第八章课件成形过程的冶金反应原理VIP

1,第八章成形过程的冶金反应原理,2,第一节成形工艺中的冶金反应特点,3,液态成形的化学冶金过程主要发生在金属的熔炼阶段。主要的物理化学反应为金属的氧化、金属的脱磷、脱碳、脱氧、脱硫和合金化等。金属熔炼过程中温度较低，约在1600以下。温度变化范围不大，液态金属的体积较大，熔炼时间较长，冶金反应进行的较充分和完全，可采用物理化学中的平衡方程进行分析与计算，易控制金属中各元素的含量，保证达到化学成分的设计要求。,一液态成形的冶金反应特点,4,连接成形的物理化学冶金过程不能完全使用普通化学冶金的规律来研究焊接的化学冶金问题。焊接冶金过程既具有阶段性特征又是互相依赖的连续过程。电弧焊分为药皮反应区、熔滴反应区及熔池反应区。各区间反应条件及反应类型有较大差别。不同的焊接方法有不同的冶金反应区。简述各反应区的特点。,二连接成形的冶金反应特点,5,1药皮反应区,亦称造渣反应区加热温度较低(低于药皮熔化温度)，反应部位在焊条前端的套筒附近。该区冶金反应水的蒸发及药皮中固态物质(有机物、大理石、高价氧化物)的分解。通过改善焊接区的气氛，为焊接冶金反应提供气体和熔渣。2熔滴反应区特点(1)温度高；(2)熔滴的比表面积大，可达103104cm2/kg。,二连接成形的冶金反应特点,6,熔滴反应区进行的冶金反应有：气体的分解和溶解，金属的蒸发，金属及其合金的氧化、还原，以及焊缝金属的合金化等。由于反应时间短促，一般为1s，故不利于冶金反应达到平衡状态。,二连接成形的冶金反应特点,7,3熔池反应区平均温度低于熔滴区，比表面积小。熔池不同部位进行的冶金反应程度不同。熔池头部处于升温阶段，发生金属的熔化和气体的吸收，有利于吸热反应的进行；熔池尾部发生金属的凝固，气体逸出，有利于放热反应的进行。总之，焊接化学冶金过程是分区域连续进行的。各阶段冶金反应的综合才能决定焊缝金属的最终成分。,二连接成形的冶金反应特点,8,第二节液态金属与气体界面的反应(见“第七章液态金属与气相的相互作用”),9,第三节液态金属与熔渣的反应(见“第八章液态金属与熔渣的相互作用”),10,第四节合金化,11,合金化把需要的合金元素加入到金属中去的过程。合金化的目的对液态成形-改善金属的组织与性能，或为了获得具有特殊性能的金属。对于焊接成形-首先，补偿在高温下金属由于蒸发或氧化造成的损失；其次是为了消除缺陷，改善焊缝金属的组织与性能，或为了获得具有特殊性能的堆焊金属。,一合金化的目的,12,(1)通过合金焊丝或带极(2)通过药芯焊丝或药皮(或焊剂)(3)通过合金粉末(4)通过从金属氧化物中还原金属,二合金化的方式,13,过渡系数表征合金元素利用率高低的参数。等于它在熔敷金属中的实际含量与它的原始含量之比。或者单位长度焊条中药皮重量与焊芯重量之比。,三合金化的效果,Cd合金元素在熔敷金属中的含量Ce合金元素的原始含量Ccw合金元素在焊丝中的含量Cco合金元素在药皮中的含量Kb焊条药皮的重量系数,14,已知值及有关数据，可以计算出合金元素在熔敷金属中的含量Cd，依具体焊接工艺条件确定熔合比，求出它在焊缝中的含量。相反，根据对熔敷金属成分的要求，可求出在焊条药皮中应具有的合金元素含量。不同合金的值不同。若合金元素对氧的亲和力越大，其氧化烧损越大，值越小。合金元素的沸点越低，其蒸发损失越大，值越小。值与其在药皮中的含量、粒度，熔渣的成分，药皮的重量系数等均有较大的关系。,三合金化的效果,15,第五节工艺条件对冶金反应的影响,16,焊接工艺条件的改变(如方法、参数等)会引起冶金反应条件(反应物的种类、数量、浓度、温度、反应时间等)的变化和反应过程：1熔合比(焊缝中局部熔化母材所占比例)影响=Ap/(Ap+Ad)Ap焊缝截面中母材所占的面积熔合比Ad焊缝截面中填充金属所占的面积不考虑冶金反应造成的成分变化，焊缝的成分仅仅取决于母材金属与焊条金属的比例。焊缝中某合金元素的含量可用下式计算：C0=Cb+(1-)CeC0元素在焊缝金属中的质量分数Cb该元素在母材中的质量分数Ce该元素在焊条中的质量分数,17,若考虑合金元素在焊接中的损失，则焊缝金属中某合金元素的实际含量Cw为：Cw=Cb+(1-)CdCd熔敷金属中某元素(实际过渡到熔池中的焊条金属)的质量分数Cb该元素在母材中的质量分数利用上式可以估算出焊缝的化学成分。另外，通过改变熔合比，可以改变焊缝金属的化学成分。如在堆焊中，调整焊接参数，采用小的熔合比以减少母材成分对堆焊层的影响。,18,2熔滴过渡特性的影响焊接参数对熔滴过渡特性的影响进而对冶金反应产生影响。如熔滴反应区的反应时间随电流的增加而变短，随电弧电压的增加而变长。总之，焊接化学冶金系统是是一个复杂的高温多相反应系统，影响因素多，而焊接区的不等温条