复习资料：第2章_材料成形热过程(1)
材料成型 第02章上
图2-4： 容器内气体压力做体积功
第二章 材料凝固理论
概括介绍了材料凝固的热力学基础，凝固的形核、生长 及溶质再分配规律 简要论述了共晶合金的凝固特点、材料的凝固方式及凝 固成形的应用
重点： 自发形核与非自发形核的热力学与动力学条件 固液界面生长方式；非平衡杠杆定理；成分过冷判据； 合金凝固方式及 凝固成形的应用 难点： 溶质再分配规律 成分过冷与晶体生长形态 凝固成形的应用
• 从固-液界面微观尺度考虑，可将其自然划分成粗糙界 面和光滑界面。光滑界面也被称作小晶面， 其表面有很多 空位或几乎没有空位，粗糙界面又称作非小晶面，晶体表 面有一半空缺位置时自由能最低，大部分金属属于其类。
图2-16 界面原子角度的差别
需要指出的是，固-液界面的结构，是以原子尺度 为标准划分的。从原子尺度上说是粗糙的，在宏观 上却是“光滑”的；反之，在原子尺度上是光滑的， 从宏观上看却是“粗糙”的，如图2-16，示意界面 原 子角度的差别，图2-17示意了宏观角度界面的差别。
• 形核率：形核率是单位体积中、单位时间内形成的 核心数目。 • ΔT增大，ΔG*下降，形核率I上升。表达式为：
G G A I C exp exp KT KT
式中：K 为波尔兹曼常数， I * Δ T ≈ 0.2T m Δ GA 为扩散激活能。 • 对于一般金属，温度降到 某一程度，达到临界过冷度 （ΔT*），成核率迅速上升， ΔT 计算及实验均表明， ΔT*～0.2Tm左右，可见，均质形核 需要很大的 过冷度。而在这之前，均质形核的形核率随过冷度 的增加几乎始终为零，即不可能发生形核。
《材料成形技术基础》复习要点 (2)
复习思考题《材料成形技术基础》复习要点第一章绪论1.材料成形的方法有、、、等。
第二章材料凝固理论1.概念：凝固。
2.凝固是将固体材料加热到态，然后使其按预定的尺寸、形状及组织形态，再次冷却至态的过程。
3.是将固体材料加热到液态，然后使其按预定的尺寸、形状及组织形态，再次冷却至固态的过程。
4.函数与过程经历的历程无关，只与研究体系所处的状态有关。
5.状态函数与过程经历的历程无关，只与研究体系所处的有关。
6.内能U是状态函数。
7.焓H是状态函数。
8.熵S是状态函数。
9.吉布斯自由能G是状态函数。
10.亥姆霍兹自由能A是状态函数。
11.功W是状态函数。
12.自发过程是指系统从态自发移向态的过程。
13.在没有外界影响下，自发过程不可逆转。
14.在没有外界影响下，自发过程可以逆转。
15.即使有外界影响，自发过程也不可逆转。
16. 有外界影响时，自发过程可以逆转。
17. 自发过程两个判据是 和 。
18. 自由能最低原理指 条件下，体系的自由能永不增大，自发过程的方向力图 体系的自由能，平衡的标志是体系的自由能 。
19. 吉布斯自由能判据（自由焓判据）指 条件下，一个只做体积功的体系，其自由焓永不 ，自发过程的方向是使体系自由焓 ，当自由焓减到 时，体系达到平衡。
20. 概念：自发过程；自由能最低原理。
21. 如图示，a ）-d)分别处于什么润湿状态？22. 根据杨氏方程LGLS SG σσσθ-=cos ，说明当LG LS SG σσσ、、满足什么条件时，接触界面表现为润湿（不润湿）。
23. 由于自发形核是自行发生的形核，因此比非自发形核容易。
24. 非自发形核依靠外来质点形核，比自发形核容易。
25. 由于非自发形核依靠外来质点形核，因此没有自发形核容易进行。
26. 形核剂应具备的基本条件是 、 、 、 。
27. 凝固时，形核剂应具备的基本条件是什么？28. 粗糙界面的晶体生长要比光滑界面容易。
29. 光滑界面的晶体生长要比粗糙界面容易。
材料成形技术基础知识总结
第一章绪论1. 现代制造过程的分类：质量增加、质量不变、质量减少2. 质量增加过程：渗碳，渗氮，氰化处理，电镀3. 质量减少过程：切削，切割，电解，落料，冲孔，剪切4. 质量不变过程：锻造，轧制第二章液态材料铸造成形技术过程1. 充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
表征方式：最小壁厚2. 充型能力弱：产生浇不足，冷隔，气孔，夹杂，缩孔，热裂等缺陷3. 充型能力取决于：金属自身的流动能力（主要），铸型性质（速度，热交换强度，蓄热系数），浇筑条件（速度温度），铸型结构（折算厚度）4. 金属的流动性：1. 定义：液态金属自身的流动能力2. 测量方法：将金属液浇入螺旋型试样铸型中，表征方式：螺旋线试样长度5. 收缩铸件在液态，凝固和固态冷却过程中所产生的体积和尺寸减小的现象6. 收缩的三个阶段1. 液态凝固阶段表现：腔内液面降低2. 凝固收缩阶段3. 固态收缩阶段表现：铸件外形尺寸减少；是产生拉力、变形、裂纹等缺陷的基本原因凝固：逐层凝固，体积凝固，中间凝固。
7. 铸件的实际收缩1. 铸型表面的摩擦阻力2. 热阻力（壁厚均匀则无3. 机械阻力只受到1，自由收缩否则为受阻收缩8. 缩孔：凝固过程，大而密集的孔洞形成条件：金属在恒温/很窄的温度范围结晶，铸件由表及里逐层凝固原因：金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿形成部位：铸件最后凝固区域9. 缩松：凝固过程小而分散的孔洞形成条件：结晶温度范围较宽，体积凝固原因：金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩形成部位：铸件壁中心区域厚大部位10. 防止方法：1. 采用顺序凝固即a.合理设计内浇口位置和浇注工艺b.合理应用冒口、冷铁和补贴等技术措施2. 加压补缩11. 铸造应力：铸件在凝固和随后的冷却过程中，固态收缩受到阻碍而引起的内应力分类：热应力【薄壁、细小部位：冷的快，受压应力（凸出）；厚壁、粗大部位：冷得慢，受拉应力（凹进）】，相变应力，机械阻碍应力12.减少措施：选弹性模量，收缩系数小；同时凝固；浇冒口，缓冷；选退让性好的砂芯13. 热裂：形状特征：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色防止措施：改善型砂退让性冷裂：形状特征：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色14. 吸气性：金属在熔炼过程中会溶解气体（主要H2、N2、O2）15. 吸气过程：气分子撞击金属液表面，高温而离解为原子，吸附在金属表面，扩散到内部16. 偏析：铸件凝固后，截面上不同部位，以至于晶粒内部产生化学成分不均匀的现象宏观偏析：成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，分类：正偏析（k＞1），逆偏析（k＜1）k：溶质平衡分配系数（固相溶质/液相溶质）微观偏析：微小范围内的化学成分不均匀，分类：晶内偏析（消除：扩散退火，均匀化退火）和晶界偏析（细化晶粒）17. 气孔分类：侵入气孔：砂型或型芯中的挥发物挥发生成析出气孔：溶解于金属液的气体因溶解度下降析出反应气孔：化学反应产生的气体18. 浇注系统结构和功能1. 结构：浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道2. 功能：连接型腔浇包，平稳导入液态金属；挡渣及排除腔中气体；调节温度分布控制凝固顺序；合理地充满铸型19. 冒口定义：储存金属液补偿铸件收缩，防止缩松缩孔。
材料成形原理复习课.
复习课第一章焊接热过程一、基本概念:线能量、焊接热影响区、t8/5、焊接热循环二、主要公式:线能量计算,峰值温度计算(热影响区宽度,冷却速度计算三、知识要点1、实现焊接的条件2、常用焊接热源(焊接方法的特点3、焊接温度场的影响因素(热源类型,焊接参数,工件材质、厚度,接头型式,初始温度等4、焊接接头组成5、焊接热循环的主要参数及其对焊接质量的影响。
第二章焊接熔池凝固及固态相变一、基本概念:成分过冷,显微偏析,层状偏析,区域偏析,联生结晶,择优长大二、公式:成分过冷判据,二次枝晶间距公式,结晶线速度公式三、知识要点1、焊接熔池结晶的特点(联生结晶、择优长大,具有多样性2、影响熔池结晶形态及晶粒大小的因素3、焊缝中的偏析产生的原因及其对焊接质量的影响4、影响焊缝固态相变的因素5、焊缝韧化的主要措施第三章焊接化学冶金一、基本概念:熔敷金属,熔合比,熔滴过渡,合金过渡系数,碱度二、公式:熔合比公式,合金过渡系数公式三、知识要点1、焊接过程保护的目的及方式2、焊缝中氮、氢、氧对焊接质量的影响及主要的控制措施(脱氧、去氢3、常用焊条的药皮成分特点及冶金作用4、焊缝中的杂质对焊接质量的影响及控制方式5、焊缝成分控制与计算第四章焊接热影响区的组织和性能一、基本概念:碳当量,粗晶脆化,析出相脆化,热应变时效脆化二、公式:碳当量公式,最大硬度计算公式三、知识要点1、焊接热影响区的组织分区2、碳当量,冷却时间对最大硬度和冷裂纹倾向的影响3、HAZ韧化的途径(工艺上4、回火软化和过时效软化第五章焊接缺陷及控制一、基本概念:析出型气孔,反应型气孔,脆性温度区间、再热裂纹,层状撕裂,应力腐蚀开裂、焊缝成形系数二、公式:气泡上浮速度三、知识要点1、气孔的形成及防治措施2、结晶裂纹的形成机理及防治措施3、液化裂纹的特点及形成机理4、延迟裂纹产生的三大要素5、氢的组织诱导扩散理论,应力诱导扩散理论6、延迟裂纹的防治措施。
第二章 焊接成形热过程
• 不稳定温度场：温度场不仅在空间上变
化，并且也随时间变化的温度场：
T f x, y, z, t
• 稳定温度场： 不随时间而变的温度场
（即温度只是坐标的函数）：
T f x, y, z
热传导过程的偏微分方程
• 三维傅里叶热传导微分方程为：
T t c 2T 2T 2T x 2 y 2 z 2 a 2T
• 二.焊接过程热效率:
在材料加热过程中，能源所提供的热量，通常 并不能全部被利用，其中一部分热量将不可避 免地由于对流、辐射、传导以及热加工工艺方 面的因素而损失，不能真正用于加热金属材料， 因而就存在着热效率的问题。 • 假设能源提供的热量为Q0，而真正用加热金属 材料的热量为Q,那么热效率η 的定义 为η = Q/ Q0 影响热效率的因素很多，主要与热源的性质、 热加工工艺方法、被加热材料的种类、性质及 尺寸形状、以及周围介质环境等因素有关.
•
研究焊接热循环的意义为：
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。
二.焊接热循环的主要参数
焊接热循环的参数及特征
• 加热速度ωH • 最高加热温度Ｔm • 相变温度以上
的停留时间tH
晶粒 大小
• 冷却速度ωc
(或冷却时间t8 / 5)
第二章 焊接成形热过程
焊接接头 焊接热过程 + 焊接化学冶金 + 焊接物理冶金
焊接热过程
焊接加热的特点：热作用集中性(局部熔化)、热 作用的瞬时性(热源移动) 温度场、热循环
焊接化学冶金过程
熔焊时，液态金属、熔渣及气相之间进行一系列的化学 冶金反应。
第二章 材料成型热过程
加热光斑上比热流q —单位时间通过单位面积进
入焊件的热能，单位J/（cm2.s ）或W/cm2 。
q( r ) q m e
kr
2
q(r)—A点（离光斑中心点距离r） 比热流。 qm—中心点最大比热流
k—热能集中系数(1/cm2)
2.2、焊接过程热效率与焊件热能分布
单位时间通过加热斑点进入工件热量 微元面积图
来实现。
⑴：活性光斑? ⑵ ：加热光斑? 带电质点（电子、离子）轰击区域 由弧柱辐射与介质对流传热区域
2.2、焊接过程热效率与焊件热能分布
热能分布与U、j关系？ 热能分布 热斑中心与
j不变
U
边缘热量差
U不变 j
热斑中心与 边缘热量差
2.2、焊接过程热效率与焊件热能分布
⑶ ：光斑进入工件热量 加热斑点比热流分布图
f x, y, z, t f x, y, t f x, t
2.3 焊接温度场
数学分析法假设 ⑶、边界条件 物体与周围介质绝热，无热交换。 ⑷、热源能量 输出热量恒定，行进等速。 焊件尺寸与热源形式
2.3 焊接温度场
⑸、热源作用效果 焊件尺寸与热源形式
假设相继瞬时作用，各作用点热源互不干涉 ⑹、相变潜热 假设无相变潜热及其它热源。 ⑺、材料特性 假设材料热物理参数如λ 、 c、 ρ 等恒定
2.3 焊接温度场
在上述推导中按假设均未考虑表面散热问 题实践表明，忽略散热，误差不大
v—速度（cm/s) 如图
2.3 焊接温度场 q—热源能量（J/s）
θ0 —初始温度（℃） 2.3.5、电弧焊温度场与数学模型（动态热源）
θ（x0,y0,z0）—p点当 1、厚板（半无限大物体）堆焊温度场讨论 下温度（℃） 还原
复习资料：第2章_材料成形热过程(1).doc
复习资料：第二章材料成形热过程1、与热处理相比，焊接热过程有哪些特点？答（1）焊接过程热源集中，局部加热温度高（2）焊接热过程的瞬时性，加热速度快，高温停留时间短（3）热源的运动性，加热区域不断变化，传热过程不稳定。
2、响焊接温度场的因素有哪些？试举例分别加以说明。
3、何谓焊接热循环？答：焊接热循环：在焊接热源的作丿IJ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，达到最高值屁乂市髙而低随时间的变化。
焊接热循环具有加热速度快、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的特点4、焊接热循环的主要参数有哪些？它们对焊接有何影响？决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个：（1）加热速度焊接热源的集屮程度较高，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）瑕高加热温度r max也称为峰值温度。
距焊缝远近不同的点，加热的最高温度不同。
焊接过程中的高温使焊缝附近的金属发生品粒长大和重结品，从而改变母材的组织与性能。
（3）相变温度以上的停留时间/H在相变温度T H以上停留时间越长，越有利于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K大，引起接头脆化现象，从而降低接头的质量。
（4）冷却速度如（或冷却时间/ 5）冷却速度是决定焊接热影响区组织和性能的重要参数之一。
对低合金钢来说，熔合线附近冷却到540°C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來表征冷却的快慢，如800〜500°C的冷却时间&/5， 800〜300°C的冷却时间如，以及从峰值温度冷至100°C的冷却时间伽。
5、焊接热循环中冷却时间也、『8/3、厶00的含义是什么?6、影响焊接热循环的因素有哪些？试分别予以说明。
7、対于低碳钢薄板，采用鸭极鼠弧焊较容易实现单而焊双面成形（背血均匀焊透）。
第01讲 材料成型热过程.ppt
T
c
2T x2
2T y 2
2T z 2
a2T
(1-3)
式中：a——导热系数或热扩散率，cm2／s，； c——比热容；J／(g·℃)； ρ——密度，g／cm3； T——温度，℃； τ——时间，s。
30
15
式(1-3)从理论上得出了物体上坐标、温度和时间三 者的关系，它表示给定点温度变化速度同拉普拉斯 运算符号成正比，换言之，在某时刻τ、物体上给定 点P(x，y，z)邻近的温度分布越不均匀，则该点的温 度变化也越快。导热的结果，温度不均匀性将逐渐 减小，温度变化速度也要降低。
方程，即其特解为
T (r,t)
Q
exp( r 2 )
c (4at)3 / 2
4at
（1-5）
30
26
如果热源瞬时作用于半无限大物体，如图1-2中的 abcd表面上的O点，并假定此表面为绝热面，则该 点受到热作用的温度将为无限大物体内部热源作用 时的一倍，因而式(1-5)应该写成
2Q
规则及材料物性量不是常数等复杂情况，往往无法
分析求解 。
30
17
数值解法 是将方程离散化后得到代数方程组，可以利用
计算机进行求解，对于实际问题有很大的适应性。 如对于复杂的几何形状、变化的热物理参量等情况， 用数值解法都能较好地加以解决。
所采用的离散化方法主要有：有限差分法和有 限元素法。
30
30
13
二、Laplace热传导微分方程式
热传导微分方程式是根据能量守恒定律(热力学第 一定律)和傅里叶定律推导得出的。它揭示了连续 温度场在空间与时间领域里的内在联系。
焊接成形热过程
§2-2 焊接温度场 （welding temperature field）
• 温度场定义：某一瞬时工
件上各点的温度T分布称 为温度场
T f x, y, z,t
T—工件上某点某一瞬时的 温度
x, y, z—工件上某点的空间 坐标
t—时间
研究温度场的方法
1.
等温线/等温面 特点：各线面不相交，存在
下图形象地说明电弧焊时热能的分配。 这里所说的热效率η是指电弧的有效功率占电弧总功率的百分比。 电弧的有效热功率，应该包含两部分：一是被基本金属所吸收， 用于加热熔化母材形成焊缝；二是被焊接材料所吸收，用于加热 熔化焊接材料，填充焊缝。但是被母材吸收的部分热能，除了部 分热量用于熔化母材形成焊缝外，还有相当一部分热量被母材以 热传导的方式而形成热影响区，这是我们所不希望的，然而也是 不可避免的。
焊接规范的选择
• 焊接规范的定义：焊接时，
焊接电流I（welding current） 电弧电压U (arc voltange)， 焊接速度VH (welding speed), 进条速度VT的数值的大小 焊接线能量(energy input)是焊接规范的一个综合指标，
它表示单位长度焊缝上投入的有效热量用qL表示
qL=
qu UI
VH
VH
L VH= t [cm/s]
[J/cm]
L—焊缝长度 t—焊接时间
焊接规范的重要性
规范 温度场 成型
焊缝质量
手工电弧焊焊接规范的选择
电弧电压一般为20~25V，由于高温会导致药 皮的脱落，所以温度应控制在400ºC，电流不能 太大，根据经验公式:
I Kd
I—焊接电流 k—系数[一般k=30-60] d—焊丝直径
材料成型 原理课件 第2章 液态成形过程的传热
导热系数在数值上等于温度梯度为1 它表明导热系数在数值上等于温度梯度为 它表明导热系数在数值上等于温度梯度为1时 的热流密度。数值越大，物体的导热能力越强。 的热流密度。数值越大，物体的导热能力越强。 其值大小与材料的几何形状无关， 其值大小与材料的几何形状无关，主要取决于组 成材料的成分、内部结构、温度、压力。 成材料的成分、内部结构、温度、压力。
4.非金属铸件在金属型中凝固 4.非金属铸件在金属型中凝固
常见于金属快速凝固过程， 常见于金属快速凝固过程，或非金属铸件在金 金属快速凝固过程 属型中冷却。 属型中冷却。这时热阻主要 存在于凝固层中， 存在于凝固层中，界面热阻 与金属型的热阻可以忽略不 计，传热过程主要取决于铸 件本身的热物理性能， 件本身的热物理性能，温度 降主要发生在铸件一侧。 降主要发生在铸件一侧。
erf ( β ) = −1
erf (− β ) = −erf ( β )
(1)对于铸件，导热微分方程的通解为： 对于铸件，导热微分方程的通解为： 铸件
T1 = C1 + D1erf ( x 2 α 1t )
利用边界条件 初始条件可求出 边界条件和 可求出： 利用边界条件和初始条件可求出：
T1 = Ti + (T10 − Ti )erf ( x 2 α 1t )
1.铸件在绝热铸型中凝固 1.铸件在绝热铸型中凝固
铸型材料的λ ＜＜凝固金属的 凝固金属的λ 铸型材料的λ2＜＜凝固金属的λ1 砂型、石膏型、陶瓷型、 如砂型、石膏型、陶瓷型、 熔模铸造型壳等可认为 等可认为绝热 熔模铸造型壳等可认为绝热 铸型， 铸型，热阻主要存在于铸型 界面热阻可以忽略不计， 中，界面热阻可以忽略不计， 铸件的凝固、 铸件的凝固、散热速度主要 取决于铸型的热物理性能。 取决于铸型的热物理性能。
材料成形原理第二版复习.
第一章液态金属的结构与性质1、熔化潜热:在熔点温度的固态变为同温度的液态时,金属要吸收大量的热量,称为熔化潜热。
2、纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子和空穴组成。
3、态金属的结构特征:“近程有序”、“远程无序”、“结构起伏”、“能量起伏”、“成分起伏”。
4、影响液态金属粘度的主要因素是化学成分、温度和夹杂物。
第二章液态成形中的流动与传热1、液态金属的充型能力:液态金属充满型腔并凝固后获得符合要求毛坯或零件的能力。
2、态金属的流动性:液态金属本身的流动能力称为“流动性”,是由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的,而与外界因素无关。
3、态金属的停止流动机理1、纯金属和结晶温度范围很窄的合金停止流动机理示意图P 24。
在金属的过热量未散失尽以前为液态流动(图1c第I区。
金属液继续流动,冷的前端在型壁上凝固结壳(图1b,而后面的金属液是在被加热了的沟道中流动,冷却强度下降。
由于液流通过I区终点时,尚具有一定的过热度,将已凝固的壳重新熔化,为第II区。
所以,该区是先形成凝固壳,又被完全熔化。
第III 区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区,在该区的终点金属液耗尽了过热热量。
在第IV区里,液相和固相具有相同的温度——结晶温度。
由于在该区的起点处结晶开始较早,断面上结晶完毕也较早,往往在它附近发生堵塞(图1c。
2、结晶温度范围很宽的合金的停止流动机理示意图P24。
在过热热量未散失尽以前,以纯液态流动。
温度下降到液相线以下时,液流中析出晶体,顺流前进,并不断长大(图2a。
液流前端不断与冷的型壁接触,冷却最快,晶粒数量最多,使金属液的粘度增加,流速减慢(图2b。
当晶粒达到某一临界数量时,便结成一个连续的网络,液流的压力不能克服此网络的阻力时,发生堵塞而停止流动(图2c。
4、影响充型能力的因素:1金属性质2铸型性质3浇注条件4铸件结构第三章液态金属的凝固形核及生长方式1、液态金属凝固的驱动力是由过冷提供的。
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复习资料：第二章 材料成形热过程1、与热处理相比，焊接热过程有哪些特点？答：（1）焊接过程热源集中，局部加热温度高（2）焊接热过程的瞬时性，加热速度快，高温停留时间短 （3）热源的运动性，加热区域不断变化，传热过程不稳定。
2、响焊接温度场的因素有哪些？试举例分别加以说明。
3、何谓焊接热循环？答：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。
焊接热循环具有加热速度快、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的特点4、焊接热循环的主要参数有哪些？它们对焊接有何影响？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。
5、焊接热循环中冷却时间5/8t 、3/8t 、100t 的含义是什么？6、影响焊接热循环的因素有哪些？试分别予以说明。
7、对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透）。
采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差，电弧热无法及时散开的缘故；相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故。
8、对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。
解：（1）产生原因：在焊接起始端，准稳态的温度场尚未形成，周围焊件的温度较低，电弧热不足以将焊件熔透，因此会出现一定长度的未焊透。
（2）解决办法：焊接起始段时焊接速度慢一些，对焊件进行充分预热，或焊接电流加大一些，待焊件熔透后再恢复到正常焊接规范。
生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板，在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接，之后再转移到焊件上正常焊接。
9、焊接热循环对母材金属近缝区的组织、性能有何影响？答：（1）焊接热循环对母材金属近缝区的组织的影响：A 不易淬火钢的热影响区组织：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A C3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A C1～A C3之间范围内的热影响区属于不完全重结晶区。
因为处于A C1～A C3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。
B 易淬火钢的热影响区组织: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A C3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A C1～A C3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。
(2) 焊接热循环对母材金属近缝区性能的影响使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。
10、分述低碳钢焊接热影响区各区域的温度区间、组织及性能特点。
答：低碳钢属不易淬火钢，其焊接热影响区可分为熔合区，过热区，相变重结晶区和不完全重结晶区。
1) 熔合区：温度在固液相线之间，具有明显的化学成分不均匀性，导致组织、性能不均匀，影响焊接接头的强度、韧性，是焊热影响区性能最差的区域。
2) 过热区：温度为从固相线到晶粒急剧生长温度（约1100℃）之间。
因为存在很大的过热，该区奥氏体严重粗化，冷却后得到粗大组织，并且出现脆性的魏氏组织。
因此，塑、韧性很差。
3) 相变重结晶区：温度：从晶粒急剧生长温度（1100℃）到AC3。
加热过程中，铁素体和珠光体全部发生重结晶转变为细小奥氏体。
冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体。
组织，成分均匀，塑、韧性极好。
类似于正火组织，亦称“正火区”。
是热影响区中组织性能最佳的区域。
4) 不完全重结晶区：温度：AC1～AC3，在此温度范围内，只有一部分铁素体和珠光体发生了相变重结晶，冷却形成了细小的铁素体和珠光体；而另一部分为未转变的原始铁素体，因此，晶粒大小不一，形成的组织不均匀，导致力学性能不均匀。
11、怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ的组织性能？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。
12、焊接热影响区的脆化类型有几种？如何防止？答：焊接热影响区的脆化类型及防止措施：（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。
13、如何提高热影响区的韧性？答：提高热影响区的韧性的措施1)控制组织：对低合金钢，应控制含碳量，使合金元素的体系为低碳，微量多种合金元素的强化体系,应尽量控制晶界偏析。
2)韧化处理: 对于一些重要的结构，常采用焊后热处理来改善接头的性能。
合理制定焊接工艺,正确地选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接韧性的有效措施。
3)改善母材性能：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。
14、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？答： 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。