金属热加工原理7-8
合集下载
- 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)。
4
2）弯曲柱状晶
熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。典型的 熔池轮廓像不标准的椭球，熔池的宽度B和深度H沿x轴 连续变化。
典型熔池形状
5
熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。
焊接柱状晶粒呈弯曲状，晶粒沿焊接方向前倾并在 焊缝中心部分回合。
熔池的液相等温线及晶体生长线示意图
6
焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度大时， 柱状晶便趋向垂直于焊缝生长。焊接速度小时，柱状晶 更弯曲。
8
焊缝凝固时晶区划分示意图
9
二、焊缝金属的溶质偏析—层状偏析
与熔合线轮廓相似的各条曲线为层状偏析线（偏析层）。 偏析层的溶质浓度远高于焊缝金属的溶质平均浓度。
层状偏析
a） 焊缝的层状偏析 a) 焊条电弧焊 b) 电子束焊
b）
Байду номын сангаас
10
层状偏析的特征：
1. 层状线与树枝晶主轴垂直相交，在结晶方向上可能有小角度变化
12
§7-9 焊缝凝固组织的控制
焊缝晶粒粗细与冲击韧性间的关系 1-细晶组织 2-粗晶组织 3-粗大柱状晶
13
焊接过程中改善凝固组织，防止粗晶产生的主要措施： 1）优化焊接工艺参数 2）采用晶粒细化剂（变质处理）
3）振动结晶（机械、电磁、超声波）
14
习 题
1. 何谓形成晶体过程中的溶质再分布？ 什么是溶质平衡分配系数K0及其意义？ 2. 对于K0<1的合金，在固相无扩散，液相仅有限扩散的凝固条件下，分析当 凝固速度变大时，固相成分的变化及液相中溶质富集层的变化情况。 3. 什么是成分过冷及其产生的条件？成分过冷的大小受哪些因素影响？ 4. 成分过冷的本质是什么？随成分过冷区宽度的增加，晶体生长形态如何变化?
焊接速度对结晶形态的影响 a)焊接速度大 b)焊接速度小
7
3）凝固界面生长形式多样性
影响晶体形态的因素：熔池液体中的溶质浓度、 熔池温度梯度G和凝固界面的移动速度R。
焊接熔池中的温度梯度与凝固速度比值G/R，在不同凝固阶段 是不同的。刚开始凝固时，G/R很大，满足平面生长的条件； 随凝固的继续，G/R逐渐减小，在某一时刻后会发生成分过冷， 转变为胞状生长，之后过渡到枝晶生长形式；在到达熔池尾 端结束凝固时，G/R最小，形成等轴树枝晶区。
5. 什么是伪共晶？实际的伪共晶区有哪两个特点？
6. 铸件的宏观凝固组织及其形成机理是什么？ 7. 促进等轴晶生成的措施有哪些？ 8. 偏析的形成原因是什么？你所了解的宏观偏析和微观偏析有哪些？ 9. 焊缝凝固有哪三个主要特征？焊缝金属层状偏析的特征有哪些？
15
2. 层状线与熔合线的轮廓相似，层与层之间距离并不相等 偏析线由链状分布的 3. 层状偏析与溶质原子不均匀分布有关 点状偏析物组成。 4. 层状偏析是不连续的有一定宽度的链状偏析带。
产生原因：
在凝固过程中柱状晶粒生长速度突然减缓时产生的。 （生长速度突变）
措施：
减少熔池温度梯度、工件在焊接前预热。
11
三、熔合区的组织
构成熔合区。
(图7-53)
熔合区—半熔化区3与相邻焊缝部分2 特点：
1. 熔合区的化学成分不均匀。母材与焊条的成分相差越大， 成分不均匀性越明显。 力学性能最差的部位。 熔化的母材在焊缝金属 2. 母材的熔合比越大，过渡层越明显。 中所占比例 3. 熔合区在液相存在的时间越长，能减小过渡层的生成倾向。
体积小，冷却速度大。
熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温
度最高。
热源移动，凝固过程是一个动态过程
熔池与母材界面是初生晶粒析出的部位（联生结晶）。
2
焊接熔池凝固及焊缝的形成
3
一、焊缝凝固特点
1）外延生长（联生结晶）
研究证明，熔池结晶主要是非自 发形核起主要作用。 熔池中液态金属开始凝固时， 柱状晶 熔池边界未熔的母材晶粒可作为 非自发形核的现成基底，在很小 的过冷度下，依附于母材晶粒逆 母材 热流方向生长，形成方向性很强 的柱状晶，这种凝固特征就叫焊 熔池中柱状晶的形成 缝的外延生长。
§7-8 焊缝凝固
焊接：将两个或多个金属构件连接的加工方法。 按其工艺特点，分为：熔化焊、压力焊、钎焊 焊接熔池的凝固过程与一般铸造时液态金属凝固 没有本质的区别，服从凝固理论的一般规律。但 焊接熔池的凝固过程还有其独有的一些特点(焊 接是一个不均匀的加热和冷却过程)。
1
焊缝金属与铸件金属的凝固条件不同：
2）弯曲柱状晶
熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。典型的 熔池轮廓像不标准的椭球，熔池的宽度B和深度H沿x轴 连续变化。
典型熔池形状
5
熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。
焊接柱状晶粒呈弯曲状，晶粒沿焊接方向前倾并在 焊缝中心部分回合。
熔池的液相等温线及晶体生长线示意图
6
焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度大时， 柱状晶便趋向垂直于焊缝生长。焊接速度小时，柱状晶 更弯曲。
8
焊缝凝固时晶区划分示意图
9
二、焊缝金属的溶质偏析—层状偏析
与熔合线轮廓相似的各条曲线为层状偏析线（偏析层）。 偏析层的溶质浓度远高于焊缝金属的溶质平均浓度。
层状偏析
a） 焊缝的层状偏析 a) 焊条电弧焊 b) 电子束焊
b）
Байду номын сангаас
10
层状偏析的特征：
1. 层状线与树枝晶主轴垂直相交，在结晶方向上可能有小角度变化
12
§7-9 焊缝凝固组织的控制
焊缝晶粒粗细与冲击韧性间的关系 1-细晶组织 2-粗晶组织 3-粗大柱状晶
13
焊接过程中改善凝固组织，防止粗晶产生的主要措施： 1）优化焊接工艺参数 2）采用晶粒细化剂（变质处理）
3）振动结晶（机械、电磁、超声波）
14
习 题
1. 何谓形成晶体过程中的溶质再分布？ 什么是溶质平衡分配系数K0及其意义？ 2. 对于K0<1的合金，在固相无扩散，液相仅有限扩散的凝固条件下，分析当 凝固速度变大时，固相成分的变化及液相中溶质富集层的变化情况。 3. 什么是成分过冷及其产生的条件？成分过冷的大小受哪些因素影响？ 4. 成分过冷的本质是什么？随成分过冷区宽度的增加，晶体生长形态如何变化?
焊接速度对结晶形态的影响 a)焊接速度大 b)焊接速度小
7
3）凝固界面生长形式多样性
影响晶体形态的因素：熔池液体中的溶质浓度、 熔池温度梯度G和凝固界面的移动速度R。
焊接熔池中的温度梯度与凝固速度比值G/R，在不同凝固阶段 是不同的。刚开始凝固时，G/R很大，满足平面生长的条件； 随凝固的继续，G/R逐渐减小，在某一时刻后会发生成分过冷， 转变为胞状生长，之后过渡到枝晶生长形式；在到达熔池尾 端结束凝固时，G/R最小，形成等轴树枝晶区。
5. 什么是伪共晶？实际的伪共晶区有哪两个特点？
6. 铸件的宏观凝固组织及其形成机理是什么？ 7. 促进等轴晶生成的措施有哪些？ 8. 偏析的形成原因是什么？你所了解的宏观偏析和微观偏析有哪些？ 9. 焊缝凝固有哪三个主要特征？焊缝金属层状偏析的特征有哪些？
15
2. 层状线与熔合线的轮廓相似，层与层之间距离并不相等 偏析线由链状分布的 3. 层状偏析与溶质原子不均匀分布有关 点状偏析物组成。 4. 层状偏析是不连续的有一定宽度的链状偏析带。
产生原因：
在凝固过程中柱状晶粒生长速度突然减缓时产生的。 （生长速度突变）
措施：
减少熔池温度梯度、工件在焊接前预热。
11
三、熔合区的组织
构成熔合区。
(图7-53)
熔合区—半熔化区3与相邻焊缝部分2 特点：
1. 熔合区的化学成分不均匀。母材与焊条的成分相差越大， 成分不均匀性越明显。 力学性能最差的部位。 熔化的母材在焊缝金属 2. 母材的熔合比越大，过渡层越明显。 中所占比例 3. 熔合区在液相存在的时间越长，能减小过渡层的生成倾向。
体积小，冷却速度大。
熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温
度最高。
热源移动，凝固过程是一个动态过程
熔池与母材界面是初生晶粒析出的部位（联生结晶）。
2
焊接熔池凝固及焊缝的形成
3
一、焊缝凝固特点
1）外延生长（联生结晶）
研究证明，熔池结晶主要是非自 发形核起主要作用。 熔池中液态金属开始凝固时， 柱状晶 熔池边界未熔的母材晶粒可作为 非自发形核的现成基底，在很小 的过冷度下，依附于母材晶粒逆 母材 热流方向生长，形成方向性很强 的柱状晶，这种凝固特征就叫焊 熔池中柱状晶的形成 缝的外延生长。
§7-8 焊缝凝固
焊接：将两个或多个金属构件连接的加工方法。 按其工艺特点，分为：熔化焊、压力焊、钎焊 焊接熔池的凝固过程与一般铸造时液态金属凝固 没有本质的区别，服从凝固理论的一般规律。但 焊接熔池的凝固过程还有其独有的一些特点(焊 接是一个不均匀的加热和冷却过程)。
1
焊缝金属与铸件金属的凝固条件不同：