第3章焊缝组织成份及其控制1.pptx

2024/4/19 周五11.焊缝组织1.1凝固组织 图 焊缝金属结晶形态示意图86平面 胞状枝晶树枝晶等轴晶等轴晶柱状晶 G/R图 成分过冷对结晶形态的影响Co溶质浓度(%)2024/4/19 周五21.2 焊缝固态相变组织1.2.1铁素体1.2.1.1晶界铁素体 先共析铁索体(PF)是沿原奥氏体晶界析出的铁素体。先共析铁素体也称晶界铁素体。有的沿晶界呈长条状扩展，有的以多边形形状互相连结沿晶界分布。在高温区发生，相变时优先形成，因晶界能量较高而易于形成新相核心。先共析铁素体的位错密度较低。2024/4/19 周五32024/4/19 周五41.2.1.2侧板条铁素体 是由晶界向晶内扩展的板条状或锯齿状铁素体，实质是魏氏组织。其长宽比在20：以上。侧板条铁素体在低合金钢焊缝中不一定总是存在，但出现的机会比母材多。当先共析铁素体和侧板条铁素体长大时，其界面上一侧的碳浓度增加，极为接近共析成分，故易分解为珠光体而出现于侧板条铁素体的间隙之中。侧板条铁素体晶内位错密度大致和先共析块素体相当或稍高一些。2024/4/19 周五52024/4/19 周五61.2.1.3针状铁素体 出现于原奥氏体晶内的有方问性的细小铁素体宽约2m左右，长宽比多在3：1以至10：1的范围内。针状铁素体可能是以氧化物或氮化物(如TiO或TiN)为基点，呈放射状生长，相邻AF间的方位差为大倾角，其间隙存在有渗碳体或马氏体，多半是MA组元，决定于合金化程度。针状铁素体晶内位错密度较高，为先共析铁素体的2倍左右。位错之间也互相缠结，分布也不均匀，但又不同于经受剧烈塑性形变后出现的位错形态。2024/4/19 周五7 随着合金化程度的提高，AF组织增多的同时，焊缝强度也随之提高。AF增多，有利于改善韧性。2024/4/19 周五81.2.2 珠光体热处理平衡状态 珠光体转变Ar-550 C、Fe原子扩散比较容易。珠光体转变扩散型相变。（P是F和Fe3C的层状混合物领先相Fe3C）焊接状态,非平衡转变，得到P量少，珠光体转变量小。若B、Ti合金元素，P转变全部被抑制，2024/4/19 周五91.2.3贝氏体贝氏体1.2.3.1 上贝氏体 在光学金相显微镜下观察呈羽毛状，沿奥氏体晶界析出，在平行的条状F间分布有渗碳休形成温度 550Ms之间。1.2.3.2粒状贝氏体 块状铁素体形成之后，待转变的富碳A呈岛状分布，块状F中，这些高碳A富碳M，和残余奥氏体。称为MA组织 在块状F中，MA组织以粒状分布，因此称粒状贝氏体，若以条状存在称为条状B氏体。1.2.3.3下贝氏体 针状,力学性能优异.2024/4/19 周五102024/4/19 周五111.2.4 马氏体 当焊缝含碳量偏高或合金元素较复杂时，冷却速度快，Ms形成M。1.2.4.1板条M（含碳量很低）特征：奥氏体晶粒内形成几束M板条，束与束之间有一定高角。位错量多位错M含碳量低低碳M 强度好，韧性高2024/4/19 周五12板条马氏体显微组织特征示意图2024/4/19 周五131.2.4.2片状马氏体 C04 马氏体片不相互平行，初始形成的M片较大，往往贯穿A晶粒。透射电镜观察，片M存在许多细小平行的带纹孪晶带，硬度高、脆。2024/4/19 周五14图 HSLA钢焊缝连续冷却组织转变过程(1)夹杂物形成(2)液态凝固为铁(3)奥氏体(4)PF形核(5)PF沿 边 界长大(6)SF形成(7)AF形成2024/4/19 周五152 合金元素对焊缝组织的影响 焊缝的组织与焊接接头使用性能密不可分，控制焊缝的成分得到预期的组织与焊接材料的设计或选用是直接相关的，因此必须在了解合金成分对组织及性能的影响以及合金化的方式、机理和规律的基础之上，才能正确设计或选用焊接材料。2024/4/19 周五162.1焊缝金属的合金化2.1.1合金化的目的 (1)补偿合金元素在焊接过程中的烧损及蒸发；(2)满足焊缝金属成分设计的要求，以改善焊缝的组织和性能。不同的焊接材料种类，对焊缝金属合金化的要求也不同。对于碳钢或低合金高强钢焊接材料，关键在于使焊缝金属具有相应强度的同时，保证具有优良的抗裂性和足够的塑性和韧性；对堆焊焊条主要是满足于对堆焊金属的硬度、耐磨、耐蚀或耐热性的要求；对耐热钢、不锈钢等焊条则主要满足与母材化学成分的匹配和耐热性或耐蚀等特殊性能的要求。(3)增加某些合金元素克制有害杂质的作用。2024/4/19 周五172.1.2合金化的方式2.1.2.1通过焊芯或管状药芯焊芯 该方式具有焊缝化学成分均匀、可靠、合金元素损失少的优点。但一般只能选用与焊缝设计成分相近的标准焊芯如H08A，H0Cr21Ni10，对非标准焊丝受到限制。2.1.2.2通过药皮 将所需要的合金元素以纯金属或铁合金的形式加入焊条药皮中。这种方法简单、灵活、方便且制造容易。但氧化损失较大，合金利用率较低。2024/4/19 周五182.1.2.3通过药芯焊丝 将所需要的元素以粉末的形式填充到焊接用薄钢带卷成的焊丝中，经过拔制使之密实。其优点是合金成分的配比任意可调，得到成分变化达到额堆焊金属，合金的损失较小。2.1.2.4 通过焊剂 将合金剂加入焊剂中，该方法虽然可满足任意成分要求，但很容易受到焊接规范的影响，使焊缝成分有较大的波动。改方法合金利用率低。2024/4/19 周五192.1.2.5利用金属氧化物的还原 利用与氧亲和力大的元素置换出一定量的合金渗入焊缝中，该方法主要用于埋弧焊。改方法渗合金是有限的，且易于使焊缝增氧。2.1.2.6利用粉末冶金的堆复 直接将粉末状合金混合物覆盖在待堆焊的表面上，用电弧熔化。该方法主要在硬质合金堆焊中采用，合金量的配合可以任意，但不易在曲面上堆焊，成分也难均匀控制。2024/4/19 周五2021.3 合金化的机理2.1.3.1 通过焊芯 2.1.3.2通过药皮 通过药皮合金化时，合金元素的过渡主要是在熔化金属与液态熔渣界面上进行的。药皮熔化时，合金剂来不及完全熔化，合金剂的颗粒以悬浮状态存在于液态熔渣中，部分被熔渣的对流运动带到熔渣与金属的界面上被液态金属表面层所溶解，然后再由表面扩散或对流到金属的内部，并逐步使成分均匀化，最终实现焊缝金属的合金化。2024/4/19 周五21 正常的药皮厚度下，熔滴金属与焊缝金属的化学成分基本相同，表明焊缝金属的合金化主要是在熔滴冶金反应区内完成。当药皮厚度增大到某一临界值时，熔滴的成分基本不变，而焊缝金属的合金成分高于熔滴。表明部分熔渣直接流入熔池，使熔池阶段合金化过程得以加强，此时，焊缝的合金化程度决定于熔滴反应区和熔池反应区。低碳钢芯A102Fe焊条熔滴及焊缝化学成分化学成分()CMnSiCrNiFe熔滴0.760.5318.8810.0172.17熔敷金属0.071.00.72202110.5112024/4/19 周五222.1.4 合金过渡系数 焊条中的合金元素在焊接冶金过程中 不可能全部过渡到焊缝金属中，为了说明或评价合金剂的利用程度，引入了合金过渡系数概念。它是指焊接材料的合金元素过渡到焊缝金属中的数量与其原始含量的百分比。Mew/Meo （1）Mew焊接后，焊缝中合金的实际含量；Meo原始计算含量。Meor Mep1-r)MeE （2）Mep改合金在基本金属中的含量 MeE该合金在焊接材料中的含量 r熔合比2024/4/19 周五23 MeE包含焊丝金属中及药皮（或焊剂）中的合金两部分。若前者为Mef，后者为Mec，则：MeE MefKbMec （3）Kb药皮或焊剂熔化量与焊丝金属熔化量之比，称为焊药相对熔化率，一般为药皮重量系数。综合（1）、（2）。（3）得：MeW/(r Mep+(1-r)(Mef+KbMec)若为堆焊或熔深极小的手工电弧焊，r0，则 MeW/(Mef+KbMec)若已知值，则可根据焊缝化学成分的要求，即可求得焊条药皮中应加的铁合金数量。Mec（MewMef）/Kb2024/4/19 周五24例：焊芯中w(Mn)=0.6%，用含80的中碳锰铁过渡锰，在低氢焊条中锰的过渡系数为50，要得到w(Mn)=1.2%的焊缝，则需在药皮中加入多少锰铁（药皮重量系数25）？2024/4/19 周五252.1.4.1 影响过渡系数的因素(1)合金元素的物理化学性质 合金元素沸点低，饱和蒸汽压大，过渡系数越小。另外，对氧亲和力小于Fe的元素几乎可全部过渡，反之过渡系数越小。亲和力大的元素还可起到保护作用。合金元素对氧亲和力大小按递减顺序可排列如下：AlZr Mg C B Ti Si V Mn Nb Cr Fe Mo W P S Co Ni Cu2024/4/19 周五26(2)合金元素的含量 随药皮中合金元素含量的增加，其过渡系数也相应增大，当其浓度超过某一个值时，其过渡系数趋向于一个定值。合金剂含量增加，氧化能力减弱；当合金剂浓度继续增加，残留在渣中的损失增加。残留在熔渣中的损失是指悬浮在熔渣中的合金颗粒没有被带到熔渣与金属的界面上，没有来得及过渡到金属中去，随温度的下降而被凝固在渣中。2024/4/19 周五27(3)合金剂的颗粒度 焊条药皮中常用的合金剂一般为100过40目，对不易氧化的合金，颗粒度影响较小，反之则大。粉体颗粒大小称颗粒粒度。由于颗粒形状很复杂，通常有筛分粒度、沉降粒度、等效体积粒度、等效表面积粒度等几种表示方法。筛分粒度就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸，以1英寸（25.4mm）宽度的筛网内的筛孔数表示，因而称之为“目数”。目前在国内外尚未有统一的粉体粒度技术标准，各个企业都有自己的粒度指标定义和表示方法。在不同国家、不同行业的筛网规格有不同的标准，因此“目”的含义也难以统一。目前国际上比较浒用等效体积颗粒的计算直径来表示粒径。以m或mm表示。目数2.5345678910121416微米79255880459939623327279423621981165113971165991目数202427323540606580100110180微米83370158949541735024522019816515083目数20025027032542550062580012502500325012500微米7461534733252015105212024/4/19 周五28(4)药皮的成分 药皮中含有高价氧化物和碳酸盐越多，气相氧化性越大；药皮中含有Fe2O3越多，不仅气相氧化性越大，熔渣的氧化性也越大，熔渣合金过渡系数越小。在碱性药皮中，由于熔渣氧化性小，且冶金反应主要发生在熔渣与金属的界面上，因此相对说来，以CaOCaF2为主的碱性焊条，具有较高的合金过渡系数。当合金元素及其氧化物共存时，有利于提高该元素的过渡系数；当其它条件相同，若过渡元素的氧化物与熔池的酸碱性一致，有利于提高该元素的过渡系数，反之则降低过渡系数。2024/4/19 周五29(5)药皮重量系数和焊接工艺参数 当药皮较薄时，药皮中的合金元素在在熔滴阶段就过渡到熔融金属中去；药皮较厚时，合金元素的合金化在熔滴阶段未能完成，要在熔池阶段进行，主要在熔池表面进行。合金元素过渡平衡关系式为：MoM1（M2M3）式中 Mo过渡到熔敷金属中的某元素的含量 M1某元素的原始含量 M2该元素残留在渣中的损失 M3被氧化等其他原因损失的该元素含量。2024/4/19 周五30(6)焊接工艺参数 MeW(r Mep+(1-r)(Mef+KbMec)不同的焊接方法、焊接规范，以及不同的焊接结构，得到的熔合比显然不一样，从而改变了Meo，最终导致 Mew的改变。(7)合金化方式 一般情况下，基本金属中的合金过渡系数大，其次是焊芯，药皮或焊剂中合金过渡系数相对小些。2024/4/19 周五312.1.4.2 常用合金元素的过渡系数 2024/4/19 周五322024/4/19 周五332.2 合金成分对焊缝组织的影响2.2.1合金元素在钢种存在的形态 合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶解到碳钢原有的相中，如溶入A、F、M中，以固溶体的溶质形式存在；另一种是形成新相，如形成强化相，合金渗碳体，特殊碳化物和金属间化合物、非金属夹杂物，氧化物，硫化物，氮化物。存在形式决定于元素的数量和性质。其中关键在于元素与铁和碳的相互作用。2024/4/19 周五342.2.2.1合金元素与C的相互作用（1）非碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁弱，常用元素主要有Ni、Co、Si、Al、B等。它们在低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。所有元素的溶入，由于固溶强化的结果，均提高材料的强度和硬度。Cr、Ni、Mn少量溶入时，对塑性影响不大；当数量过多或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少量的下降。2.2.2合金元素与C、Fe的相互作用2024/4/19 周五352024/4/19 周五36(2)碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁强，常用元素主要有Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、Ti等。量少时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体(Fe,M)3C，一般合金渗碳体都比Fe3C稳定，在奥氏体中的溶解和聚集长大比Fe3C难。当钢中合金元素和碳量都较高时，可形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、WC、MoC、VC、TiC等，它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。2024/4/19 周五37(3)碳化物的特性 碳化物是一种很重要的强化相，形成碳化物倾向越强的元素，其碳化物的稳定性越高。碳化物形成元素由强到弱依次为：TiZrNbMo W Cr Mn Fe。碳化物具有高的熔点、高分解温度，难以聚集长大。这可使钢在更高的温度下工作并保持较高的强度和硬度；其次，在达到相同硬度的条件下，碳化物稳定性高的钢可以在更高的温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。2024/4/19 周五382.2.2.2合金元素与Fe的相互作用(1)无限扩大区的元素 合金元素使区无限扩展，与Fe形成无限固溶体，与Fe形成有限固溶体。它们均使A3点降低，A4点升高。这类合金有Mn、Ni、Co等。(2)有限扩大区的元素 合金元素使A3点降低，A4点升高，与Fe和Fe均形成有限固溶体。如C、N、Cu、Zn、Au等。2024/4/19 周五39(3)封闭区，无限扩大区的元素 合金元素使A3点上升，A4点下降，达到某一含量时A3与A4点重合，区被封闭。超过此含量，合金与Fe形成无限固溶体。这类合金有Si、Cr、W、Mo、P、V、Ti、Al、Be等Cr量大于7时，A3点才上升。(4)缩小区但不使区封闭的元素 合金元素使A3点上升，A4点下降，使区缩小但不封闭。这类元素有B、Nb、Ta、Zr等。凡是扩大区的元素称为奥氏体形成元素将缩小或封闭区的元素称为铁素体形成元素。2024/4/19 周五402.2.2.3 与碳、铁之外的其他元素的结合 合金元素与非金属元素N、O、S结合，生产夹杂物，钢中常见的有TiN、AlN、SiO2、Al2O3、MnS、Ni3Al、Ni3Ti等。此外Pb、Cu、C(石墨)以游离态的方式存在于钢中。2024/4/19 周五412.2.3 合金元素对焊缝组织的影响 不同钢材的焊缝金属加入的合金元素无论在数量还是类别上是不同的。如耐热钢焊缝中往往加入Cr、Mo元素；在低温钢焊缝中通常加入较多的Ni；在高强钢焊缝中，为了提高强度和改善韧性，除了加入Mn、Ni、Cr、Mo等主要元素外，还加入适量的Si、Cu等辅助元素；为了提高焊缝韧性，除了常规元素外，还可加入Ti、B、Al、Re等。2024/4/19 周五42 2.2.3.1Mn对焊缝金属组织和性能的影响(1)Mn对焊缝组织的影响 Mn含量从0.66变化到1.82，随Mn含量的增加，先共析铁素体的数量明显减少，针状铁素体数量显著增加，而侧板条铁素体的数量稍有下降。并且，随Mn含量的增加，焊缝粗晶区和细晶区及针状铁素体本身都得到了细化。随着Mn含量的增加，晶粒尺寸直线下降。2024/4/19 周五432024/4/19 周五44（2）Mn含量对焊缝力学性能的影响 焊态下焊缝强度与含锰量数值关系如下：s314108Mn b394108Mn 消除应力状态下，焊缝强度与含锰量数值关系如下：s31189Mn b39098Mn 每增加0.1的Mn，焊缝的屈服点和抗拉强度约提高10MP；1.5Mn时焊态和消除应力态下焊缝的冲击韧性为最佳。2024/4/19 周五452024/4/19 周五462.2.3.2 C对焊缝金属组织和性能的影响（1）对低强度焊缝金属组织的影响 含碳量从0.045变化到0.145时，随含碳量的增加，焊缝中AF数量增加，PF减少；粗晶区与细晶区都得到细化；增加了二次相数量。（2）对低强度焊缝金属力学性能的影响 s335439C60Mn+361（C Mn）b379754C+63Mn+337（C Mn）含碳量从0.045变化到0.145时，随含碳量的增加，提高了硬度、屈服点和抗拉强度；当含碳量为0.070.09时，含1.4Mn可获得最佳韧性。2024/4/19 周五47（3）对高强度焊缝金属组织和性能的影响 含碳量从0.05变化到0.12，随C含量增加，AF增加，PF量减少。当达到0.12时，几乎得到100的AF；消除应力状态下碳化物数量增多；焊态下焊缝的硬度、屈服点、抗拉强度均提高；含碳量0.070.10的焊缝在焊态和消除应力和状态均可得到良好的强度和韧性的匹配。2024/4/19 周五482024/4/19 周五492024/4/19 周五502024/4/19 周五512.2.3.3 Si对焊缝金属组织和性能的影响（1）对组织的影响 Si含量从0.2变化到0.94，焊态焊缝金属AF随之增加及其长宽比发生变化。（2）对焊缝力学性能的影响硬度：焊态焊缝金属的平均硬度随Si的增加而呈非线性增加：HV5107+56Mn+158Si57Si239MnSi拉伸性能：焊后状态：s293+91Mn228Si122Si2 b365+89Mn+169Si44Si2消除应力状态：s288+91Mn95Si10Si2 b344+89Mn+212Si79Si22024/4/19 周五522024/4/19 周五532024/4/19 周五542024/4/19 周五552024/4/19 周五562024/4/19 周五572024/4/19 周五58 Si一方面可提高强度，又能降低焊缝中的氧，但过高的Si会引起焊缝金属塑性和韧性的下降。因此当焊缝中含有最佳锰含量（1.4）时，含Si量只要不超过0.5，焊缝可具有所需的各项力学性能。另外，在低氢型焊条中合理控制Mn/Si比，不仅可以体现联合脱氧效果，使焊缝金属达到较高纯度，在提高强度的同时，还可获得良好的塑性和韧性。一般Mn/Si应大于23.5，随强度级别的提高Mn/Si应大于303.5。2024/4/19 周五59 （1）对焊缝组织的影响 Mo含量从0变化到1.11时，焊缝金属中先共析铁素体量逐渐减少，AF先增后减；粗晶区和细晶区普遍晶粒细化，不完全相变区形成铁素体与碳化物束团。（2）对性能的影响 硬度：无Mo焊缝较1.1Mo的焊缝硬度相差4050HV 拉伸性能：焊态：s305+121Mn140Mo+27MnMo b383+116Mn+150Si+8MnMo消除应力状态：s287+113Mn193Mo+29MnMo b373+113Mn+167Mo+37MnMo2.2.3.4 Mo对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五60 Mo含量从0变化到1.11，随Mo含量的增加，焊缝的硬度、屈服点和抗拉强度均得到提高；焊缝的韧性，在焊态、低Mn时添加0.25的Mo是有益的，在消除应力状态下添加Mo均有害。含0.25Mo、1.0Mn的焊缝可得到最佳的力学性能匹配。2024/4/19 周五612024/4/19 周五622024/4/19 周五632024/4/19 周五642024/4/19 周五65（1）对焊缝组织的影响 Cr含量从0变化到2.35，随Cr含量的增加，PF减少，AF先增加，当Cr量超过1时快速减少；在粗晶区和细晶区出现显微组织均匀化；在不完全相变区形成铁素体/碳化物集合体；（2）对焊缝性能的影响对硬度的影响：Cr含量从0变化到2.35随Cr含量的增加，焊态焊缝金属的硬度逐渐增高，且在低Mn时基本上呈线性，高Mn时呈非线性。2.2.3.5 Cr对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五66对拉伸性能的影响：焊后状态：s320+113Mn64Cr+42MnCr b395+107Mn+63Cr+36MnCr消除应力状态：s312+100Mn58Cr+22MnCr b393+106Mn+66Cr+10MnCr Cr含量从0变化到2.35，随Cr含量的增加，屈服点、抗拉强度均有提高；在焊态时Cr对韧性有害，热处理后更低；在约1Mn时呈现最佳显微组织和力学性能。2024/4/19 周五672024/4/19 周五682024/4/19 周五692024/4/19 周五702024/4/19 周五712024/4/19 周五72（1）对组织的影响 随Ni含量从0变化到3.45，焊态焊缝中PF的比例逐渐减少，AF逐渐增多，在高锰焊缝中还出现M；在粗晶区多边形铁素体的比例减少，AF增加，在1.8焊缝中出现马氏体岛；细晶区的等轴晶逐渐改变，铁素体晶粒减少，含二次相的铁素体团增多；二次相的形态从渗碳体薄膜和珠光体变为MA，并最后变为分离的碳化物和马氏体；条带状显微组织和化学不均匀性增加。2.2.3.6 Ni对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五732024/4/19 周五742024/4/19 周五75(2)对焊缝性能的影响硬度：随Ni含量从0变化到3.45，焊缝金属的硬度随Ni的增加非线性提高，但增加的硬度均比添加Mo或Cr时小。拉伸性能：焊后状态：s332+99Mn9Ni+21MnNi b401+102Mn+16Cr+15MnNi消除应力状态：s319+85Mn17Ni+21MnNi b393+95Mn+17Ni+19MnNi 随Ni含量从0变化到3.45，屈服点和抗拉强度均有提高；低Mn时Ni增加对抗解理断裂有益，高Mn则有害，在0.6Mn时得到最佳韧性；消除应力处理对Mn、Ni匹配焊缝的韧性几乎没有影响，但不匹配时产生严重脆化。2024/4/19 周五762024/4/19 周五772024/4/19 周五78(1)对焊缝组织的影响 随Cu含量从0.02变化到1.4，焊缝中含有高比例的AF，且0.02CuAF量最高；组织细化；二次相的体积百分数增加；消除应力导致碳化物析出和球化、Cu析出。(2)对焊缝性能的影响硬度：在焊态含Cu量小于等于0.19时，Cu对硬度没有影响，超过则硬度增加，在消除应力时，1.4Cu焊缝的硬度具有最高值。2.2.3.7 Cu对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五792024/4/19 周五802024/4/19 周五81拉伸性能：焊态下：s48457Cu b562+58Cu消除应力状态下：s472+693.Cu b531+107.1Cu 随Cu含量增加，屈服点、抗拉强度提高，在消除应力时，1.4焊缝得到最高值；焊缝的夏比冲击韧性在0.66Cu以内几乎保持不变，但1.4Cu时明显降低；消除应力后1.4Cu焊缝的冲击性能最差。2024/4/19 周五822024/4/19 周五832024/4/19 周五84 在低氢碱性焊条药皮中增加铁粉数量将增加焊缝的含氧量；改进药皮的基本组分比限制药皮中铁粉的数量更重要。2.2.3.8 铁粉对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五85（1）对焊缝组织的影响 随焊缝中Al含量从0增加到610ppm，焊态焊缝的AF量在Al含量小于100ppm以前逐渐减少，然后逐渐增加，当Al含量超过200ppm后又逐渐减小；含二次相的铁素体数量的变化与此相反；MnO和SiO2非金属夹杂物逐渐被Al2O3取代。（2）对性能的影响 随焊缝中Al含量从0增加到610ppm，焊缝金属的硬度、屈服点、抗拉强度均稍有提高；含铝量为0时韧性最佳，增加Al后韧性下降，达到80350ppm时韧性有适度恢复。2.2.3.9 Al对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五862024/4/19 周五872024/4/19 周五882024/4/19 周五892024/4/19 周五90（1）Ti、B对焊缝组织的影响 焊缝含Ti量由70ppm增加到700ppm时,AF增多，PF减少，从而使焊缝组织得到细化。含B量小于11ppm时增加Ti并不会使AF发生大幅度的变化，并且PF量的变化也不大。当B小于45ppm时，含Ti量在450ppm足有可以得到最多的AF；当B大于45ppm时，含Ti量在200ppm左右可得到最多的AF。随着B从5ppm变化到90ppm，先共析铁素体减少，细化了晶粒。但在含Ti量小于80ppm时，增加B的含量并未引起AF明显的增加和PF明显的减少。因此，Ti的含量不可过低。B含量最佳值与Ti的关系为：当Ti的含量在700ppm200ppm时，B的最佳值为30-60ppm。当B为42ppm，Ti为420ppm，AF最多，PF最少。2.2.3.10 Ti和B对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五912024/4/19 周五922024/4/19 周五932024/4/19 周五942024/4/19 周五952024/4/19 周五962024/4/19 周五972024/4/19 周五982024/4/19 周五99（2）TiB系焊缝韧性高的原因a.凝固过程中，Ti保护B不被氧化，使大量偏析的B与N充分反应，生成BN；b.含Ti的氧化性夹杂促进了A晶内形核，利于AF的生成；c.由于B和Ti形成BN和TiN，减少了固溶于焊缝中的N量；d.A冷却时，Ti通过形成TiN而保护了残余的B不被氧化，有一定量的B向A晶界偏析，由于B聚集在晶界，降低了晶界的能量，故不利于PF的形核。另外，B在晶界上形成Fe23（C、B），它先于F生成，当这类碳化物尺寸很小时可阻碍F形核。2024/4/19 周五100（1）Re元素的作用 Re主要通过改变焊缝中夹杂物的形状、数量及分布状态，达到改善焊缝韧性、减少有害非金属夹杂物的目的。（2）Re元素对夹杂物和晶粒尺寸的影响 不加入Re时，焊缝中存在着Fe和Mn的硫化物夹杂(达40m)，大量的氧化物(13m)及尖角状的硅夹杂物。加入Re后，夹杂物既被细化又被球化，且尺寸波动较小。硫化物夹杂减小到14m以下，氧化物夹杂在6.5m以下，硅夹杂物不超过10m。夹杂物弥散分布，减小了A晶粒尺寸且趋于均匀化。2.2.3.11 Re对焊缝金属组织和性能的影响2024/4/19 周五1012024/4/19 周五1022024/4/19 周五1032024/4/19 周五104（3）对焊缝金属力学性能的影响 随着RE从0变化到1.5，焊缝的抗拉强度和屈服点均有提高，塑性稍有下降。原因在于Re还原性较强，导致更多的C、Si和Mn元素进入焊缝中。随着Re的增加，焊缝韧性在高温下先升后降。这是由于夹杂物的细化和球化引起了焊缝韧性的上升；进一步增加Re，随着晶格结构的稳定，冲击韧性也保持恒定；Re更高时，有更多的C和Mn过渡到焊缝中，尖角状硅的夹杂物含量也增多，导致冲击韧性下降。在低的温度下，随着Re量的增加，冲击韧性逐渐下降，但比较缓慢。2024/4/19 周五1052024/4/19 周五106休息一下休息一下