焊接中合金中的成分偏析学习教案

1、会计学1焊接焊接(hnji)中合金中的成分偏析中合金中的成分偏析第一页，共18页。第1页/共17页第二页，共18页。第2页/共17页第三页，共18页。第3页/共17页第四页，共18页。 晶界偏析比晶内偏析的危害更大，既能降低合金的塑性与高温性能(xngnng)，又增加热裂纹倾向。Ni-25% Cu合金快凝后的树枝状偏析第4页/共17页第五页，共18页。第5页/共17页第六页，共18页。第6页/共17页第七页，共18页。合金液、固相线间隔合金液、固相线间隔偏析元素的扩散能力偏析元素的扩散能力冷却冷却(lngqu)条件条件（宽）（宽）（弱）（弱）（快）（快）微观偏析的影响微观偏析的影响(yngxi

2、ng)因素与消因素与消除措施除措施第7页/共17页第八页，共18页。元元 素素PSBCVTiMoMnNiSiCr元素质量元素质量分数分数/%0.010.030.01 0.040.0020.100.3 1.00.5 4.00.2 1.21.0 4.01.0 2.51.0 4.51.0 3.01.0 8.0偏析系数偏析系数|1k0|0.940.900.870.740.620.530.510.860.650.350.34 微观偏析程度一般微观偏析程度一般(ybn)用偏析系数用偏析系数|1k0|来衡量来衡量。|1k0|值越大，固相和液相的浓度差越大，晶内偏析值越大，固相和液相的浓度差越大，晶内偏析越严

3、重。越严重。表表11-1 不同元素在铁中的偏析系数不同元素在铁中的偏析系数微观偏析是一种不平衡状态，在热力学上是不稳定的。可通微观偏析是一种不平衡状态，在热力学上是不稳定的。可通过扩散退火或均匀化退火来消除，即将合金加热到低于固相过扩散退火或均匀化退火来消除，即将合金加热到低于固相线线100200的温度，进行长时间保温，使偏析元素的温度，进行长时间保温，使偏析元素(yun s)进行充分扩散，以达到均匀化。进行充分扩散，以达到均匀化。第8页/共17页第九页，共18页。第9页/共17页第十页，共18页。图图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布单向凝固时铸棒内溶质的分布(fnb)a平衡凝固平衡凝固

4、b液相只有扩散液相只有扩散 c液相完全混合液相完全混合 d液相部分混合液相部分混合 正常偏析随着正常偏析随着(su zhe)溶质偏析系数溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析系数较大的增大而增大。但对于偏析系数较大的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固，宏观偏析反而减轻。的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固，宏观偏析反而减轻。 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但可以偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但可以(ky)利用溶质的正常偏析利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。现象对金属进行提纯精炼。第10页/共17页第十一页，共18页。图图11-6 快

5、速焊时焊缝的区域偏析快速焊时焊缝的区域偏析电弧位置电弧位置第11页/共17页第十二页，共18页。Al-4.7Cu 合金合金(hjn)铸件的逆偏析铸件的逆偏析第12页/共17页第十三页，共18页。铸锭的宏观铸锭的宏观(hnggun) 偏析分布示意偏析分布示意图图由于由于(yuy)密度密度的差异，先凝固部的差异，先凝固部分结晶沉淀，在铸分结晶沉淀，在铸锭的下半部形成低锭的下半部形成低于平均成分的负偏于平均成分的负偏析区，上部则形成析区，上部则形成高于平均成分的正高于平均成分的正偏析区。偏析区。 当铸锭中央部分在凝当铸锭中央部分在凝固固(nngg)下沉时，下沉时，侧面向斜下方产生拉侧面向斜下方产生拉

6、应力，在其上部形成应力，在其上部形成逆逆V形裂缝，并被富形裂缝，并被富含溶质的液相所填充含溶质的液相所填充，最终形成逆，最终形成逆V形偏形偏析带。析带。第13页/共17页第十四页，共18页。图图11-7 焊缝的层状偏析焊缝的层状偏析a) 焊条电弧焊焊条电弧焊 b) 电子束焊电子束焊层状偏析a）b）第14页/共17页第十五页，共18页。图图11-9 熔合区中硫的分布熔合区中硫的分布注：上面数字注：上面数字(shz)E=11.76kJ/cm 下面数字下面数字(shz)E=23.94kJ/cm硫的浓度硫的浓度 wS / % 焊缝焊缝母材母材熔合线熔合线熔合区是母材与熔池的界面，熔合区是母材与熔池的界

7、面， Tm 温度下由于温度下由于S、P等杂质等杂质(zzh)元素在固相元素在固相中的平衡含量远低于液相，造成近界面部位母材中的中的平衡含量远低于液相，造成近界面部位母材中的 S、P 向焊缝中转移，向焊缝中转移，在界面前沿的液相中形成杂质在界面前沿的液相中形成杂质(zzh)元素富集层，随后快速凝固。元素富集层，随后快速凝固。熔合区的化学成分不均匀程度与焊接规范有关熔合区的化学成分不均匀程度与焊接规范有关(yugun),大大的焊接线能量会使不均匀程度加剧的焊接线能量会使不均匀程度加剧(见图中三组数据中的下见图中三组数据中的下行行)三、焊接熔合区的化学成分不均匀三、焊接熔合区的化学成分不均匀第15页/共17页第十六页，共18页。结构钢与不锈钢异种钢接头结构钢与不锈钢异种钢接头(ji tu)熔合区中碳的分布示意熔合区中碳的分布示意图图 异种钢接头焊材一般采用高韧性的奥氏体焊材，由于焊缝富含碳化物形成异种钢接头焊材一般采用高韧性的奥氏体焊材，由于焊缝富含碳化物形成(xngchng)元素，故碳在其内的活度远低于碳钢母材，在焊后加热过程中，固溶在元素，故碳在其内的活度远低于碳钢母材，在焊后加热过程中，固溶在碳钢碳钢HAZ中的碳易向焊缝中扩散，在熔合线两侧分别形成中的碳易向焊缝中扩散，在熔合线两侧分别形成(xngch