材料加工原理 第四章 接熱影響區(qū)的組織和性能

1、材料加工原理材料加工原理機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院嚴(yán)嚴(yán) 春春 妍妍第第 四四 章章焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能u 1 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)u 2 焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)變特點(diǎn)u 3 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能u 4 焊接熱、力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)焊接熱、力模擬試驗(yàn)方法的特點(diǎn)第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能1 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能

2、焊接熱影響區(qū)的組織和性能熱影響區(qū)（熱影響區(qū)（Heat affected zone，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱HAZ）：）： 焊縫兩側(cè)，發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域，又稱焊縫兩側(cè)，發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域，又稱“近縫區(qū)近縫區(qū)”（Near weld zone）。）。焊接熱循環(huán)：焊接熱循環(huán)： 焊件上某點(diǎn)溫度由低而高，達(dá)到最高值后，又由焊件上某點(diǎn)溫度由低而高，達(dá)到最高值后，又由高而低隨時(shí)間變化的過(guò)程。高而低隨時(shí)間變化的過(guò)程。 距離焊縫不同距離的各點(diǎn)，所經(jīng)歷的熱循環(huán)不同距離焊縫不同距離的各點(diǎn)，所經(jīng)歷的熱循環(huán)不同的。焊接方法不同，熱循環(huán)曲線的形狀也有變化。的。焊接方法不同，熱循環(huán)曲線的形狀也有變化。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)

3、的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能一、焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)1. 加熱速度（加熱速度（H）：）：比熱處理?xiàng)l件下快的多比熱處理?xiàng)l件下快的多2. 加熱的最高溫度（加熱的最高溫度（Tm）：）：很高，高于熱處理溫很高，高于熱處理溫度時(shí)，晶粒易長(zhǎng)大。度時(shí)，晶粒易長(zhǎng)大。3. 相變溫度以上的停留時(shí)間（相變溫度以上的停留時(shí)間（tH）：）：停留時(shí)間停留時(shí)間，有利于有利于A的均質(zhì)化過(guò)程，但溫度太高時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶的均質(zhì)化過(guò)程，但溫度太高時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶粒的嚴(yán)重長(zhǎng)大粒的嚴(yán)重長(zhǎng)大4. 冷卻速度（冷卻速度（c）和冷卻時(shí)間（）和冷卻時(shí)間（t8/5、t8/3、t100）：）：冷速大，大于熱處理時(shí)的冷卻速度。冷速大，大于熱處理時(shí)的冷卻速

4、度。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能二、焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)1、加熱溫度高：熱處理加熱溫度以上、加熱溫度高：熱處理加熱溫度以上100200 2、加熱速度快：是熱處理加熱速度的幾十倍甚至幾百、加熱速度快：是熱處理加熱速度的幾十倍甚至幾百倍倍3、高溫停留時(shí)間短：手工焊以上停留時(shí)間、高溫停留時(shí)間短：手工焊以上停留時(shí)間420秒，埋秒，埋弧自動(dòng)焊時(shí)弧自動(dòng)焊時(shí)30100秒。秒。 4、自然冷卻：自然條件下冷卻，冷卻速度快，低溫轉(zhuǎn)、自然冷卻：自然條件下冷卻，冷卻速度快，低溫轉(zhuǎn)變變。 5、局部加熱：局部集中加熱，隨熱源的移動(dòng)

5、，局部加、局部加熱：局部集中加熱，隨熱源的移動(dòng)，局部加熱的范圍也移動(dòng)。由于局部加熱產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力，組織熱的范圍也移動(dòng)。由于局部加熱產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力，組織轉(zhuǎn)變是在復(fù)雜應(yīng)力下完成。轉(zhuǎn)變是在復(fù)雜應(yīng)力下完成。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能三、多層焊熱循環(huán)的特點(diǎn) 多層焊的相鄰層間彼此具有熱處理的作用，多層焊的相鄰層間彼此具有熱處理的作用，多層焊比單層焊更為優(yōu)越。多層焊比單層焊更為優(yōu)越。 根據(jù)要求不同，多層焊分為：根據(jù)要求不同，多層焊分為：1、長(zhǎng)段多層焊：、長(zhǎng)段多層焊：每道焊縫的長(zhǎng)度較長(zhǎng)（每道焊縫的長(zhǎng)度較長(zhǎng)（1m以以上 ） ， 焊 下 一 層 時(shí) 前 一 層 已 冷 至 較 低

6、溫 度上 ） ， 焊 下 一 層 時(shí) 前 一 層 已 冷 至 較 低 溫 度（100200以下以下）。不適于淬硬傾向大的鋼種。）。不適于淬硬傾向大的鋼種。2、短段多層焊：、短段多層焊：每道焊縫的長(zhǎng)度較短（約為每道焊縫的長(zhǎng)度較短（約為50400mm），焊下層時(shí)前層的溫度較高。），焊下層時(shí)前層的溫度較高。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能2 焊接熱循環(huán)條件下的金屬焊接熱循環(huán)條件下的金屬組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)一、焊接時(shí)加熱過(guò)程組織轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)1、加熱

7、速度對(duì)相變點(diǎn)的影響：、加熱速度對(duì)相變點(diǎn)的影響： H，擴(kuò)散相變滯，擴(kuò)散相變滯后，導(dǎo)致后，導(dǎo)致Ac1、Ac3、(Ac3Ac1)；含碳化物合金元；含碳化物合金元素素Cr、W、Mo、V等，等， H的影響更大的影響更大2、加熱速度對(duì)均質(zhì)化影響：、加熱速度對(duì)均質(zhì)化影響：快速加熱，快速加熱，A均質(zhì)化均質(zhì)化過(guò)程進(jìn)行的不完全。過(guò)程進(jìn)行的不完全。3、近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大：、近縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大： Tm很大，晶粒易長(zhǎng)大很大，晶粒易長(zhǎng)大第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能二、焊接時(shí)冷卻過(guò)程組織轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 以以45鋼、鋼、40Cr為例，比較焊接條件下和熱處理?xiàng)l為例，比較焊接條件下和熱處理?xiàng)l件下，在相同

8、的冷卻速度下組織轉(zhuǎn)變的差異。件下，在相同的冷卻速度下組織轉(zhuǎn)變的差異。合金元素分類合金元素分類（根據(jù)與碳親和力的大小）：（根據(jù)與碳親和力的大?。禾蓟镄纬稍兀禾蓟镄纬稍兀篫r、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、 Mn、 Feu 強(qiáng)碳化物形成元素：與強(qiáng)碳化物形成元素：與C形成的碳化物比形成的碳化物比Fe3C穩(wěn)定，穩(wěn)定，如如Ti、V、Nbu 弱碳化物形成元素：與弱碳化物形成元素：與C形成的碳化物比形成的碳化物比Fe3C穩(wěn)定穩(wěn)定性差，如性差，如Mn非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能u45#鋼：相同

9、冷速下，焊接條件下比熱處理淬硬鋼：相同冷速下，焊接條件下比熱處理淬硬傾向傾向，CCT曲線曲線右移右移。 原因：原因：不存在碳化物的溶解過(guò)程，且由于焊接不存在碳化物的溶解過(guò)程，且由于焊接條件下條件下HAZ組織粗化，因此淬硬傾向組織粗化，因此淬硬傾向u40Cr：淬硬傾向：淬硬傾向，CCT曲線曲線左移左移。 原因：原因：碳化物形成元素碳化物形成元素Cr等在焊接條件下，因等在焊接條件下，因高溫停留時(shí)間短，沒(méi)有充分向高溫停留時(shí)間短，沒(méi)有充分向A內(nèi)部溶解，內(nèi)部溶解，A穩(wěn)定穩(wěn)定性性，淬硬傾向，淬硬傾向第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能三、焊接條件下CCT圖的建立及其應(yīng)用1、CCT

10、圖的建立：采用焊熱熱模擬試驗(yàn)裝置來(lái)建圖的建立：采用焊熱熱模擬試驗(yàn)裝置來(lái)建立某種鋼的立某種鋼的CCT圖。圖。2、意義：在大量鋼種出現(xiàn)之前、意義：在大量鋼種出現(xiàn)之前,可預(yù)先估計(jì)熱影可預(yù)先估計(jì)熱影響區(qū)的組織性能，或作為制定工藝，焊接線能量響區(qū)的組織性能，或作為制定工藝，焊接線能量的依據(jù)。的依據(jù)。3、CCT圖的應(yīng)用：圖的應(yīng)用： 通過(guò)通過(guò)CCT圖可得到在不同的圖可得到在不同的冷卻速度下的組織，即估計(jì)組織。冷卻速度下的組織，即估計(jì)組織。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能影響影響CCT圖的因素有：圖的因素有：（一）（一） 母材化學(xué)成分母材化學(xué)成分 （二）（二） 冷卻速度冷卻速度

11、（三）（三） 峰值溫度峰值溫度 （四）（四） 晶粒粗化晶粒粗化 （五）（五） 應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)變 第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能3 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能一、焊接熱影響區(qū)的組織分布第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 焊接結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)熱處理特性不同分為兩類：焊接結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)熱處理特性不同分為兩類：淬火鋼淬火鋼和和不易淬火鋼不易淬火鋼。1 1、不易淬火鋼：不易淬火鋼：如低碳鋼、某些不易淬硬的低如低碳鋼、某些不易淬硬的低合金鋼，如合金鋼，如16Mn、15MoV、15MnTi等等 2、易淬火鋼：、易淬火鋼：淬硬傾向較大，包

12、括低碳調(diào)質(zhì)高淬硬傾向較大，包括低碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼（如強(qiáng)鋼（如18MnMoNb）、中碳鋼（）、中碳鋼（45#鋼）、中鋼）、中碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼（碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼（30CrMnSi等）。等）。HAZ的組織分的組織分布與母材焊前熱處理焊前熱處理有關(guān)。布與母材焊前熱處理焊前熱處理有關(guān)。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能1、不易淬火鋼、不易淬火鋼熔合區(qū)：熔合區(qū)：TLTS，又稱半熔化區(qū)，范圍很窄，又稱半熔化區(qū)，范圍很窄過(guò)熱區(qū)：過(guò)熱區(qū)：TS1100，A晶粒粗大，冷卻后得到粗大組晶粒粗大，冷卻后得到粗大組織，韌性很低?？棧g性很低。相變重結(jié)晶區(qū)：相變重結(jié)晶區(qū)：A31000 ，重結(jié)晶，焊后得到均勻

13、，重結(jié)晶，焊后得到均勻細(xì)小的組織，塑性和韌性較好。細(xì)小的組織，塑性和韌性較好。不完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū) ：Ac1Ac3，一部分發(fā)生相變重結(jié)晶，一部分發(fā)生相變重結(jié)晶過(guò)程，另一部分保留、粗化。該區(qū)晶粒尺寸、組織、過(guò)程，另一部分保留、粗化。該區(qū)晶粒尺寸、組織、力學(xué)性能不均勻。力學(xué)性能不均勻。 對(duì)低碳鋼、一些淬硬傾向小的鋼（對(duì)低碳鋼、一些淬硬傾向小的鋼（16Mn、15MnTi等），除過(guò)熱區(qū)外其它各區(qū)組織基本相同。等），除過(guò)熱區(qū)外其它各區(qū)組織基本相同。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能2、易淬火鋼、易淬火鋼完全

14、淬火區(qū)：完全淬火區(qū)：Ac3以上，淬硬傾向大，焊后得以上，淬硬傾向大，焊后得到粗大的馬氏體。到粗大的馬氏體。不完全淬火區(qū)：不完全淬火區(qū)：Ac1Ac3，快速加熱、，快速加熱、F很少溶很少溶入入A，快冷時(shí)原，快冷時(shí)原F保持不變、并有不同程度的長(zhǎng)保持不變、并有不同程度的長(zhǎng)大，最后形成馬氏體大，最后形成馬氏體-鐵素體的組織。鐵素體的組織?；鼗饏^(qū)：母材在焊前是調(diào)質(zhì)態(tài)，還可能存在不回火區(qū)：母材在焊前是調(diào)質(zhì)態(tài)，還可能存在不同程度的回火處理。組織性能變化取決于焊前同程度的回火處理。組織性能變化取決于焊前調(diào)質(zhì)狀態(tài)的溫度。調(diào)質(zhì)狀態(tài)的溫度。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能3、注意問(wèn)題、注

15、意問(wèn)題1) 熱影響區(qū)中熔合區(qū)、過(guò)熱區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，是焊熱影響區(qū)中熔合區(qū)、過(guò)熱區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，是焊接接頭的薄弱地帶。接接頭的薄弱地帶。2) 低碳鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)，在急冷急熱的條件下低碳鋼的不完全重結(jié)晶區(qū)，在急冷急熱的條件下,會(huì)表現(xiàn)出高碳鋼的行為。會(huì)表現(xiàn)出高碳鋼的行為。3) 成分偏析嚴(yán)重，成分偏析嚴(yán)重，C、P、S高時(shí)易產(chǎn)生淬硬組織和高時(shí)易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋。裂紋。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能表表4-11 低碳鋼熱影響區(qū)的組織分布特征及性能低碳鋼熱影響區(qū)的組織分布特征及性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組

16、織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能熱影響區(qū)的劃分方法：熱影響區(qū)的劃分方法：第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能表表4-12 焊縫及熱影響區(qū)新的劃分及建議焊縫及熱影響區(qū)新的劃分及建議第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能二、焊接熱影響區(qū)的性能1、HAZ的硬化的硬化 為了方便起見(jiàn)，常常用為了方便起見(jiàn)，常常用硬度硬度的變化來(lái)判定熱影的變化來(lái)判定熱影響區(qū)的性能變化。響區(qū)的性能變化。 硬度高的區(qū)域，強(qiáng)度也高，塑性、韌性下降，硬度高的區(qū)域，強(qiáng)度也高，塑性、韌性下降，測(cè)定測(cè)定熱影響區(qū)（一般在熔合區(qū)）的最高硬度熱影響區(qū)（一般在熔合區(qū)）的最高硬度Hmax可可以間接

17、來(lái)估計(jì)熱影響區(qū)的強(qiáng)度、塑性和裂紋傾向影以間接來(lái)估計(jì)熱影響區(qū)的強(qiáng)度、塑性和裂紋傾向影響硬度的因素。響硬度的因素。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能1）成分對(duì)淬硬傾向的影響：）成分對(duì)淬硬傾向的影響：碳當(dāng)量（碳當(dāng)量（Carbon Equivalent）：簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱Ceq或或CE，是把鋼中合金元素（包括碳）對(duì)其淬硬（包括冷裂、是把鋼中合金元素（包括碳）對(duì)其淬硬（包括冷裂、脆化等）的影響程度折合成脆化等）的影響程度折合成碳的相當(dāng)含量碳的相當(dāng)含量。 國(guó)際焊接學(xué)會(huì)：國(guó)際焊接學(xué)會(huì)：(IIW)MnCu+NiCr+Mo+VCE = C + + + 6155適用：中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼

18、（適用：中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼（b=400700MPa）第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 日本焊接協(xié)會(huì)：日本焊接協(xié)會(huì)：(WES)MnSiNiCrMoVCeq = C + + + + + + 624405414適用適用:強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金高強(qiáng)鋼強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金高強(qiáng)鋼( b=5001000MPa)注意：注意：CE(IIW)和和Ceq(WES)不適用于含碳量在不適用于含碳量在0.17%以下的鋼種。以下的鋼種。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 伊藤（伊藤（Ito）公式：）公式：SiMn+Cu+CrNiMoV = C + + + + +

19、 + 5B3020601510cmP適用范圍：適用范圍： C%0.17%，b b=400900MPa的低合金高強(qiáng)鋼的低合金高強(qiáng)鋼P(yáng)cm與與CE(IIW)的關(guān)系：的關(guān)系：(IIW)2C+CE= + 0.0053cmP第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 近年來(lái)常用公式（近年來(lái)常用公式（Suzuki、Yurioka）：）：SiMnCuNiCr+Mo+V+NbCEN = C + A(C)+5B241615205式中：式中：A(C)碳的適應(yīng)系數(shù)；碳的適應(yīng)系數(shù)；A(C) = 0.75 + 0.25tgh20(C-0.12)注意：注意：C0.18%，CEN近似近似CE(IIW);

20、 C0.17%，CE近似于近似于Pcm第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能2）碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間）碳當(dāng)量及冷卻時(shí)間t8/5與最高硬度與最高硬度Hmax的關(guān)系：的關(guān)系：第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能結(jié)論：結(jié)論： 隨鋼種隨鋼種碳當(dāng)量（碳當(dāng)量（Pcm、CE(IIW)）的增加，的增加，硬度硬度Hmax隨之增加，淬硬傾向增加。隨之增加，淬硬傾向增加。maxmax()127445559100 cmIIWHPHCE第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊

21、接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能3）焊接）焊接HAZ最高硬度的計(jì)算公式：最高硬度的計(jì)算公式： 國(guó)產(chǎn)鋼硬度計(jì)算公式：國(guó)產(chǎn)鋼硬度計(jì)算公式：8/5M100max, H = 292 + 812Ctlg8/5M100maxcm8/5, H = 52.0 + 147.0P -81tt式中，式中，M100HAZ組織全部為馬氏體時(shí)的組織全部為馬氏體時(shí)的t8/5，此時(shí)，此時(shí)硬度達(dá)飽和值，與冷卻時(shí)間無(wú)關(guān)，只與鋼中的含碳量硬度達(dá)飽和值，與冷卻時(shí)間無(wú)關(guān)，只與鋼中的含碳量有關(guān)。有關(guān)。

22、lg- M100V8/5V = 2.63C + 8.35P 6.57tMnCuNiCrMo P =C + + + + + + 5B348103式中，第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能3）焊接）焊接HAZ最高硬度的計(jì)算公式：最高硬度的計(jì)算公式： 鈴木（鈴木（Suzuki）公式：）公式：max/explg8 5KH884C K 2871ty式中，式中，.cmcmcm2371533C1157P26655322280PK7 72P6 00C0 03Ky適用：日本的低合金高強(qiáng)鋼適用：日本的低合金高強(qiáng)鋼第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能國(guó)產(chǎn)低合金鋼國(guó)

23、產(chǎn)低合金鋼HAZ最高硬度估算：最高硬度估算：max/.8 5HHV10140 1089 8 2cmPt（）第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能二、焊接熱影響區(qū)的性能2、HAZ的脆化的脆化脆化類型：脆化類型： 粗晶脆化粗晶脆化 析出脆化析出脆化 組織脆化組織脆化 熱應(yīng)變時(shí)效脆化熱應(yīng)變時(shí)效脆化 氫脆化氫脆化 石墨脆化石墨脆化第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 粗晶脆化粗晶脆化 產(chǎn)生位置：產(chǎn)生位置： HAZ靠近熔合線附近和過(guò)熱區(qū)?？拷酆暇€附近和過(guò)熱區(qū)。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 不易淬火

24、鋼：主要是晶粒長(zhǎng)大，合金元素含量不易淬火鋼：主要是晶粒長(zhǎng)大，合金元素含量少（少（合金元素合金元素Ti、Nb、V、W、Mo等的碳、氮化物等的碳、氮化物阻礙晶界遷移，防止晶粒長(zhǎng)大阻礙晶界遷移，防止晶粒長(zhǎng)大），形成粗大組織。），形成粗大組織。 易淬火鋼：由脆性組織（孿晶易淬火鋼：由脆性組織（孿晶M、非平衡態(tài)、非平衡態(tài)BG等）的產(chǎn)生導(dǎo)致。等）的產(chǎn)生導(dǎo)致。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能注意：注意： HAZ粗晶脆化，在化學(xué)成分、組織狀態(tài)不均勻粗晶脆化，在化學(xué)成分、組織狀態(tài)不均勻的非平衡條件下形成，與單純晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致的脆的非平衡條件下形成，與單純晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致的脆化不同，脆化更

25、嚴(yán)重?；煌?，脆化更嚴(yán)重。 常與組織脆化交混在一起，是兩種脆化的疊加。常與組織脆化交混在一起，是兩種脆化的疊加。 對(duì)不同的鋼種，粗晶脆化的機(jī)制偏重不同。對(duì)不同的鋼種，粗晶脆化的機(jī)制偏重不同。 線能量線能量E、峰值溫度、峰值溫度Tm，D；t8/5，D第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能組織脆化組織脆化 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 對(duì)于常用的低碳低合金高強(qiáng)鋼，焊接對(duì)于常用的低碳低合金高強(qiáng)鋼，焊接HAZ的的組織脆化主要由于出現(xiàn)組織脆化主要由于出現(xiàn)M-A組元（常伴組元（常伴BG）、）、Bu、粗大的魏氏組織，以及粗大的魏氏

26、組織，以及“組織遺傳組織遺傳”等造成。等造成。 被焊鋼種和焊接時(shí)的冷卻條件不同，被焊鋼種和焊接時(shí)的冷卻條件不同，HAZ可可能出現(xiàn)不同脆性組織。能出現(xiàn)不同脆性組織。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 M-A組元脆化組元脆化 出現(xiàn)在出現(xiàn)在WM、HAZ 中等冷速中等冷速：C大，全部轉(zhuǎn)變成高碳大，全部轉(zhuǎn)變成高碳M； C小，小，A轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成F+Fe3C 中等淬硬傾向鋼種中等淬硬傾向鋼種：合金化高，：合金化高，A穩(wěn)定，不分穩(wěn)定，不分解解 中溫轉(zhuǎn)變形成中溫轉(zhuǎn)變形成：Bu形成溫度范圍內(nèi)形成溫度范圍內(nèi)第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 析出脆化析出脆化

27、固溶態(tài)強(qiáng)固溶態(tài)強(qiáng)碳化物形成元素碳化物形成元素或或氮化物形成元素氮化物形成元素，由，由于焊接熱循環(huán)影響（時(shí)效或回火），析出碳化物于焊接熱循環(huán)影響（時(shí)效或回火），析出碳化物Cm和氮化物和氮化物Nm、H，AkV 脆化脆化 析出物的分布、形態(tài)、尺寸對(duì)脆化的影響：析出物的分布、形態(tài)、尺寸對(duì)脆化的影響： 沉淀相沉淀相細(xì)小彌散細(xì)小彌散分布于分布于晶內(nèi)晶內(nèi)時(shí)，時(shí)，不易析出不易析出，有利，有利于韌性；沉淀相存在于于韌性；沉淀相存在于相界或晶界相界或晶界，易析出易析出，聚集或，聚集或沿晶界薄膜狀分布時(shí)，會(huì)導(dǎo)致脆化。沿晶界薄膜狀分布時(shí)，會(huì)導(dǎo)致脆化。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章

28、第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能 遺傳脆化（遺傳脆化（Embrittlement of Heredity）組織遺傳：組織遺傳：厚板多層焊時(shí)，粗晶區(qū)的組織未得到厚板多層焊時(shí)，粗晶區(qū)的組織未得到改善，仍保留粗晶組織和結(jié)晶學(xué)的位相關(guān)系。改善，仍保留粗晶組織和結(jié)晶學(xué)的位相關(guān)系。條件：條件： 原始組織（非平衡）原始組織（非平衡） 晶界上出實(shí)現(xiàn)等軸細(xì)晶（晶界上出實(shí)現(xiàn)等軸細(xì)晶（“晶粒邊界效應(yīng)晶粒邊界效應(yīng)”）致脆原因：致脆原因： 粗大晶粒脆化、組織變化粗大晶粒脆化、組織變化第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的

29、組織和性能第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能熱應(yīng)變時(shí)效脆化熱應(yīng)變時(shí)效脆化（Hot Straining Embrittlement，HSE） 靜應(yīng)變時(shí)效（靜應(yīng)變時(shí)效（Static Strain Aging）脆化：室溫）脆化：室溫或低溫下，在含或低溫下，在含C、N自由間隙原子時(shí)產(chǎn)生自由間隙原子時(shí)產(chǎn)生 動(dòng)應(yīng)變時(shí)效（動(dòng)應(yīng)變時(shí)效（Dynamic Strain Aging）脆化：較）脆化：較高溫度，特別是高溫度，特別是200400溫度范圍。溫度范圍。第四章第四章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能焊接熱影響區(qū)的組織和性能二、焊接熱影響區(qū)的性能3、HAZ的韌化的韌化 母材的原始組織：多元合金化、微合金化、韌化母材的原始組織：多元合金化、微合金化、韌化相（相（AF、BL、低碳、低碳