材料金相组织

一. 金属的结晶
晶粒粗大与细化晶粒
过热组织
过烧组织
过热组织：钢因加热温度超过Ac3线很多或在高温下停留时间很长而形成 的以晶粒粗大为特征的金属组织。
一. 金属的结晶
晶粒粗大与细化晶粒
➢ 细化晶粒（控制形核率+控制温度） ✓ 在原材料冶炼时，加入一些细化晶粒元素（Nb、Ti)。 ✓ 采用适当的变形程度和变形温度也能达到细化晶粒的目的。（锻轧） ✓ 采用正火（退火）等热处理工艺，产生相变重结晶的方法来细化晶粒。 ✓ 在结晶过程中，采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌，也可使晶粒细 化。（破碎）
➢ 晶粒粗大： ✓ 金属凝固或加热到相变温度以上、或在奥氏体再结晶区变形时，再结 晶后停留时间长、冷却速度慢使晶粒集聚长大。 ✓ 粗大奥氏体晶粒造成固态相变后铁素体晶粒粗大。（组织遗传） ✓ 焊接时大线能量，就可能使焊接接头组织的晶粒粗大。 ✓ 热处理加热温度过高，高温停留时间过长，如固溶处理不当。
金属材料学基础
目录
1 金属的结晶 2 金相试验 3 金相识别 4 4 合金相图 5 热处理
引言
制造工艺-热处理
化学成分
组织结构
Hale Waihona Puke Baidu
引言
φ609.6×36mm。 S2205
2013年7月30日，某厂加氢裂化装置空冷入口管线，在充氢气升压过程 中，一处弯头开裂，引发着火。
引言
热影响区裂纹
引言
双相不锈钢（2205）的焊道与腐蚀介质接触侧要先焊。
纯铁凝固后，在不同的温度下，有着不同的晶 格结构。这种在固态下由于温度改变而发生晶 格改变的现象称为同素异构转变。这种转变与 液态金属结晶类似，也包含晶核的形成与长大。
从曲线可知，从液相凝固得到的是体心立方晶 格的铁，称为δ-Fe。
在1394℃时发生同素异构转变为具有面心立 方晶格的铁，γ-Fe。当温度降至912℃时，继续 转变为具有体心立方晶格的铁，α-Fe。
SUS316不锈钢焊接接头显微组织模拟结果与实验结果比较
一. 金属的结晶
一次结晶（液相-固相）直接影响金属材料组织性能，特别是焊接过 程中许多缺陷，包括夹渣、气孔、夹杂物偏析等，也都是在熔化结晶 过程中产生的，因而了解金属结晶过程对控制焊接质量具有十分重要 的意义。
知识点
对成品奥氏体晶粒粗大后能否恢复？
纯铁的结晶过程
a
b
c
纯铁凝固结晶时的温度-时间曲线
冷却曲线中T0为熔点, Tn为开始结晶温度。曲线中abc段为液态金属逐 渐冷却, bc段温度低于理论结晶温度, 这种现象称为过冷现象。T0与Tn 之差叫做过冷度。 结晶的条件：一定的过冷度。
一.金属的结晶
纯铁的结晶过程
S316，TIG焊，焊接接头温度场分布情况模拟
纯铁冷却纯铁曲冷却线曲线
δ铁(δ- Fe) <---1-3-9-4>℃γ铁(γ-Fe) <------>91α2铁℃(α-Fe)
一. 金属的结晶
纯金属结晶过程 金属的结晶包括两个基本过程：形核与长大。
一. 金属的结晶
晶体长大的形态 晶体在空间中的主要有两种形态。
➢ 等轴晶：晶粒在各方向上尺寸相差较小的晶粒。固液界面能够在空 间各个方向自由迁移。组织性能好，通过退火工艺可以获得。 ➢ 柱状晶：结晶时只能在空间中的一个方向自由迁移，其他两个方向 受限制；这种组织的材料的性能有了方向性，避免产生这种组织。
奥氏体不锈钢由于其导热系数率低，散热慢，在加工和焊接时易出现 受热部位高温停留时间过长，导致局部晶粒粗大。
此类材料焊接应特别注意控制返修次数。二次返修时应将原焊口割除 。
知识点
成品奥氏体晶粒粗大后能否恢复？
•
奥氏体材质的设备或管道在使用过程中如果发生晶粒粗大，将会
对使用性能产生很大的不利影响，而且奥氏体材质设备和管道的组织
一. 金属的结晶
晶粒粗大与细化晶粒
焊接过程是一个快速加热冷却过程，在这一过程中， 焊接接头组织将发生变化，包括热影响区的相变、晶粒粗 化和焊缝内的凝固结晶过程。从而导致焊接接头的性能与基体有较大差 异，成为焊接结构中的薄弱部位。
焊缝区
熔合线
热影 响区
母材
S316，TIG焊，焊接接头温度场分布情况模拟
例：ASME SA213-2007《锅炉、过热器和换热器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管》对347H要求有7级或更粗 的晶粒度。
一. 金属的结晶
晶粒粗大与细化晶粒 钢材内部缺陷之一，表现为金属晶粒比正常生产条件下获得的标准
规定的晶粒尺寸粗大。钢材由于生产不当，奥氏体或室温组织均能出 现粗大晶粒，这种组织使强度、塑性和韧性降低、疲劳性能下降。
一.金属的结晶
金属的结晶就是原子排列状态的改变。结构不同，材料的性能就 会存在差异。
金属晶格最常见有三种：面心立方晶格、体心立方晶格、 密排六方晶格。
面心立方晶格
体心立方晶格
密排六方晶格
面心立方堆积模型和密排六方堆积模型是致密度最高的，体心立方堆积的致密度 一般；致密度高，塑性高。
一.金属的结晶
转变是不可逆的，因为奥氏体在热处理过程中是没有相变，没有重新
形核长大过程，只能重熔或采用机械变形方法即锻造和轧制变形来细
化晶粒，所以奥氏体设备和管道成品如果在制作和安装中发生晶粒长
大是无法挽回的。若到厂材料经检验发现晶粒粗大，只能做报废处理
。
二.金相试验
金相分析—是运用放大镜和显微镜，根据对 金属材料的宏观及微观组织进行观察研究的方法， 生产实际中常常称为金相检验。
先焊 2205双相不锈钢接头
引引言言
分析原因
PTA甲苯蒸馏塔焊缝腐蚀形貌
材质：2205 介质：对苯二甲酸、苯甲酸 工作温度：202℃
一. 金属的结晶
广义讲，金属从一种原子排列状态到另一种原子规则排列状态的转变 叫金属的结晶。
金属从液态过渡到固体晶态的转变称为一次结晶。而把金属从一种固 体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。
等轴晶
柱状晶
一. 金属的结晶
晶粒度：表示晶粒大小的尺度。标准晶粒度共分8级， 1-4级为粗晶粒，粗于1级为晶粒粗大 ，5-8级为细晶粒，8级以上为超 细晶粒。 ➢ 同一成分的金属，晶粒愈细，其强度、硬度愈高，而且塑性和韧性愈 好。 ➢ 晶粒度较大，晶界多，腐蚀敏感性大，所以要求母材杂质含量低。 ➢ 从要求高的持久强度和抗氧化性出发，希望高温合金晶粒度略微粗大 一些。(热强性）