第八章_焊接金相学.ppt

第八单元 焊接金相学介绍基本金属结构 焊接的冶金考虑 普通材料的焊接金相学 总结 主要术语及其定义,第八单元 焊接金相学 2011-11-12,介绍冶金是一门有关金属内部结构以及这些结构与金属所展现的性能之间关系的科学。涉及到焊接冶金，它所关注的是当接头是由焊接来完成时，发生在金属内部的各种变化，特别是那些影响机械性能的变化。对于焊接检验师来讲对焊接冶金基础知识的了解是非常有帮助的。当然，这不等于焊接检验师要负责母材及焊缝金属合金以及他们的热处理有关的规范及技术条件。然而，了解焊接冶金基础不仅对焊接检验师有帮助，而且也经常是检验工作的要求。其中之一的原因是因为由于焊接引起的冶金转变，会影响诸如强度、硬度、延展性、韧性、疲劳强度以及耐磨等机械性能。这些性能受到各种冶金因素的影响。它包括合金的添加、热处理以及机械处理。焊接检验师了解这些特性，对于生产过程中为何要采用某种制造方法有一个良好的感知。某种制造要求诸如预热、后热、层温控制、热输入控制、锤击、热应力释放以及其它的热处理都会引起冶金变化，进而影响机械性能。所以，本章将主要描述铁基焊接冶金的几个方面，并着重在控制冶金变化所需的制造方法。由于焊接冶金涉及诸多方面，本章的讨论不可覆盖所有方面，所以我们将限于那些发生于焊接过程中的较重要的方面，这些变化可以概述并分为两个种类。第一类，包括那些由于金属从室温加热到较高温度后冷却至较低温而引起的变化。第二类是温度变化率对金属性能的影响。最主要的是冷却速率，既从高温冷却至室温的快慢。我们的讨论将从金属被均匀加热和冷却开始，然而，应该注意到由于焊接的局部加热，将呈现各种不同的问题，这种不均匀加热/冷却将需进一步考虑。,第八单元 焊接金相学 2011-11-12,基本金属结构为了增加对金属冶金性能的了解，有必要先讨论组成各种物质形式的粒子。这些组成固体、液体或气体物质的基本粒子叫做原子。这些原子很小，即使用最高倍数的光学显微镜也无法观测到，然而，通过讨论和解释这些原子的特性以及他们的结构，我们将能够更好的了解我们从显微镜或肉眼观察到的现象。这些原子一个最重要的特性就是在某一温度范围内，他们将形成具有特定形状的物质。这是因为原子之间在一定距离范围，受彼此内力的相互作用，这些力或相斥或相吸，原子间彼此相吸引，同时又被其它的原子推开或排斥，所以，单个的原子由于彼此相抵消的力使其停留在他们特定的位置相对于周围其它的原子：这些原子在其特定的位置一排排、一层层在三维方向形成对称的晶格结构或形式。然而他们不一定固定在某一位置，事实上，他们在一平衡位置上振动，从而保持一个相对平衡的空间：在某个给定的温度下，他们将停留在一个平衡空间，吸引力和排斥力彼此平衡，此时，我们说金属内部能量呈现为一个稳定水平。任何使原子靠近的力将会被排斥力抵消。而且该排斥力将随着原子的靠近而增加。这一行为被金属所显示的相当高的压缩强度所证实。类似地，任何将原子分开的力将会导致一个相抵消的吸引力。这些吸引力将随着原子被拉远而减小。,第八单元 焊接金相学 2011-11-12,后者的行为可在拉伸试验中得到证实，在金属屈服点以下，加负载拉长拉伸试样，单个原子之间的空间增大，取消负载，试样将呈现弹性性能，也就是，从宏观角度来讲,它将恢复到原尺寸，这意味着原子回到它的原始平衡位置。如果加在拉伸试样上的负荷超过了金属的屈服强度：试样将呈现塑性性能。此时它将不再恢复到它原来的尺寸或原子间的距离、这是因为原子被迫彼此远离，以至于吸引力不足以保持原子停留在其原来的位置，随着原子间的距离进一步增大到晶格空间吸引力不足以保持原子在一起，金属将失效。.如上所述，金属原子之间在给定的温度或内部能量下呈现一定的距离。由于热是一种能量形式，当温度升高时，内部能量将增加，增加的能量将导致原子的振动加剧，这种振动加剧会增加原子间的间隔，通过肉眼，我们可以观测到这种能量增加所导致的结果，因为当原子运动分开的时候，金属件的整体尺寸将增加。相反，温度的降低将导致原子间的靠拢。也就是我们所观察到的金属收缩。当金属加热时,原子的振动不断增加，引起原子间距增加,金属膨胀，它增加一直到某一程度时，原子间距是如此之大以至于原子再也无法吸引在一起呈现为特定的结构,此时固态金属将转变为液态（见图8.2）。此时的温度叫熔点。进一步的加热最终将使液体转变为气体，此时温度即为蒸发点。固态金属具有最低的内能和最小的原子间距，液态金属具有较高的能量和较大的原子间距，并且被认为是无固定形状，也就无固定结构。气态金属具有最高能量和最大的原子间距，而且也是无固定结构。,第八单元 焊接金相学 2011-11-12,当然,所有这些很有趣，作为一个焊接检验师认识到它为什么对你来讲是重要的更有意义。很明显，焊接和切割都对金属输入热量，加热会导致金属的膨胀.假如我们