熔池凝固和焊缝固态相变(焊接冶金学)

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1、第三章熔池凝固和焊缝固态相变熔池凝固焊缝固态相变焊缝中的气孔和夹杂焊缝的性能控制主要内容铁碳合金铁碳合金：以铁、碳为主要成分的合金。其中铁的含量大于95%。金属的结晶什么是金属的结晶？液态金属冷却凝固转变为固态晶体的过程结晶的过程可用（温度---时间曲线）冷却曲线来表示水结晶成冰的实验，可以看出晶体结晶存在“过冷”现象过冷度过冷度的大小与冷却速度的关系结晶过程的基本规律结晶过程（形核及长大）自发形核（均质形核）晶核的形成非自发形核（异质形核）晶核的长大：树枝状长大晶粒大小及控制晶粒大小对金属机械性能有较大的影响，在常温

2、下工作的金属，其强度、硬度、塑性和韧性，一般是随晶粒细化而提高影响晶粒大小的因素有哪些？形核率N(晶核数/s·cm3)长大速度G(cm/s)晶粒大小的控制：（1）增大过冷度；（2）变质处理；（3）振动（1）过冷度的影响冷却速度愈大，过冷度愈大实线部分，随着ΔT的增大，形核率和长大速度都大，且形核率N的增加比长大速率G增加要快，晶粒愈细（2）变质处理在液态金属结晶前，特意加入某些元素或合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。如孕育铸铁加入

3、硅铁小颗粒孕育剂；铸造铝合金加入钠盐，减慢硅的长大速度等（3）振动对正在结晶的金属施以机械振动、超声波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒细化纯铁的晶体结构晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列，可用晶格来表示。根据对晶胞（晶格中一个最基本的几何单元）的分析，最常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格纯铁的晶格有体心立方和面心立方两种体心立方晶格晶胞的棱边长度a=b=c；每个体心立方晶胞中仅含有：2个原子；晶格中有68%（致密度）的体积被原子占有面心立方晶格晶胞的棱边

4、长度a=b=c；每个体心立方晶胞中仅含有：4个原子；晶格中有74%的体积被原子占有纯铁同素异晶转变液态铁缓慢冷却到熔点左右经过第一次结晶后，到室温的过程中，晶格类型将发生改变。这种随着温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象称为同素异晶转变纯铁的冷却曲线及晶体结构变化铁碳合金的基本组织基本概念合金、组元、相、组织将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，通常是指组成该合金的元素或某些化合物，根据合金组元数目的多少，把合金分为二元合金、三元合

5、金和多元合金。如：铁碳合金就是由铁和碳二组元组成的二元合金相是指在合金中，凡成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分在显微镜下能观察到的金属和合金微观形貌、图象称为组织，合金具有不同的组织铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型固溶体在一种金属元素的晶格中，溶入另一种或多种元素所形成的相在固溶体中保持其原晶体结构的组元（元素）---溶剂，其余的元素（组元）---溶质根据溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两类(a)间隙固溶体(b)置换固溶体○——溶剂原

6、子●——溶质原子置换固溶体：溶质原子置换溶剂在晶格结点上的原子固溶体间隙固溶体：溶质原子在固溶体中处于溶剂晶体结构的间隙位置铁碳合金中的固溶体都是碳溶解到铁的晶格中的间隙固溶体铁素体（F）铁素体是碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体由于α-Fe晶粒的间隙小，溶解碳量极微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃），几乎不含碳的纯铁。具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度却低。它在770℃以下具有磁性。性能：σb=180～230MPaHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%ak=156～196J·cm-2显微镜下观察，

7、铁素体呈大小不一的多边形颗粒形状。位相不同而呈现不同的颜色。奥氏体（A）奥氏体是碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体γ-Fe的溶碳能力较高，最大为2.11%（1148℃）由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之间，所以奥氏体也只出现在高温区域内性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的变形抗力。是绝大多数钢种在高温进行压力加工所需的组织显微镜观察，奥氏体呈现外形不规则的颗粒状结构，但晶界较铁素体平直。这是奥氏体不锈钢在显微镜下观察到的单相奥氏体孪晶组织固溶强化当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。随

8、溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变。一般情况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率升高，导电性逐渐下降等通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。可见，固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大的缘故。因此固溶强化是材料的一种主