热影响区的组织和性能

热影响区组织（低碳钢）
❖ 再结晶区
❖温度：500 ℃ -700 ℃ ❖现象：加热温度500 ℃
到Ac1之间，金属的内部 结构不发生变化，只有 晶粒外形的变化
❖组织：等轴铁素体晶粒
❖性能：强度、硬度低于 母材，塑性和韧性提高。 再结晶区为接头的软化 区。
热影响区组织（低碳钢）
Q235A钢焊接热影响区的组织特点
❖组织：粗大的奥氏体在 冷却过程中易形成过热 组织—魏氏组织
❖性能：韧性很低
❖措施：严重时采用焊后 正火处理（如电渣焊）
焊接热影响区组织 （低碳钢）
❖ 重结晶区（正火区）
❖温度：850-1100 ℃ （Ac3以上）
❖现象：加热时发生重结 晶相变（P+F转变成A， 冷却时A 转变成P+F） 使晶粒得到显著细化。
加热时组织的转变特点 组织转变向高温推移：随着加热速度提高， Ac1与Ac3均上升。
钢材牌号
相变温度/℃
平衡状态
加热速度ωH /(℃/s)
6~8
40~50
250~300
1400~1700
Ac1
730
770
775
790
840
45钢
Ac3
770
820
835
860
950
Ac3-Ac1
40
50
60
70
110
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
Ac1
740
735
750
770
840
40Cr
Ac3
780
775
800
850
940
Ac3-Ac1
40
40
50
80
100
Ac1
735
750
770
785
830
23Mn
Ac3
830
810
850
890
940
Ac3-Ac1
95
60
80
105
110
Ac1
740
740
775
825
920
30CrMnSi
Ac3
820
790
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
低碳钢的焊接热影响区特点
❖ 过热区
❖温度：1100-1490 ℃
❖现象：加热温度高，在 固相线附近，一些难熔 质点如碳化物和氮化物 等溶入奥氏体，奥氏体 晶粒粗大。
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
835
890
980
Ac3-Ac1
80
50
60
65
60
Ac1
710
800
860
930
1000
18Cr2WV
Ac3
810
860
930
1020
1120
Ac3-Ac1
100
60
70
90
120
焊接热循环条件下
加热时组织转变特点
奥氏体均质化程度低 焊接快速加热不利于元素扩散，使得已形成 的奥氏体来不及均匀化。加热速度越高，高 温停留的时间越短，不均匀的程度就越严重。
焊接热影响区组织转变及性能
热影响区的定义： 焊接过程中，母 材因受焊接热循 环影响(但未熔化) 而发生组织和力 学性能变化的区 域叫热影响区。
热影响区的形成与组织、性能特点
❖ 焊接过程中，在形成 焊缝的同时，附近母 材也经受了一次特殊 热处理。
❖ 热过程不同，热影响 区形成的组织和性能 也不同。
热影响区的焊接热循环特点
影响热影响区组织和性能的因素
焊接方法和工艺参数
❖热源种类 ❖焊接工艺参数
影响热影响区组织转变的因素
加热时，因扩散不充分使原有的珠光体转变为共析 成分(C＝0．77％)的奥氏体，而铁素体可能未溶解。 冷却时高碳的奥氏体将转变为高碳马氏体，最后得 到马氏体十铁素体的特殊组织。
焊接热影响区的性能
母材被加热到AC1－
AC3之间。在快速加
热条件下铁素体很少
熔入奥氏体，而珠光
体、贝氏体等转变成
奥氏体，在随后的冷
却时奥氏体转变成马
氏体
铁素体+马氏体+粒状贝氏体+少量碳化物
热影响区组织（淬硬性较大钢）
当母材焊前为调质状态，且焊接热循环的最 高温度超过焊前调质时的回火温度时，还存 在回火区。
铁素体-碳化物
热影响区组织（淬硬性较大钢）
完全淬火 区
不完全淬 火区
回火区。
不同类型钢材焊接热影响区的组织分布
热影响区组织（淬硬性较大钢）
完全淬火区 温度处于AC3以上区域，焊后得到淬火组织( 它包括不易淬火钢的过热区和正火区两部分)
粗大马氏体
细小马氏体+少量粒状贝氏体
热影响区组织（淬硬性较大钢）
不完全淬火区
焊接条件下连续组织转变与CCT图
焊接条件下CCT图的建立
焊接CCT图具体测定方法有热模拟法和实测法。 ➢ 热模拟法是将一定尺寸的试件快速加热到焊接热循 环的最高加热温度，然后以不同冷速冷却，记录冷 却曲线及相变开始和终了点，并描绘在温度—时间 坐标平面上。用模拟绘制的热影响区CCT图，叫模 拟HAZ连续冷却组织转变图(SHCCT图)。 ➢ 实测法是在实际接头上进行测量后绘制而成。
影响热影响区组织转变的因素 化学成分的影响
低碳钢和低合金钢热影响区组织与（淬硬倾 向较大的）中碳钢和调质型的低合金钢热影 响区组织有较大不同。
高合金钢、铸铁和有色金属等材料，热影响 区的组织更为复杂。
影响热影响区组织转变的因素 焊前母材供货状态
❖冷作硬化状态 ❖热处理强化状态 ❖退火状态
(淬火+回火温度)对硬度的影响
❖组织：相当于低碳钢正 火处理后的组织。
❖性能：较好的综合性能
热影响区组织 （低碳钢）
热影响区组织（低碳钢）
❖ 不完全重结晶区（不 完全正火区）
❖温度：700-850 ℃ ❖现象：加热温度Ac1到
Ac3之间，只有部分金 属发生重结晶相变 ❖组织：原始的铁素体 晶粒（粗大）和细晶 粒的混合区 ❖性能：性能较差