焊接中合金中的成分偏析
《金属熔焊原理及材料焊接》习题答案
《金属熔焊原理及材料焊接》习题答案绪 论一、填空题1．连接金属材料的方法主要有____________、____________、____________、____________等形式，其中，属于可拆卸的是___________、____________属于永久性连接的是____________、____________。
2． 按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接分为___________、___________ 和__________三类。
3．常用的熔焊方法有_____________、_______________、_______________等。
4．焊接是通过____________或___________或两者并用，用或不用______________，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。
5．压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加___________，以完成焊接的方法。
二、判断题（正确的划“√”，错的划“×”）1．焊接是一种可拆卸的连接方式。
﹙ ﹚2．熔焊是一种既加热又加压的焊接方法。
﹙ ﹚3．钎焊是将焊件和钎料加热到一定温度，使它们完全熔化，从而达到原子结合的一种连接方法。
﹙ ﹚4．钎焊虽然在宏观上也能形成不可拆卸的接头，但在微观上与压焊和熔焊是有本质区别的。
﹙ ﹚5．焊接接头由焊缝和因焊接热传递的影响而产生组织和性能变化的焊接热影响区构成。
﹙ ﹚6．焊接是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种方法。
﹙ ﹚答案一、填空题1．螺纹连接 键连接 铆接 焊接 螺纹连接 键连接 铆接 焊接2．熔焊 钎焊 压焊3．气焊 焊条电弧焊 CO气体保护焊24．加热 加压 填充材料5．压力二、判断题1．× 2．× 3× 4．√ 5．√第一章 焊接热源及其热作用一、填空题1．常用焊接热源有_____________热、_____________热、_____________热、_____________和_____________等。
偏析的分类
通过调整合金元素的比例，使合金成分更加均匀，降低偏析 的可能性。
控制冷却速度和温度梯度
要点一
控制冷却速度
在铸造过程中，通过调整冷却速度，使合金在凝固过程中 保持适当的温度梯度，避免过快或过慢的冷却导致偏析。
要点二
优化温度梯度
合理设置铸造模具的温度和加热/冷却系统，以形成有利于 合金顺序凝固的温度梯度，减少偏析的产生。
实例举证与讨论
实例
钢铁冶金中的反常偏析现象，如高碳钢中的 反常碳偏析
讨论
负偏析对材料的性能有重要影响，如导致力 学性能下降、耐蚀性降低等。因此，在冶金 和材料加工过程中需要采取措施避免或减少 负偏析的产生。例如，通过控制温度梯度和 溶质分配系数、采用合理的工艺参数等方法 来抑制负偏析的形成。
04
THANK YOU
感谢观看
目前对偏析的检测主要依赖于 金相显微镜、扫描电镜等传统 手段，这些方法的检测精度和 效率有待提高。未来需要开发 更先进的无损检测技术，实现 对偏析的快速、准确检测。
复杂合金体系中偏 析的控制
随着新型复杂合金的开发和应 用，其凝固过程中的偏析现象 更加复杂多变。如何有效控制 复杂合金中的偏析，是当前面 临的一个重要挑战。
优化铸造工艺参数设置
调整浇注温度和速度
根据合金的性质和铸件的结构，合理设置浇注温度和速度 ，确保合金液在型腔中均匀分布。
优化铸造压力和时间
通过调整铸造压力和时间，使合金在凝固过程中获得良好 的补缩效果，减少缩孔、疏松等缺陷的产生，从而降低偏 析的风险。
采用先进的铸造技术
如真空铸造、低压铸造等，这些技术能够减少合金液中的 气体和夹杂物，提高合金的纯净度和均匀性，从而降低偏 析的可能性。
合金中的成分偏析
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
Al-4.7Cu 合金铸件的逆偏析
逆偏析的成因在于结晶温度范围宽的固溶体合金，在缓慢凝固时易形成 粗大的树枝晶，枝晶相互交错，枝晶间富集着低熔点相，当铸件产生体收缩 时，低熔点相将沿着树枝晶间向外移动。
青岛科技大学机电工程学院
充分扩散，以达到均匀化。 表11-1 不同元素在铁中的偏析系数
元素 P S
B
C V Ti Mo Mn Ni Si Cr
元素质量 0.01~ 0.01~ 0.002 0.3~ 0.5~ 0.2~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~
分数/% 0.03 0.04 ~0.10
1.0 4.0 1.2 4.0 2.5 4.5 3.0 8.0
青岛科技大学机电工程学院
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固-液界面 的推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。当焊接速度较 大时，成长的柱状晶会在焊缝中心相遇，在中心形成正 偏析。在拉伸应力作用下，焊缝极易产生纵向裂纹。
电弧位置
图11-6 快速焊时焊缝的区域偏析
青岛科技大学机电工程学院
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
微观偏析的影响因素与消除措施
合金液、固相线间隔 （宽）
偏析程度 的影响因素
偏析元素的扩散能力 （弱）
冷却条件 （快）
青岛科技大学机电工程学院
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
微观微偏析观是偏一析种程不度平一衡状般态用，偏在析热系力数学上|1是－不k稳0定|来的衡。可 量通过。扩|1散－退k火0或|值均匀越化大退，火固来相消和除，液即相将的合浓金度加差热到越低大于，固 晶相线内1偏00析～2越00严℃重的温。度，进行长时间保温，使偏析元素进行
合金中的成分偏析
元素 S B C V Ti Mo Mn Ni Si Cr 0.01 ~ 0.00 0.01 0.3~ 0.5~ 0.2~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 元素质 2 ~ 1. 4. 1. 4. 2. 4. 3. 8. 量 0. ~ 0 0 2 0 5 5 0 0 分数/% 0.03 0 0.10 4 偏析系
•表11-1
P
不同元素在铁中的偏析系数
二、宏观偏析
宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包 括： • 正常偏析 • 逆偏析
• V形偏析和逆V形偏析
• 带状偏析与层状偏析
系数较大的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， a－平衡凝固 b－液相只有扩散 c－液相完全混合 d－液相部分混合 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 偏析反而减轻。
微观偏析的影响因素与消除措施
合金液、固相线间隔 （宽）
偏析程度 的影响因 素
偏析元素的扩散能力 （弱） 冷却条件
（快）
•
微观偏析是一种不平衡状态，在热力学上是
不稳定的。可通过扩散退火或均匀化退火来消
微观偏析程度一般用偏析系数|1－k0|
来衡量。|1－k0|值越大，固相和液相的浓 除，即将合金加热到低于固相线100～200℃的 度差越大，晶内偏析越严重。 温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分
正常偏析随着溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析 图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但
•
焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固液界面的推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。
当焊接速度较大时，成长的柱状晶会在焊缝中心
相遇，在中心形成正偏析。在拉伸应力作用下，
容易偏析的元素-解释说明
容易偏析的元素-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分：元素偏析是指在合金或化合物中，某些元素在晶体生长或凝固过程中发生偏移或分离的现象。
这种现象可能会导致材料性能的下降，甚至影响整个工程产品的质量和安全。
因此，了解哪些元素容易发生偏析及其影响因素对于材料工程和制造过程至关重要。
本文将深入探讨容易偏析的元素及其影响因素，旨在帮助读者全面了解偏析现象，提高材料制造过程的质量和效率。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括：在本文中，我们将首先介绍元素偏析的概念，包括其定义、特点和原因。
然后我们将深入探讨哪些元素容易发生偏析，以及偏析对材料性能的影响。
接下来，我们将分析影响偏析的因素，包括温度、压力、成分变化等。
最后，我们将对文章进行总结，分析偏析对材料的影响，并展望未来的研究方向。
通过这样的文章结构，我们将全面深入地了解容易偏析的元素及其影响。
1.3 目的目的部分的内容：本文旨在探讨和分析在化学和材料科学领域中容易发生偏析现象的元素。
通过对元素偏析的概念、容易发生偏析的元素以及影响偏析的因素进行系统的阐述和讨论，旨在帮助读者深入了解偏析现象，提高对元素偏析的认识和理解。
同时，本文也旨在指出偏析现象对材料性能和质量的影响，以及未来在防止和减少偏析现象方面的研究和发展方向。
通过本文的阐述，读者可以更好地认识和理解元素偏析的重要性，加强对元素偏析现象的认识和研究，从而提高材料的性能和质量。
2.正文2.1 元素偏析的概念元素偏析是指在合金固溶态或凝固过程中，因为元素的不均匀分布而导致合金成分不均匀的现象。
在金属加工和材料制备过程中，即使是微小的化学成分差异也会对材料性能产生显著影响。
偏析元素通常指的是固溶体中的溶质元素，它们在合金晶粒内部的分布不均匀，主要表现为在晶界区域的富集或亏损。
这种偏析现象会导致晶界的脆化和晶粒的强度不均匀。
此外，偏析元素也可能引起合金的相变温度偏移和化学腐蚀倾向性增加等问题。
高温合金焊接性的影响
高温合金焊接性的影响高温合金的化学成分，随着使用温度的升高，变的愈来愈复杂，因而焊接时越来越困难。
影响焊接性能的四大因素是材料因素、设计因素、工艺因素和服役环境。
高温合金的焊接性是指在某一焊接工艺条件下，对合金产生裂纹的敏感性、焊后接头组织的均匀性、焊接接头力学性能和采取工艺措施的可行性的综合评价。
高温合金的焊接性主要受下面几个因素影响：（1）高温合金的焊接裂纹敏感性。
在高温合金焊接过程中，出现的焊接裂纹通常有热裂纹和再热裂纹，其中热裂纹分为结晶裂纹和液化裂纹，再热裂纹主要是指应变时效裂纹。
液化裂纹和结晶裂纹形成机理相同，都是由于晶间存在脆弱低熔相或共晶，在焊接产生的高温条件下承受不了力的作用而开裂。
两者的区别在于结晶裂纹是液态焊缝金属在凝固过程中形成，而液化裂纹则是由于固态的母材在热循环的峰值温度作用下使晶间层重新熔化后形成的。
应变时效裂纹一般在沉淀强化高温合金的焊接后进行时效处理时或者焊后在高温使用时产生。
由于沉淀强化高温合金晶体内部由于g′的大量析出得以强化，而晶界强度在高温环境时一般低于晶内强度，加上杂质元素偏聚的不利影响，晶界进一步弱化，从而在晶界发生塑性变形，增加了应变时效裂纹产生倾向，当晶界的实际变形量超过其塑性变形能力就会产生应变时效裂纹。
（2）焊接接头组织的不均匀性。
高温合金焊接接头组织呈现明显的不均匀性，并且由于化学成分和焊接工艺的不用而明显不同。
固溶强化高温合金的组织比较简单，这类合金焊接后，焊缝金属由变形组织转变为铸造组织。
由于焊接熔池降温速度快，焊缝金属会因晶内偏析形成层状组织，偏析严重会在枝晶间形成共晶组织。
焊接接头热影响区产生沿晶界的局部熔化和晶粒长大，如固溶强化高温合金GH1015、GH1016和GH1140就具有比较好的焊接性，焊缝组织细小。
相比而言，沉淀强化高温合金和铸造高温合金的组织就比较复杂，焊缝和热影响区的组织成分都比较复杂。
焊缝金属在焊接过程中经历了熔化凝固的过程，原来的g′相、碳化物相等均溶入基体中，形成单一的g固溶体。
对钛铁合金各元素偏析的探讨
刖 罱
点 的距离 皆为 １ Ｂ左 右 ， 距离 合金 上 沿 的距 离 ５Ｃ ５点 约 ２ Ｂ， 到 ５点 的距 离 为 ２ Ｂ左右 。 ０Ｃ ６点 ５Ｃ 同时采 用
攀 钢 北 海 特 种 铁 合 金 公 司 生 产 的 钛 铁 主 要 是 ３ 铁和 ４ ０钛 ０钛 铁 ，即合金 中钛 含量 分别 占 ３％ 和 ０
中 图分 类号
Ｔ ６ １３ Ｆ ５ ．
ＤＩ ＳＣＵＳＳＩ ＯＮ ＯＮ ＴＨＥ ＳＥＧＲＥＧＡＴＩ ｏＮ ｏＦ
ＦＥＲＲ ｏ ＴＩ ＴＡＮ Ｉ ＵＭ ＥＬＥＭ ＥＮ ＴＳ
Ｌ ｉＭｅ ｘａ ａ ｉｉ ｎ Ｔ ｎ ｎ ｇ ｏ ｉ ｇ ｕ Ｃｈ ｎ Ｇｕ ｙ ｎ ｅ ｉｉｇ （ ａ Ｓｅｌ ｒｕ ｅ ａ Ｓ ｅ ｉ ｅｒａ ｏ ｏ ｐ ｎ ，Ｂ ｉ ｉ ３ ０ ５ ｈ ａ Ｐ ｎ ｔｅ Ｇ ｏ ｐ Ｂ ｉ ｉ ｐ ｃ ｌ ｒ ｌ ｙＣ ｍ ａ ｙ ｅ ａ ５ ６ ０ ，Ｃ ｉ ） ｈ ａＦ ｏｌ ｈ ｎ
磷 、 、 、 等。 锰 铜 碳 钛铁 合金 在 凝 固过程 中 由于存 在 着
溶质 的再 分 配 ， 固之后 ， 凝 在截 面 上 的不 同位 置 ， 化 学成 分存 在 不均 匀 的偏 析现 象 Ｉ 。本 文通 过 试验 对 Ｉ
钛 铁合 金各 元 素 的偏 析进 行 了详 细 的 阐述 ，试 图为
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｒｇ ｔ ｎ ｓ ｕ ｔ ｎ ｏ ａ ｏ ｓ ｅｅ ｎ ｓ ｉ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｍ ａ ｅ ｂ ｅ ｘ ｏ ｎ ｅ ｒｕ ｈ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｈ ｓｒ ｃ Ｔ ｅ ｓ ｇ ｅ ａ ｉ ｉ ａ ｉ ｆｖ ｒ ｕ ｌｍｅ ｔ ｎ ｆｒｏｉ ｎ ｕ ｈ ｖ ｅ ｎ ｅ ｐ ｕ ｄ ｄ ｔ ｏ ｇ ｈ ｘ ｅ ｉ ｏ ｔ ｏ ｉ ｔ ｈ ｍｅ ｔ．Ｔ ｅ
钛合金熔炼时的偏析
钛合金熔炼时的偏析偏析普遍存在于钛合金中，偏析对合金的力学性能具有较大的影响，甚至可能无法获得合格铸锭。
钛合金的偏析一般分为两类：宏观偏析和微观偏析。
固相无限互溶的合金在三维空间内发生枝晶生长时，引起液体流动的动力将导致宏观偏析。
这些动力包括凝固收缩（或膨胀），冷却时的液相收缩，液体内不同密度引起的重力作用，凝固时固相的收缩及移动，大容积内液体对流向枝晶间的穿透，固-液区内气体的形成。
宏观偏析包括正偏析、负偏析和比重偏析。
微观偏析是指通常的铸件生产中，枝晶干（或胞晶干）心部与枝晶间（或胞晶间）成分上的差异，可以用偏析比S R 表示微观偏析的大小。
微观偏析包括晶内偏析和晶界偏析。
钛合金的偏析影响钛合金组织，钛合金的组织缺陷例如难熔金属夹杂、间隙元素偏析，合金元素偏析引起的组织缺陷，反常态的α相形态等对钛合金的使用寿命、性能方面存在致命的影响。
因此在熔炼过程中如何避免偏析必须引起冶金工作者的注意。
有人研究了Ti-10V-2Fe-3Al合金的熔炼偏析。
实验过程采用电子束冷床炉初熔，VAR二次重熔。
图3-19为距铸锭中心15mm和50mm处合金元素的轴向分布。
可以看出，沿着凝固方向，V和Al元素含量逐渐降低，而Fe元素逐渐升高。
这是因为Fe元素是正偏析元素，朝向熔体方向富集，因此从底部到顶部沿着铸锭凝固方向含量逐渐升高。
下文简要分析几种常见的偏析及形成原因，以帮助在熔炼过程中进行防范。
Ⅰ类α偏析：主要是指O、N、C偏析，最常见的为TiN夹杂，也称为软α型缺陷、间隙元素偏析。
这种偏析通常都很硬，会损害疲劳强度和塑性。
当上述元素浓度很高时，可以观察到包括化合物在内的其他相，这些元素只要很少的量就能对钛的硬度产生显著影响。
钛的氮化物和碳化物以及更难出现的氧化物都有较高的熔点，这些物质在钛熔炼时难于熔化和充分散开，因此原材料中要避免这些间隙元素的浓度过高。
高碳偏析区内粗大晶界、碳化物网等薄弱环节吸收了较多的H，会弱化晶界强度，促进碳化物网的脆性倾向。
基于合金中元素的偏析研究
基于合金中元素的偏析研究发布时间：2022-10-21T06:27:35.804Z 来源：《中国建设信息化》2022年11期第6月作者：金鸿飞[导读] 近年来，人们尝试从电子结构的角度来解释元素在钢铁中的致脆机理，一金鸿飞江苏省特种设备安全监督检验研究院江苏省昆山市摘要：近年来，人们尝试从电子结构的角度来解释元素在钢铁中的致脆机理，一般来说，铅、锡、锑、铋和砷等都是典型的导致钢铁脆性的元素，这些元素在晶界偏析的程度越高，表示钢铁的脆性就越大[20]。
本文通过制备一系列Fe-Sn、Fe-Mo、Fe-Mo-Sn系的合金，研究了合金中元素的偏析以及Fe的d电子数的变化，希望从Fe的d电子数的角度来解释杂质元素导致钢铁脆性的物理根源。
关键词：合金元素；Fe-Sn合金；Fe-Sn-Mo合金；1 研究意义自从19世纪末期以来，钢铁开始在世界范围使用，钢铁材料成为近百年来最重要的结构材料之一。
但是一些钢铁材料的脆性断裂曾经给人类社会带来巨大的灾难。
例如，人们所熟知的泰坦尼克号的沉没事件。
作为当时世界上最大的船只，泰坦尼克号号称永远不会沉没，然而却在它第一次航行的途中就葬身大海。
其原因在于它撞上了冰川之后, 构成船身的钢材发生了脆性断裂，从而导致了灾难的发生。
在历史上，由于钢铁脆性断裂带来的安全隐患就更加数不胜数了。
有记录的第一次的事故是在19世纪末期的纽约长岛，那里有一个很大的支柱型钢板铆接水塔，其25.4毫米厚的底部出现了6.1米长的裂纹。
在我国20世纪末期，吉林省的五河大桥也发生了类似事故，大桥的两个斜拉杆发生了脆性断裂，桥节点附近的裂缝达到0.1?0.2米宽，被发现的裂缝多达700多条。
为了避免发生脆性断裂，在工程设计上需要留出大量的余量。
如果能够搞清楚脆性断裂的根源，不仅能够避免重大安全事故，消除隐患，而且能够节约大量的材料，简化工程，大大节约成本。
因而，近百年来，钢铁的脆性问题一直是金属学领域的一个重要研究课题。
(完整版)焊接冶金学(基本原理)习题总结
焊接冶金学（基本原理）部分习题及答案绪论一、什么是焊接，其物理本质是什么?1、定义：焊接通过加热或加压；或两者并用,使焊件达到原子结合，从而形成永久性连接工艺.2、物理本质：焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对于金属而言，既实现了金属键结合。
二、怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？1、对被焊接的材质施加压力:目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触.2、对被焊材料加热（局部或整体)：对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态,此时接触面的氧化膜迅速破坏,降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
三、试述熔焊、钎焊在本质上有何区别？钎焊母材不溶化,熔焊母材溶化.1. 温度场定义,分类及其影响因素。
1、定义：焊接接头上某一瞬间各点的温度分布状态.2、分类：1) 稳定温度场—-温度场各点温度不随时间而变动;2) 非稳定温度场——温度场各点随时间而变动;3) 准稳定温度场——温度随时间暂时不变动,热饱和状态；或随热源一起移动。
3、影响因素:1) 热源的性质2) 焊接线能量3) 被焊金属的热物理性质a. 热导率b. 比热容c. 容积比热容d. 热扩散率e. 热焓f. 表面散热系数4) 焊件厚板及形状第一章二、焊接化学冶金分为哪几个反应区，各区有何特点?1、药皮反应区：指焊条受热后,直到焊条药皮熔点前发生的一些反应。
(100-1200℃) 1) 水分蒸发:100 ℃吸附水的蒸发，200－400 ℃结晶水的去除，化合水在更高温度下析出 2) 某些物质分解：形成Co,CO2，H2O ，O2等气体 3) 铁合金氧化 ：先期氧化,降低气相的氧化性2、熔滴反应区：指熔滴形成、长大、脱离焊条、过渡到整个熔池 1) 温度高：1800－2400℃ 2) 与气体、熔渣的接触面积大 ：1000－10000 cm2/kg 3) 时间短速度快:0.01-0.1s ；0。
铝合金成分偏析
铝合金成分偏析【前言】近年来，铝合金在工业、建筑、航空等领域得到广泛应用，由于它具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，因此被许多制造商和消费者所喜爱。
然而，铝合金中存在的成分偏析却使其性能大打折扣，成为制约其应用的主要因素之一。
下面，我们将逐步分析铝合金中成分偏析的原因、影响及解决方法。
【原因分析】铝合金中的成分偏析与合金中组成不均匀有关。
合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属元素组成的固态溶液，铝合金中的元素如：铜、镁等含量都有一定的范围，而不是纯粹的铝和铜、镁。
如果这些元素在合金中分布不均匀，就会发生成分偏析。
造成成分偏析的原因主要有两点。
一是在合金的制备和加工过程中，铝合金中的不同元素在熔炼、浇铸、锻造等过程中，容易发生某种物质的聚集，导致元素分布不均；二是合金加热时，不同元素的强度、热膨胀、软化等性质不相同，容易分离，也会发生成分偏析。
【影响分析】成分偏析对铝合金性能的影响因合金类型和成分偏析的程度不同而异。
一般情况下，铝合金的强度、韧性、耐蚀性和导电性等性能均受到成分偏析的影响。
如果铝合金中镁含量过多或过少，会导致强度和耐蚀性下降；而铜含量过多或过少，则会导致韧性、塑性和强度的下降，同时也会影响合金的耐腐蚀性；如果铝合金中含有其他杂质元素，如铁、硅、锰等，也会对铝合金的性能产生不良影响，甚至会造成铝合金的裂纹。
由此可见，成分偏析对铝合金的性能形成极大的危害，不能不加重视。
【解决方法】为了遵循无缺陷的制造铝合金材料的原则，应从以下几个方法入手，尽可能减少铝合金中的成分偏析。
1. 选择适当的熔炼和混合方法。
采用均质化混炼法、分步混炼法等熔炼和混合方法，可以有效地减少铝合金中的成分偏析。
2. 改进加工方式。
优化铝合金的加工工艺，如调整加热温度、持续时间、冷却速度等工艺参数，使得合金成分均匀分布，减少成分偏析的风险。
3. 精确控制合金组分的含量。
通过控制各种元素的含量、精确配比等方式，可以有效避免成分偏析的发生。
常见的焊接缺陷(内部缺陷)
常见的焊接缺陷（内部缺陷）：（1）未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。
未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。
原因分析造成未焊透的主要原因是：对口间隙过小、坡口角度偏小、钝边厚、焊接线能量小、焊接速度快、焊接操作手法不当。
防治措施⑴对口间隙严格执行标准要求，最好间隙不小于2㎜。
⑵对口坡口角度，按照壁厚和DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》的要求，或者按照图纸的设计要求。
一般壁厚小于20㎜的焊口采用V型坡口，单边角度不小于30°，不小于20㎜的焊口采用双V型或U型等综合性坡口。
⑶钝边厚度一般在1㎜左右，如果钝边过厚，采用机械打磨的方式修整，对于单V型坡口，可不留钝边。
⑷根据自己的操作技能，选择合适的线能量、焊接速度和操作手法。
⑸使用短弧焊接，以增加熔透能力。
（2）未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。
原因分析造成未熔合的主要原因是焊接线能量小，焊接速度快或操作手法不恰当。
防治措施⑴适当加大焊接电流，提高焊接线能量；⑵焊接速度适当，不能过快；⑶熟练操作技能，焊条（枪）角度正确。
（3）气孔：在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。
成分偏析与冷却速度关系
成分偏析与冷却速度关系引言：成分偏析是指在合金凝固过程中，由于成分分配不均而引起的组织不均匀现象。
成分偏析是影响合金性能的重要因素之一，而冷却速度则是影响成分偏析程度的重要因素。
本文将探讨成分偏析与冷却速度之间的关系，并分析其对合金性能的影响。
一、成分偏析的原因及表现成分偏析的原因是合金凝固过程中，液态合金中溶质的分布不均匀，导致凝固过程中某些区域的成分偏离了平衡相的成分。
成分偏析的表现形式主要有两种：正偏析和负偏析。
1. 正偏析正偏析是指凝固过程中固相成分的浓度高于液相成分的现象，这主要是因为固相晶体对溶质的亲和力较大，导致溶质在固相中富集。
正偏析会导致合金的固相富集有害元素，降低合金的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 负偏析负偏析是指凝固过程中固相成分的浓度低于液相成分的现象，这主要是因为固相晶体对溶质的亲和力较小，导致溶质在液相中富集。
负偏析会导致合金的固相富集有益元素，提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。
二、冷却速度对成分偏析的影响冷却速度是指合金从高温状态到达室温或低温状态所需的时间。
冷却速度的变化会影响成分偏析的程度。
1. 较慢的冷却速度在较慢的冷却速度下，合金凝固过程中有足够的时间让溶质重新分布，溶质在液相和固相之间能够达到相对均衡的分配。
因此，较慢的冷却速度下，成分偏析程度较小，合金的成分均匀性较好。
2. 较快的冷却速度在较快的冷却速度下，合金凝固过程中的时间较短，溶质没有足够的时间重新分布，导致溶质在凝固前的液相和凝固后的固相之间出现明显的差异。
因此，较快的冷却速度下，成分偏析程度较大，合金的成分不均匀性较差。
三、成分偏析对合金性能的影响成分偏析对合金性能有着重要的影响，不同的偏析类型会对合金的性能产生不同的影响。
1. 正偏析的影响正偏析会导致合金中固相富集有害元素，降低合金的力学性能和耐腐蚀性能。
例如，钢中的硫和磷是有害元素，正偏析会导致钢中固相富集硫和磷，使钢的韧性和抗拉强度降低。
2. 负偏析的影响负偏析会导致合金中固相富集有益元素，提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。
《B、Mo偏析行为对Fe-Cr-Cr2O3界面结合性能影响的理论研究》
B、Mo偏析行为与Fe-Cr/Cr2O3界面的反应机制密切相关。因此，我们需要深入研究界面反应的机制和过程。通过原位观察技术，实时观察B、Mo元素在界面处的偏析行为和界面反应过程，可以更加清晰地了解B、Mo元素对界面反应的影响。此外，结合理论计算和模拟，可以进一步揭示界面反应的微观机制和影响因素，为优化合金的微观结构和性能提供重要依据。
二、B、Mo元素在Fe-Cr合金中的偏析行为
B、Mo元素在Fe-Cr合金中的偏析行为受多种因素影响，包括合金成分、温度、时间等。在合金凝固过程中，B、Mo元素可能向晶界或特定区域偏聚，从而改变该区域的成分和性质。特别是对于Fe-Cr合金来说，B、Mo的偏析行为可能影响其抗氧化性能和界面结合性能。
三、B、Mo偏析对Fe-Cr/Cr2O3界面结构的影响
十四、热力学分析
热力学分析是研究B、Mo偏析行为对Fe-Cr/Cr2O3界面结合性能影响的重要手段。通过计算B、Mo元素在Fe-Cr合金中的扩散系数、偏析系数等热力学参数，可以了解B、Mo元素在合金中的扩散和偏析行为。同时，结合相图分析，可以揭示B、Mo元素对Fe-Cr合金相结构的影响，从而进一步理解其对界面结合性能的影响机制。
Fe-Cr合金表面氧化形成的Cr2O3薄膜具有良好的抗氧化性能，而B、Mo元素的偏析行为可能影响这一界面的结构。研究表明，B元素可能通过改变Cr2O3的晶体结构，影响其致密性和稳定性；而Mo元素则可能通过与Cr元素相互作用，改变界面处的化学键合和电子结构。这些变化将直接影响Fe-Cr/Cr2O3界面的结合性能。
除了直接研究B、Mo偏析对Fe-Cr/Cr2O3界面的影响外，我们还可以关注这些偏析行为对界面氧化过程的影响。通过分析B、Mo元素在氧化过程中的行为，如是否参与氧化反应、如何影响氧化层的生长等，可以更全面地了解偏析行为对界面结合性能的影响。
焊接理论基础习题及答案
第一章焊接化学冶金1、什么是焊接化学冶金？它的主要研究内容和学习的目的是什么?答：焊接化学冶金指在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下的相互作用反应。
它主要研究各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝金属成分、性能之间的关系及变化规律。
研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料，控制焊缝金属的成分和性能使之符合使用要求，设计创造新的焊接材料。
2、调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？答：调控焊缝化学成分的两种手段：1）、对熔化金属进行冶金处理；2）、改变熔合比。
怎样影响焊缝化学成分：1）、对熔化金属进行冶金处理，也就是说，通过调整焊接材料的成分和性能，控制冶金反应的发展，来获得预期要求的焊接成分；2）、在焊缝金属中局部熔化的母材所占比例称为熔合比，改变熔合比可以改变焊缝金属的化学成分。
3、焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？答：焊接区内气体的主要来源是焊接材料，同时还有热源周围的空气，焊丝表面上和母材坡口附近的铁皮、铁锈、油污、油漆和吸附水等，在焊接时也会析出气体。
产生：①、直接输送和侵入焊接区内的气体。
②、有机物的分解和燃烧。
③、碳酸盐和高价氧化物的分解。
④、材料的蒸发。
⑤、气体（包括简单气体和复杂气体）的分解。
4、氮对焊缝质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？答：氮对焊接质量的影响：a在碳钢焊缝中氮是有害的杂质，是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。
b氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素。
c氮是促进焊缝金属时效脆化的元素。
控制焊缝含氮量的主要措施：a、控制氮的主要措施是加强保护，防止空气与金属作用；b、在药皮中加入造气剂（如碳酸盐、有机物等），形成气渣联合保护，可使焊缝含氮量下降到0.02%以下；c、采用短弧焊（即减小电弧电压）、增大焊接电流、采用直流反接均可降低焊缝含氮量；d、增加焊丝或药皮中的含碳量，可降低焊缝中的含氮量。
5、综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响？答：（1）焊接工艺参数对焊缝含氢量有一定的影响：手工电弧焊时，增大焊接电流使熔滴吸收的氢量增加；增大电弧电压使焊缝含氢量有某些减少。
合金中元素偏析带来的危害
合金中元素偏析带来的危害在金属材料的生产和加工过程中，合金元素偏析是一个常见的问题。
合金元素偏析指的是合金中各元素在合金内部的不均匀分布，这通常会导致合金性能的降低，甚至可能引发一系列的工程问题。
下面，我们将深入探讨合金元素偏析带来的危害。
1. 力学性能下降合金元素偏析会导致合金的力学性能下降。
由于合金元素在合金内部的分布不均，会导致合金的强度、韧性、耐磨性等性能指标下降。
这不仅会影响到产品的使用寿命，还可能引发安全问题。
例如，航空航天、汽车、石油化工等领域使用的关键部件，如果存在合金元素偏析，可能会导致部件过早疲劳或断裂，严重时甚至可能引发重大事故。
2. 耐腐蚀性能降低合金元素偏析也会影响合金的耐腐蚀性能。
在某些高腐蚀性的环境中，如果合金元素偏析严重，可能会导致某些部位迅速腐蚀，从而大大缩短了材料的使用寿命。
这对于那些需要在恶劣环境下工作的设备和部件来说，是一个非常严重的问题。
3. 热处理困难在热处理过程中，如果合金元素偏析严重，可能会使得热处理过程变得困难或者效果不佳。
这不仅会影响到材料的最终性能，还可能使得生产过程变得复杂和不可控。
4. 生产成本增加为了解决合金元素偏析带来的问题，往往需要进行额外的处理和检测。
这不仅增加了生产成本，还可能影响到生产效率。
对于企业来说，这无疑是一个巨大的挑战。
综上所述，合金中元素偏析带来的危害是多方面的，从材料性能的降低到生产成本的增加都有涉及。
因此，在金属材料的生产和加工过程中，必须采取有效的措施来防止和控制合金元素偏析的产生。
这包括优化生产工艺、加强质量控制、采用先进的检测手段等措施。
只有这样，才能确保金属材料的质量和性能，满足各种工程应用的需求。
优化生产工艺为了防止合金元素偏析的产生，可以对生产工艺进行优化。
例如，采用适当的熔炼和浇注技术，控制合金元素的混合和分布。
此外，可以采用多次熔炼和浇注的方法，以进一步改善合金的元素分布。
这些措施可以有效地减少合金元素偏析的产生，从而提高材料的性能。
偏析名词解释
偏析名词解释偏析名词解释：合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。
焊接熔池一次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，造成分布不均，产生偏析。
根据铸锭的范围，偏析分为三大类：1、显微偏析。
2、区域偏析（宏观偏析）3、通道偏析（channel segregation）其中，显微偏析指发生在一个或几个晶粒之内，包括枝晶偏析、晶间偏析、晶界偏析和胞状偏析。
宏观偏析则发生在铸锭宏观范围内这一部分和那一部分之间。
可分为正常偏析、反常偏析、比重偏析三类。
晶内偏析：该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等.可以通过退火将偏析消除;.区域性偏析：在较大范围内化学成分不均匀的现象,退火无法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关；比重偏析：合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。
可采用降低浇温加大冷却速度，加入微量元素形成比重适当等。
通道偏析：凝固时，浓度较大的液态对流引起的偏析。
溶质和浓度梯度影响了液态的密度。
你可以判断出现偏析的种类，并针对性的采取一些措施。
焊缝中的偏析现象有以下三种：显微偏析：熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。
在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均现象称为显微偏析。
区域偏析：熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使熔池中心的杂质含量比其它部位多，这种现象称为区域偏析。
焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。
窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质。
这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。
宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，这种焊缝具有较高的抗热裂能力。
层状偏析：熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现暂时的停顿。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由当于铸密锭度中的央差部异分，在 先凝凝固固下部沉分时结，晶侧沉面 淀向，斜在下铸方锭产的生下拉半应 部力形，成在低其于上平部均形成成 分逆的V形负裂偏缝析，区并，被上 部富则含形溶成质高的于液平相均所 成填分充的，正最偏终析形区成。逆 V形偏析带。
铸锭的宏观 偏析分布示意图
带状偏析常出现在铸锭或厚壁铸件中，有时是连续的，有 时则是间断的，偏析的带状总是和液-固界面相平行。
微观微偏析观是偏一析种程不度平一衡状般态用，偏在析热系力数学上|1是－不k稳0定|来的衡。可 量通过。扩|1散－退k火0或|值均匀越化大退，火固来相消和除，液即相将的合浓金度加差热到越低大于，固 晶相线内1偏00析～2越00严℃重的温。度，进行长时间保温，使偏析元素进行
充分扩散，以达到均匀化。 表11-1 不同元素在铁中的偏析系数
增碳层 脱碳层
wC %
焊缝金属
x1
x2
母材金属
－x
实际熔合线
x
异种钢接头焊材一般采用高韧性的奥氏体焊材，由于焊缝富含碳化物形成
元素，故结碳构在钢其与内的不活锈度钢远异低种于碳钢钢接母头材熔，合在焊区后中加碳热的过分程中布，示固意溶图在碳钢
HAZ中的碳易向焊缝中扩散，在熔合线两侧分别形成增碳区和脱碳区。
0.94
0.90
0.87
0.74 0.62 0.53 0.51 0.86 0.65 0.35 0.34
二、宏观偏析
宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包括：
正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析 带状偏析与层状偏析 重力偏析
偏正析常使偏铸析件随性着能溶不图质均1偏1匀-析3，系也单数难向|1以凝-k通固0|的过时增热铸大处棒而理内增消溶大除质。，的但但分对可布于以偏利析用系溶数质较的大正 常的a偏－合析平金现衡，象凝当对固溶金质属含b进－量行液较提相高纯只时精有，炼扩合。散金倾c向－于液体相积完凝全固混，合宏观d偏－析液反相而部减分轻混。合
2、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。
晶界偏析比晶内偏析的危
害更大，既能降低合金的
塑性与高温性能，又增加
热裂纹倾向。
Ni-25% Cu合金快凝后的树枝状偏析
晶粒并排生长，晶 界平行于晶体生长 方向，晶界与液相 的接触处存在凹槽， 溶质原子在此处富 集，凝固后就形成 了晶界偏析。
焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固-液界面 的推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。当焊接速度较 大时，成长的柱状晶会在焊缝中心相遇，在中心形成正 偏析。在拉伸应力作用下，焊缝极易产生纵向裂纹。
电弧位置
图11-6 快速焊时焊缝的区域偏析
Al-4.7Cu 合金铸件的逆偏析
逆偏析的成因在于结晶温度范围宽的固溶体合金，在缓慢凝固时易形成 粗大的树枝晶，枝晶相互交错，枝晶间富集着低熔点相，当铸件产生体收缩 时，低熔点相将沿着树枝晶间向外移动。
晶粒相对生长，在对合 处彼此相遇。晶粒结晶时 所排出的溶质（k0＜1） 和其他杂质元素在固-液界 面前沿富积，在最后凝固 的晶界对合部位将含有较 多的溶质和其他低熔点物 质，造成晶界偏析。
微观偏析的影响因素与消除措施
合金液、固相线间隔 （宽）
偏析程度 的影响因素
偏析元素的扩散能力 （弱）
冷却条件 （快）
第一节 合金中的成分偏析
什么叫偏析？
合金在凝固过程中发生的化学 成分不均匀现象称为偏析
为什么会出现偏析？ 偏析是合金在凝固过程中由于
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、抗裂性能及
耐腐蚀性能等有程度不同的损害。但利 用偏析现象可以净化或提纯金属等。
偏析的分类
一、微观偏析 二、宏观偏析 三、焊接熔合区的化学成分不均匀
一、微观偏析
微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学
成分不均匀现象，按位置不同可分为：
晶内偏析（枝晶偏析） 晶界偏析 微观偏析的影响因素与消除措施
1、晶内偏析
晶内偏析是在一个晶粒内出现的成分不均匀
现象，常产生于具有结晶温度范围、能够形成固 溶体的合金中。
固溶体合金按树枝晶方式生长时，先结晶的枝 干与后结晶的分枝也存在着成分差异，又称为枝 晶偏析。
元素 P S
B
C
V Ti Mo Mn Ni Si Cr
元素质量 0.01~ 0.01~ 0.002 0.3~ 0.5~ 0.2~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~
分数/% 0.03 0.04 ~0.10
1.0 4.0 1.2 4.0 2.5 4.5 3.0 8.0
偏析系数 |1－k0|
带状偏析的形成是由于固-液界面前沿液相中存在溶质富集 层且晶体生长速度发生变化的缘故。
焊缝凝固中的层状偏析与带状偏析机理相同。
层状偏析
a）
b）
图11-7 焊缝的层状偏析
a) 焊条电弧焊 b) 电子束焊
三、焊接熔合区的化学成分不均匀
熔合线
硫
的
浓
度
母材
焊缝
wS / %
熔熔合合区区是的母化材学与熔成池分图的1不1界-9均面熔匀，合程T区m度温中与度硫焊下的由分接于布规S范、P有等关杂,质大元的素焊在接固相 线中转的移能平，量注衡在：会含界上使量面面不远前数低沿均字于 的匀E液 液=程1相 相1.度7， 中6k加造 形J/成成剧cm杂近(见质界图下元面中面素部三数富位组字集母数E层材=据2，中3中.随的94的后kS下J、快/c行Pm速)向凝焊固缝。中