热影响区的组织与性能优秀PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。,1,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。,2,热影响区的焊接热循环特点,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,3,焊接热循环条件下,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,/,加热速度,H,/(,/s),平衡状态,68,4050,250300,14001700,45,钢,Ac,1,730,770,775,790,840,Ac,3,770,820,835,860,950,Ac,3,-,Ac,1,40,50,60,70,110,40Cr,Ac,1,740,735,750,770,840,Ac,3,780,775,800,850,940,Ac,3,-,Ac,1,40,40,50,80,100,23Mn,Ac,1,735,750,770,785,830,Ac,3,830,810,850,890,940,Ac,3,-,Ac,1,95,60,80,105,110,30CrMnSi,Ac,1,740,740,775,825,920,Ac,3,820,790,835,890,980,Ac,3,-,Ac,1,80,50,60,65,60,18Cr2WV,Ac,1,710,800,860,930,1000,Ac,3,810,860,930,1020,1120,Ac,3,-,Ac,1,100,60,70,90,120,4,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。,5,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,6,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,7,焊接条件下,连续组织转变与,CCT,图,CCT,图,是连续冷却转变曲线的简称，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。,8,焊接条件下连续组织转变与,CCT,图,9,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。,10,CCT,图的应用,11,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,12,焊接热影响区的组成,低碳钢,低碳钢的焊接热影响区特点,过热区,相变重结晶区,不完全重结晶区,再结晶区,13,焊接热影响区组织,（,低碳钢,）,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。,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,）,14,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。,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,15,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,Ac,1,到,Ac,3,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,16,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,Ac,1,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。,17,热影响区组织,（,低碳钢,）,Q235A,钢焊接热影响区的组织特点,18,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,19,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,20,热影响区组织,（淬硬性较大钢,）,不完全淬火区,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,21,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,22,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。,23,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,24,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,25,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,。,26,焊接热影响区的性能,热影响区的硬度,热影响区的性能与分布,热影响区的脆化,热影响区的软化,27,焊接热影响区的性能,硬度,一般材料的硬度升高时，强度提高，塑性、韧性下降。因此，硬度在一定程度上是反映材料的成分、组织与力学性能的一个综合指标。,28,热影响区的性能,硬度确定,热影响区最高硬度值可通过实测确定，也可根据母材化学成分估算。,常用办法是利用碳当量公式，即将钢中各元素的作用折合成碳的作用，相加而得到碳当量。,H,max,=,f,(,C,eq,t,8/5,),29,热影响区的性能,硬度,不易淬火钢的硬度,易淬火的调质钢,30,热影响区的性能,不易淬火钢常温力学性能,采用热模拟技术可测试热影响区金属力学性能；,热影响区力学性能分布是不均匀的；,冷却速度对性能影响较大。,力学性能的分布,冷却速度对过热区性能的影响,31,热影响区的性能,淬火钢热影响区力学性能,热影响区力学性能分布不均（软化）；,成份、温度和冷速（焊接方法与参数）对性能影响较大。,30CrMnSiA,钢焊接热影响区的强度分布,32,热影响区的性能,脆化,脆化,是指材料韧性急剧下降，由韧性转变为脆性的现象。脆性材料往往在只有少量变形时即发生断裂，而且断裂过程消耗的能量比韧性材料少很多。,热影响区的脆化有：,粗晶脆化,，,组织脆化,，,时效脆化,和,氢脆,等。,33,热影响区的脆化现象,举例,过热区的粗晶脆化,加热温度为,400-600,的部位可能出现热应变时效脆化。,碳锰钢焊接热影响区韧性分布,34,热影响区的脆化,粗晶脆化,粗晶脆化：由于晶粒严重粗化造成的脆化。晶粒尺寸越大，晶界结构越疏松，脆化越严重。,晶粒长大受多种因数影响：其中钢种的,化学成分,、,加热温度,和,加热时间,影响最大,。,35,热影响区的脆化,组织脆化,组织脆化,：,焊接热影响区出现脆性组织而造成的脆化。,根据被焊钢种和焊接时冷却条件不同，热影响区可出现的脆性组织：,片状马氏体,（易淬火钢）、,M-A,组元,(,低碳低合金钢,),。,36,热影响区的脆化,组织脆化,某些低合金钢发生组织转变过程中先析出含炭量很低的铁素体，并且逐渐扩大，而使炭大部分集富到被铁素体包围的岛状残余奥氏体中。连续冷却到400-350度时，残余奥氏体的碳溶度可达0.5-0.8%，随后这些高碳奥氏体可转变成高炭马氏体与残余奥氏体的混合物，即,M-A,组元,37,热影响区的脆化,组织脆化,M-A,组元中的马氏体属高碳马氏体；,M-A,组元边界的显微裂纹是,H,的储藏地；,M-A,组元只有在低碳低合金钢和中等冷却速度时才能产生,VT,rs,、与,M-A,组元数量的关系,M-A,组元数量与,t,8/5,的关系,38,热影响区的脆化,时效脆化,焊接热影响区在,Ac1,以下的一定温度范围内，经一定时间的时效后，因出现碳、氮原子的聚集或析出碳、氮原子化合物沉淀相而发生的脆化现象。,时效脆化包括：相析出脆化和热应变时效脆化,39,热影响区的脆化,时效脆化,某些合金固溶体组织，在焊接状态下处于非平衡状态。在时效或回火过程中，从非平衡固溶体中沿晶界析出碳化物、氮化物、金属间化合物和其它中间相。由于这些新相的析出而使热影响区脆化的现象叫,相析出脆化,。,当沉淀相以弥散而细小的质点分布于晶内时不增加脆性。,40,热影响区的脆化,时效脆化,在钢材的焊接过程中，在热影响区上处于,200400,温度范围内的区域，由于承受热应变而引起碳、氮原子向位错移动，经一定时间的聚集，在位错周围形成对位错产生钉扎作用的,“,柯氏,”,气团，从而造成该区域的脆化，即所谓的,热应变时效脆化,。,41,热影响区的脆化,时效脆化,热应变时效脆化多发生在低碳钢和碳锰低合金钢的亚热影响区,(,蓝脆,),。,在显微镜下看不出明显的组织变化。,主要是制造过程中各种加工,(,如下料、剪切、弯曲、气割或焊接热应力,）所引起的,局部塑性应变,与焊接热循环的作用叠加而造成的。,焊前无,应变状态,比焊前有应变状态脆化弱；,有,碳化物,形成元素材料比无碳化物形成元素脆化弱。,42,焊接热影响区的性能,软化,热影响区软化是指焊后其强度、硬度低于焊前母材的现象。,软化主要出现在：,焊前经过调质处理的钢；具有沉淀强化的钢；弥散强化合金,。,43,焊接热影响区的性能,调质钢焊接时热影响区软化,钢经过淬火处理后，在回火过程中随回火温度提高，强度与硬度逐渐下降。,焊接条件下，如热影响区的加热温度超过了焊前回火温度，相当于提高了回火温度，强度必然比焊前低。,调质钢焊接时，热影响区温度位于,A1-A3,之间时会产生软化现象。,44,热影响区软化,调质钢焊接时热影响区软化,45,热影响区软化,热处理强化铝合金热影响区软化,过时效引起铝合金热影响区软化,铝合金时效过程如下：,SS（,过饱和固溶体）,G.P（Cu.Mg,原子偏聚）,S（,共格,CuMgAl2）,S（,非共格,CuMgAl2,）,46,改善热影响区性能的途径,采用高韧性母材,焊后热处理,合理制订焊接工艺,热输入对过热区组织及脆性转变温度的影响,47,