℃），晶粒发生严 重长大，从而使韧性严重下降
材料成型试题及答案
材料成型复习题样卷一、名词解释1落料和冲孔：落料和冲孔又称冲裁,是使坯料按封闭轮廓分离;落料是被分离的部分为所需要的工件,而留下的周边是废料；冲孔则相反;2 焊接：将分离的金属用局部加热或加压,或两者兼而使用等手段,借助于金属内部原子的结合和扩散作用牢固的连接起来,形成永久性接头的过程;3顺序凝固：是采用各种措施保证铸件结构各部分,从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度,实现由远离冒口的部分最先凝固,在向冒口方向顺序凝固,使缩孔移至冒口中,切除冒口即可获得合格零件的铸造工艺同时凝固：是指采取一些工艺措施,使铸件个部分温差很小,几乎同时进行凝固获得合格零件的铸造工艺;4．缩孔、缩松：液态金属在凝固过程中,由于液态收缩和凝固收缩,因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞,这种孔洞称为缩孔,而细小而分散的孔洞称为分散性缩孔,简称缩松;5.直流正接：将焊件接电焊机的正极,焊条接其负极；用于较厚或高熔点金属的焊接;6 自由锻造：利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形,从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程;7模型锻造：它包括模锻和镦锻,它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内,然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成型过程;8.金属焊接性：金属在一定条件下,获得优质焊接接头的难易程度,即金属材料对焊接加工的适应性;9,粉末冶金：是用金属粉末做原料,经压制后烧结而制造各种零件和产品的方法;10钎焊：利用熔点比钎焊金属低的钎料作填充金属,适当加热后,钎料熔化将处于固态的焊件连接起来的一种方法;11直流反接：将焊件接电焊机的负极,焊条接其正极；用于轻薄或低熔点金属的焊接;二、判断题全是正确的说法1、铸件中可能存在的气孔有侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种;2、金属粉末的基本性能包括成分、粒径分布、颗粒形状和大小以及技术特征等;3、砂型铸造常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型等;4、影响金属焊接的主要因素有温度、压力;5、粉末压制生产技术流程为粉末制取、配混、压制成形、烧结、其他处理加工;6、影响液态金属充型能力的因素有金属流动性、铸型性质、浇注条件、铸件结构四个方面;7、金属材料的可锻性常用金属的塑性指标和变形抗力来综合衡量;8、熔化焊接用焊条通常由焊芯和药皮组成,其中焊芯的主要作用为作为电源的一个电极,传导电流,产生电弧、熔化后作为填充材料,与母材一起构成焊缝金属等;9、金属塑性变形的基本规律是体积不变定律和最小阻力定律;10、一般砂型铸造技术的浇注系统结构主要由浇口杯,直浇道,横浇道,内浇道组成;11、硬质合金是将一些难熔的金属碳化物和金属黏结剂粉末混合,压制成形,并经烧结而形成的一类粉末压制品12、液态金属浇入铸型后,从浇注温度冷却到室温都经历液态收缩,固2 / 8 态收缩、凝固收缩三个互相关联的收缩阶段;13、按照熔炉的特点,铸造合金的熔炼可分为冲天炉熔炼电弧炉熔炼、感应电炉熔炼坩埚炉熔炼等;14、金属粉末的制备方法主要有矿物还原法、电解法、雾化法、机械粉碎法、研磨法等;15、焊接过程中对焊件进行了局部不均匀加热,是产生焊接应力和变形的根本原因;16、根据钎料熔点不同,钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两大类,其温度分界为450℃;17、固态材料的连接可分为永久性,非永久性两种;18、铸造成型过程中,影响合金收缩的因素有金属自身的成分、温度、相变和外界阻力;19、金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性,其评定的方法有碳当量法、冷裂纹敏感系数法;20、按金属固态成形的温度将成形过程分为两大类其一是冷变形过程,其二是热变形过程,它们以金属的再结晶温度为分界限;21、模锻时飞边的作用是强迫充填,容纳多余的金属,减轻上模对下模的打击,起缓冲作用;三、问答题1、板料加工技术过程中冲裁凸、凹模和拉深凸、凹模有何不同;答：主要区别在于工作部分凸模与凹模的间隙不同,而且拉深的凸凹模上没有锋利的刃口;冲裁凸凹模有锋利的刃口和适当的间隙；拉深凸凹模有适当的圆角和较大的间隙; 2、手工电弧焊用焊条的选用原则是什么P143答：1根据母材的化学成分和力学性能；2根据焊件的工作条件和结构特点；3根据焊接设备、施工条件和焊接技术性能;3、焊接应力产生的根本原因是什么减少和消除焊接应力的措施有哪些答：根本原因：焊接过程中对焊件进行了局部不均匀加热;措施：1选择合理的焊接顺序,应尽量使焊缝自由收缩而不受较大约束；2焊前预热,焊前将工件预热到350~400℃,然后再进行焊接；3加热“减应区”,在焊件结构上选择合适的部位加热后再焊接；4焊后热处理;去应力退火,即将工件均匀加热后到600–650℃保温一段时间后冷却;整体高温回火消除焊接应力最好;4、铸造成形的浇注系统由哪几部分组成,其功能是什么答：浇注系统结构主要由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成;功能：1腔与浇包连接起来,平稳地导入液态金属；2及排除铸型型腔中的空气及其他其他；3调节铸型与铸件各部分的稳定分布以控制铸件的凝固顺序；4保证液态金属在最合适的时间范围内充满铸型,不使金属过度氧化,有足够的压力头,并保证金属液面在铸型型腔内有适当的上升速度等;5、熔炼铸造合金应满足的主要要求有哪些答1熔炼出符合材质性能要求的金属液,而且化学成分的波动应尽量小；2熔化并过热金属的高温；3有充足和适时的金属液供应；4低的能耗和熔炼费用；5噪声和排放的污染物严格控制在法定范围内;7、简述铸件上冒口的作用和冒口设计必须满足的基本原则;答：补偿铸件收缩,防止产生缩孔和缩松缺陷,集渣和通、排气;原则：凝固实际应大于或等于铸件或补缩部分的凝固时间；有足够的金属液补充铸件的收缩；与铸件被补缩部位之间必须挫折补缩通道;8、简述砂型铸造和特种铸造的特点;答：砂型铸造适应性广,技术灵活性大,不受零件的形状、大小、复杂程度及金属合金种类限制,生产过程简单,但其尺寸精度低及表面粗糙度高；铸件内部品质低；技术经济指标低;特种铸造尺寸精度高,表面粗糙度低,具有较高的技术经济指标材料消耗少,老大条件好;生产过程易实现自动化和机械化;但其适应性差,上次准备工作量大,技术装备复杂;9、焊接用焊条药皮由哪几部分组成,其作用是什么答：由稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂组成;作用：稳弧剂在电弧高温下易产生钾钠等的离子,帮组电子发射,有利于稳弧和使电弧稳定燃烧;造渣剂焊接时形成熔渣,对液态金属起到保护作用,碱性渣CaO还可以起脱硫磷的作用;造气剂造成一定量的气体,隔绝空气,保护焊接熔滴和熔池;脱氧剂对熔池金属起脱氧作用,锰还有脱硫作用;合金剂使焊缝金属获得必要的合金成分;粘结剂将药皮牢固的粘在钢芯上;10、简述碱性焊条和酸性焊条的性能和用途;答：酸性焊条：氧化性强,焊接时具有优良的焊接性能,如稳弧性好,脱渣能力好,飞溅小,焊缝成形美观等,对铁锈、油污和水分等容易导致气孔的有害物质敏感性较低;用途：若母材中碳、硫、磷含量较高,则选用抗裂性能好的碱性焊条,对于承载交变载荷、冲击载荷的焊接结构,或者形状复杂、厚度大、刚性大的焊件,应选用碱性低氢型焊条;碱性焊条：有较强的脱氧、去氧、除硫和抗裂纹的能力,焊缝力学性能好,但焊接技术不如酸性焊条,如引弧困难,电弧稳定性差等,一般要求用直流电源;而且药皮熔点较高,还应采用直流反接法;碱性焊条对油污、铁锈和水分较敏感,焊接时容易产生气孔;用途：无法清理或在焊件坡口处有较多油污、铁锈、水分等赃物时;在保证焊缝品质的前提下,应尽量选用成本低、劳动条件好,无特殊要求时应尽量选用焊接技术性能好的酸性焊条; 11、硬质合金的分类情况及其主要用途是什么硬质合金有3类：1、钨钴类YG2、钨钴钛类YT3、钨钽类YW主要用途：切削脆性材料的刀具,如切削铸铁、脆性有色合、电木等;制作高韧度钢材的刀具;加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料;12、请阐述金属在模锻模膛内的变形过程及特点;答：1充型阶段：所需变形力不大；2形成飞边和充满阶段：形成飞边完成强迫充填的作用,变形力迅速增大；3锻足阶段：变形仅发生在分模面附近区域,以挤出多余金属,变形力急剧增大,达到最大值;13、金属液态成形中冒口、冷铁及补贴的作用;答：冒口可以补缩铸件收缩,防止产生缩孔和缩松缺陷还有集渣和排气的作用;冷铁加快铸件某一部分的冷却速度,调节铸件的凝固顺序,与冒口配合使用还可以扩大冒口的有效补缩距离;冷铁可以加大铸件局部冷却速度;14、模锻成形过程中飞边的形成及其作用;答：继续锻造时,由于金属充满模膛圆角和深处的阻力较大,金属向阻力较小的飞边槽内流动,形成飞边;作用：1强迫充填；2容纳多余的金属；3减轻上模对下模的打击,其缓冲作用;15铸造方法的选用原则答：1根据生产批量大小和工厂设备、技术的实际水平及其他有关条件,结合各种铸造方法的基本技术特点,在保证零件技术要求的前提下,选择技术简单、品质稳定和成本低廉的铸造方法;四、分析题1、低碳钢焊接热影响区的形成及其对焊接接头的影响组织性能特征;形成：在电弧热的作用下,焊缝两侧处于固态的母材被加热,处于相变温度到固相线温度之间,按温度的不同具体分为过热区、正火区、部分相变区,并使母材发生组织和性能变化,从而形成低碳钢焊接热影响区;对焊接接头的影响：1、过热区处于过热区的母材组织转变为奥氏体,奥氏体在高温下急剧长大,冷却后形成过热粗晶组织,使焊接接头的塑性和韧性下降；2、正火区经书从结晶,且得到细化,使焊接接头的力学性能得到提高；3、部分相变区因相变不均匀使冷却后的晶粒大小不等,对接头力学性能产生不利影响;2、试分析图一所示铸造应力框：1铸造应力框凝固过程属于自由收缩还是受阻收缩2造应力框在凝固过程中将形成哪几类铸造应力3在凝固开始和凝固结束时铸造应力框中1、2部位应力属什么性质拉应力、压应力4铸造应力框冷却到常温时,在1部位的C点将其锯断,AB两点间的距离L将如何变化变长、变短、不变答：1属于受阻收缩2有热应力和机械阻碍应力;3在凝固开始时,铸造应力框中1受压应力,2受拉应力凝固结束时,铸造应力框中1受拉应力,2受压应力4AB两点间的距离L将变长3、模锻分模面选取的原则是什么请按照该原则在图二所示的a-a、b-b、c-c、d-d、e-e五个面中选取符合条件的分模面;模锻分模面选取的原则：1要保证模锻件易于从模膛中取出；2所选定的分模面应能使模膛的深度最浅；3选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致；4分模面做好是平面,且上下锻模的模膛深度尽可能一致；5所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少;图中c-c面是符合要求的分模面;4、图三所示双联齿轮,批量为10月/件,材料为45钢,试：1根据生产批量选择锻造方法;2绘制该零件的锻件图;3分析该零件的锻造生产工序;1选用自由锻；2P 79 3镦粗、压肩、拔长打圆;5、试分析图四所示平板对焊过程中,尺寸和焊接应力的变化情况。
5焊接热影响区的组织与性能
图4-3 距焊缝不同距离各点的热循环 （低碳钢，板厚20mm,手弧焊）
图4-4 不同焊接方法的焊接热循环
1—手弧焊 2—埋弧焊 3—电渣焊
一、焊接热循环的主要参数
• 1.加热速度( WH ) • 2.加热的最高温度( Tm ) • 3.在相变温度以上的停留时间(tH) • 4.冷却速度(Wc)或冷却时间（ t8/5 、
少 痴 情 ， 多 少柔情 蜜意， 都在红 尘烟雨 中渐渐 飘走。
撑 一 把 油 纸 伞，在 寂寥的 雨巷中 ，哀怨 又彷
第一节 焊接热循环
焊接热循环: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称为焊接热循环。 它是描述焊接过程中热源对被焊金属的热作 用。距焊缝不同距离的各点，所经历的热循 环是不同的，如图4-3所示。另外，由于焊接 方法不同，热循环曲线的形状也发生较大的 变化。
三.焊接条件下CCT图的建立及其应用
T图的建立:采用焊热热模拟试验装置来 建立某种钢的CCT图.
2.意义:在新钢种投产之前,可预先估计热影 响区的组织性能,或作为制定工艺,焊接线能 量的依据.
T图的应用: 通过CCT图可得到在不同的 冷却速度下的组织,即估计组织及预测性能.
图4-23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的变化。
（二）加热的最高温度（Tm）
金属的组织和性能除化学成分的 影响之外,主要与加热的最高温度Tm 和 冷却速度ωc有关。例如低碳钢和低合 金钢焊接时，在熔合线附近的过热区， 由于温度高(1300～1350℃)，晶粒发 生严重长大，从而使韧性严重下降。
（三）在相变温度以上的停留时间（th）
在相变温度Th以上停留的时间越长，越 有利于奥氏体的均质化过程，但温度太高 时(如1100℃以上)即使停留时不长，也会产 生严重的晶粒长大。为便于分析研究，把 高温停留时间th分为加热过程的停留时间t’ 和冷却过程的停留时间t’’,即th ＝t’十t’’(参见 图4-5)。
低碳钢 焊缝热影响区
目的：观察焊缝宏观组织，观察焊缝，热影响区及母材金属的显微组织；了解焊缝金相检验方法。
一般把焊缝组织划分宏观组织和微观组织，因此焊缝接头的金相检验一般也分为宏观分析和显微分析两种。
焊接接头的宏观组织可分为三个部分：（1）中心焊缝区；（2）靠近焊缝的热影响区（3）母材金属。
（一）焊缝区的重复显微组织在显微镜下观察，焊缝凝固后的组织主要特征之一是形成柱状晶。
其生长有明显的方向性，与散热最快的方向一致，即垂直于熔合线向焊缝中心发展。
对于常用的焊接结构钢（低碳钢）从液态向固态的一次结晶形成柱状晶奥氏体，然后进一步冷至室温还要经历二次结晶过程，呈柱状晶的奥氏体在冷却过程中分解为铁素体和珠光体。
由于含碳较低，由先共析体素体沿奥氏体晶界析出，把原奥氏体的柱状晶轮廓勾画出来，也称为柱状铁素体。
柱状铁素体十分粗大，其间隙中为少量珠光体，往往成魏氏组织形态。
若为多层焊接，焊缝二次结晶组织变为细小铁素体加少量珠光体。
这是由于后一层焊缝相对前一层焊缝进行加热，使其发生相变再结晶，从而柱状晶消失，形成细小的等轴晶。
合金钢二次结晶的组织，则受到合金元素和焊接条件的影响而会出现不同的组织一般焊缝中合金元素较多，淬透性较好或冷却速度加快时出现贝氏体-马氏体组织。
焊接接头的显微组织（二）热影响区的显微组织受焊接过程热循环（加热和冷却）的作用焊缝附近的热影响区相当于经历了“特殊的热处理”过程一样。
焊缝及热影响区各部分由于离焊池距离不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷速冷却下来,因此使该区的组织变得复杂。
由于焊缝周围的金属导热作用，焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火的程度。
冷却速度受材料的导热性、板厚和接头形状及钢板在焊前初始温度（包括环境温度或预热温度）等因素的影响。
钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热），冷速越慢。
用于焊接的结构钢可分为两类：一类是低碳钢和普通低合金钢如20钢、A3钢16Mn 15MnTi 等，另一类是中碳钢和调质合金钢等。
四、焊接热影响区(2010)
第四章
焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区（HAZ：heat affected zone）
焊接接头包括焊缝和焊接热影响区（图4－1） 。 HAZ也叫近缝区，是焊缝熔合区与母材被加热之间的区域, 是焊接接头最薄弱的部分（图4－2）。
4
不完全重结晶区
加热温度在Ac3～Ac1之间，只 有部分组织发生相变重结晶。转变 的部分冷却后成为晶粒细小的F体和 P体；未转变的F体成为粗大F体。 所以该区组织不均匀，力学性能也 不均匀。
如果母材在焊接前进行过冷加工， 那么加热温度在Ac1～300℃区域还 会发生再结晶过程和应变时效过程。
16Mn钢埋弧自动焊的热影响区组织特征（图4－31）
热处理的 热循环
焊缝冷却速度和冷却时间
焊缝冷却速度（ ω C）也可以用焊缝在某一温度范围内的 冷却时间来表示，如
t8/5：焊缝从800℃冷却到500℃所用的时间；
t8/3：焊缝从800℃冷却到300℃所用的时间；
t100：焊缝从Tm冷却到100℃所用的时间。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
焊接热影响区的组织
在焊接条件下，热影响区的复杂性远高于常规热处理，即 使是低碳钢，焊接热影响区的组织也比较复杂（看图4－34）。
部 位 加热温度范围 焊 缝 ＞1500 1400~1250 熔合区 1250~1100 及过热区 1100~900 相变重结晶 900~730 不完全重结晶 时效脆化区 (亚热影响区) 母 材 730~300 300~室温 组织特征及性能 铸造组织柱状树枝晶 晶粒粗大，可能出现魏氏组织，塑性不好 粗晶与不均匀晶粒合并，塑性差 晶粒细化，力学性能良好 粗大铁索体和细小的珠光体，铁素体力学性 能不均匀 由于热应力及脆化物析出，经时效而产生脆 化现象，在显微镜下观察不到组织上的变化 没有受到热影响的母材部分 位置 1 2 3 4 5
焊接热影响区的组织和性能
三、焊接热影响区的组织和性能
焊接热影响区就是指在焊接过程中，母材因受 热影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性 能变化的区域。
焊接热影响区的组织和性能基本反映了 焊接接头的性能和质量。
对于低碳钢及合金元素较少的低合金高强 度钢来说，焊接热影响区可分为过热区、 正火区、不完全重结晶区和再结晶区
焊接热影响区除了组织变化而引起性能变化外，热影 响区宽度对焊接接头中产生的应力与变形也有较大影 响。
一般来说，热影响区越窄，焊接接头中内应力越大， 越容易产生裂纹；热影响区越宽，则变形越大。
因此，焊接生产中，在保证焊接接头不产生裂纹的前 提下，应尽量减小热影响区的宽度。
• 热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接 参数、焊件大小和厚度、金属材料热物 理性质和接头形式等有关。采用小的焊 接参数，如降低焊接电流、增加焊接速 度，可以减小热影响区宽度。不同焊接 方法，其热影响区宽度也不相同，焊条 电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋弧 焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm左 右。
E—至焊缝轴线25 mm
• 焊接热循环的主要特点是： 加热温度高，停留时间短（
几秒到几十秒），加热和冷 却速度快。
• 热循环的主要参数是加热速
度、加热的最高温度（Tm）
、在相变温度以上停留的时
间（tA）和冷却速度。影响
焊接热循环的主要因素有焊
接参数、焊接方法、预热和
道间温度、接头形式、母材
导热性等。
二、控制熔合比
熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比，称为熔合比。
熔合比的计算公式为： r ＝ Fm / （Fm ＋ Ft）
式中 r—— 熔合比； Fm ——熔化的母材金属的横截面积； Ft—— 焊缝中填充金属的横截面积。
低碳钢焊接热影响区
低碳钢焊接热影响区
低碳钢常用于各种结构材料和制造工艺中，其焊接热影响区是指焊接过程中受到热影响的区域，通常包括熔池区、热影响区和冷却区。
热影响区的性质会受到焊接过程中的热量、温度、冷却速率等因素的影响，从而影响焊接接头的性能和质量。
因此，在焊接低碳钢时，必须考虑热影响区的影响，采取相应的措施来控制焊接过程中的热影响，并保证焊缝的质量和性能。
常见的控制措施包括控制焊接速度、预热、后热处理、选择合适的焊接材料等。
通过科学合理的焊接方法和控制措施，可以在保证焊接质量的同时，实现低碳钢的节能环保和可持续发展。
- 1 -。
焊接热影响区的组织和性能5-2
（2）易淬火钢的组织分布 • 易淬火钢是指在焊接空冷条件下容易淬火形成马 氏体的钢种，如低碳调质钢（18MnMoNb）、中 碳钢（如45钢）和中碳调质高强度钢（如 30CrMnSi）等。 • 这类钢焊接热影响区的组织分布特征与母材焊前 的热处理状态有关。 • 如图5-30所示，如母材焊前是正火或退火状态， 焊接热影响区根据其组织特征可分为完全淬火区 和不完全淬火区。 • 如果母材焊前为调质状态，焊接热影响区除上述 完全淬火区和不完全淬火区外，还存在一个回火 软化区。
美国学者W.F.Savage等提出了焊接热影响区的划分方法，具体划分 方法见图5-34，各部分的名称及其所包括的范围见表5-12。
图5-34 焊接热影响区划分方法示意图
（3）焊接热影响区组织的分析 • 在焊接快速加热和连续冷却的条件下，热 影响区的转变属于非平衡转变，往往会得 到多种混合组织，给金相组织的鉴别造成 了困难。 • 在一定条件下，热影响区组织主要与母材 的化学成分和焊接工艺条件有关，在鉴别 热影响区组织时应该注意如下四点： 1) 母材的化学成分及原始状态 母材的化学成分是决定热影响区组织的主 要因素。
• 对于含碳或合金元素较低的低碳钢及低合金钢（如16Mn等），淬硬倾 向较小，其热影响区主要为铁素体、珠光体和魏氏组织，并可能有少量 的贝氏体或马氏体。 • 对于淬硬倾向较大的钢种，其热影响区主要为马氏体，并依冷却速度的 不同可能出现贝氏体、索氏体等组织。 • 对于不含碳化物形成元素的钢，其奥氏体的稳定性（即淬硬倾向）主要 取决于奥氏体晶粒长大的倾向。奥氏休晶粒越粗大，越容易产生淬硬组 织。 • 对于含碳化物形成元素的钢（如18MnMoNb、40Cr等），只有当碳化 物溶解于高温奥氏体时，才增加淬便倾向。否则，会降低淬硬倾向。 • 对于易淬硬钢，其马氏体类型主要取决于含碳量。当含碳量较低时，会 得到低碳马氏体。否则会得到高碳马氏体。 • 钢中存在较严重的偏析时，往往会出现反常情况。当在正常成分范围内 出现一些预料不到的硬化和裂纹时，偏析常是造成这种情况的原因之一。 • 母材的原始组织状态也是分析热影响区组织的重要依据。清楚地了解母 材的原始组织，对认识热影响区经焊接热循环作用之后的组织性能变化 有重要帮助。尤其对于不完全重结晶区更是如此。
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低碳钢焊接热影响区
低碳钢焊接热影响区是在焊接过程中受到热影响的区域，这种区域的
性能可能会受到影响，并且可能会对结构的性能和寿命产生重大影响。
因此，对于焊接工程师和相关行业人士来说，理解和控制低碳钢焊接
热影响区对于保证产品质量和安全至关重要。
低碳钢焊接热影响区主要受到焊接过程中的热输入和冷却速率的影响。
热输入越高，热影响区越大，同时对材料性能的影响也就越大。
因此，焊接工程师需要了解焊接机制、焊接参数和焊接材料等方面的知识，
以便合理控制热输入。
此外，冷却速率也是影响焊接热影响区的重要
因素。
如果冷却速率过快，低碳钢焊接热影响区就可能出现硬化和脆
化的现象，从而影响整个结构的强度和韧性。
为了有效控制低碳钢焊接热影响区，我们需要对该区域的微观结构和
性能进行深入研究。
目前，常用的研究方法包括金相显微镜、电子探针、X射线衍射及拉伸试验等。
通过这些方法，研究者们可以更加深
入地了解焊接热影响区的结构和性能，从而制定出更加精确的控制策略。
针对低碳钢焊接热影响区的控制策略主要包括以下几个方面：
1.控制焊接热输入：通过控制焊接电流、电压和焊接速度等参数来控制热输入，以保证低碳钢焊接热影响区的尺寸和材料性能。
2.加强预热措施：通过对低碳钢焊接前的预热，可以让材料在受到热输入时更容易形成均匀的组织结构，从而减小焊接热影响区的尺寸。
3.增加放热量：通过添加保温材料或选择适当的焊接轨迹等方式来增加放热量，以加快焊缝附近区域的冷却速率，从而减小焊接热影响区的尺寸。
总之，低碳钢焊接热影响区对于结构设计和施工过程都有着至关重要的影响，控制好热影响区的尺寸和材料性能是保证结构质量和安全的重要手段。
只有通过深入研究，合理控制热输入和冷却速率，并采取适当的措施来降低热影响区的尺寸，才能确保低碳钢焊接的质量和可靠性。