最新9焊接冶金學(xué)——材料焊接性第1章解析教學(xué)講義ppt課件.ppt

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1、20149焊接冶金學(xué)——材料焊接性第1章解析第1章概述1.1材料在工程中的發(fā)展及應(yīng)用歷史上，石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，都是以材料為標(biāo)志劃分。自古以來(lái)，材料和結(jié)合手段就一直密不可分，彼此相互促進(jìn)，不斷發(fā)展著。20世紀(jì)初，電弧技術(shù)用于鋼鐵產(chǎn)品，促使焊接和鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。1.1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家都非常重視鋼鐵材料的研究和開(kāi)發(fā)。合金結(jié)構(gòu)鋼近30年來(lái)受到世界各國(guó)的普遍重視，并仍將成為今后20-30年材料發(fā)展的基本方向。國(guó)外近幾年在不同結(jié)構(gòu)上使用低合金鋼的比例見(jiàn)表1-1。世界和中國(guó)主要工業(yè)部門(mén)對(duì)

2、低合金鋼的需求見(jiàn)表1-2。低合金鋼的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段:20世紀(jì)20年代以前:工程鋼結(jié)構(gòu)的制造主要采用鉚接，設(shè)計(jì)參數(shù)主要是抗拉強(qiáng)度。鋼的強(qiáng)化主要靠碳以及單一合金元素，如Mn、Si、Cr等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2%~3%，甚至更高一些。20世紀(jì)20-60年代:逐步采用了焊接技術(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)考慮材料的屈服強(qiáng)度、韌性和焊接性要求。鋼的化學(xué)成分向低碳多元合金化方向發(fā)展，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.2%以下。含2~4個(gè)有利于焊接性的合金元素。20世紀(jì)70年代以后:低合金高強(qiáng)鋼快速發(fā)展，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.1%以下，有的鋼向超低碳含

3、量發(fā)展。Ti、V、Nb等微合金元素逐步引起關(guān)注，而且向多元復(fù)合合金化方向發(fā)展。我國(guó)低合金鋼的開(kāi)發(fā)起步于20世紀(jì)50年代末、60年代初，正處于國(guó)際上低合金高強(qiáng)鋼新的發(fā)展階段。20世紀(jì)70年代以后，美國(guó)開(kāi)發(fā)出HY100鋼（σs≥690MPa）和HY130鋼（σs≥895MPa），以及具有更高抗破斷性能的HY100(T)和HY130(T)高強(qiáng)鋼。日本在美國(guó)T-1鋼基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出HT和WEL-TEN系列鋼。提高耐熱性是合金結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。當(dāng)前開(kāi)發(fā)的Cr-Mo耐熱鋼中增加Cr含量和添加V和W，使耐熱性比9Cr-1Mo鋼進(jìn)

4、一步提高。焊接性是影響合金結(jié)構(gòu)鋼推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，日益受到高度重視。合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展中改善焊接性是一條主線(xiàn)，而含碳量的降低是一個(gè)重要標(biāo)志。目前鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有的已下降到0.03%左右，明顯改善了鋼的焊接性。鋼的強(qiáng)化主要有固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等。在這些強(qiáng)化方式中，除了細(xì)晶強(qiáng)化是同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性的強(qiáng)化手段外，其他的強(qiáng)化方式都是在強(qiáng)度提高到一定程度后，沖擊韌度會(huì)下降。Hall-Petch關(guān)系式是細(xì)晶強(qiáng)化的理論依據(jù)σs=σ0+Kd-1/2（1-1）式中：σ0為鐵素體晶格摩擦力；K為常數(shù)，d為晶粒直徑，此

5、時(shí)晶粒直徑是廣義的，對(duì)鐵素體是晶粒直徑，對(duì)貝氏體和板條馬氏體則是板條尺寸。上式表明，隨著晶粒細(xì)化，屈服強(qiáng)度σs提高。隨著晶粒變細(xì)鋼材的屈服強(qiáng)度隨其-1/2次方增加。同時(shí)，沖擊韌度也明顯增加。過(guò)去生產(chǎn)的低合金結(jié)構(gòu)鋼，著重于鋼材本身的性能，偏重于脫氧提純、加工成形和相變熱處理。最近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外特別注重從冶金角度入手從根本上解決鋼的焊接性問(wèn)題。通過(guò)冶金措施采用低碳微合金化及控軋控冷等工藝措施生產(chǎn)強(qiáng)韌性好、焊接性?xún)?yōu)良的管線(xiàn)鋼、橋梁鋼、壓力容器鋼等。當(dāng)前鋼鐵材料的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，單純采用傳統(tǒng)的調(diào)整化學(xué)成分和改善

6、熱處理工藝來(lái)提高材料的性能和發(fā)展新型材料的潛力不大，必須依靠先進(jìn)的工藝和制造技術(shù)，以達(dá)到大幅度提高材料性能的目的。這些先進(jìn)的工藝和制造技術(shù)主要有：1)采用控扎控冷和控制雜質(zhì)含量以及多元微合金化生產(chǎn)新型高強(qiáng)度鋼；2)采用定向結(jié)晶、微晶化控制凝固過(guò)程生產(chǎn)用于制造渦輪葉片的高溫合金；3)采用機(jī)械合金化生產(chǎn)具有優(yōu)異性能的新型合金，如高熔點(diǎn)氧化物彌散強(qiáng)化的超級(jí)合金，壽命比同類(lèi)高溫合金延長(zhǎng)10倍以上。2、合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用合金結(jié)構(gòu)鋼在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域取得了十分明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度高、韌性好，為節(jié)約鋼材

7、和減輕焊接結(jié)構(gòu)自重創(chuàng)造了條件。以下是合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用領(lǐng)域的幾個(gè)例子。(1)低合金鋼低合金鋼在建筑、橋梁、工程機(jī)械等產(chǎn)業(yè)部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)?shù)秃辖痄撚糜跇蛄?、海上建筑和起重機(jī)械等重要焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的最低工作溫度提出沖擊韌度的要求。對(duì)于車(chē)輛、船舶、工程機(jī)械等運(yùn)行結(jié)構(gòu)，減輕自重可以節(jié)約能源、提高運(yùn)載能力和工作效率。因此采用焊接性好的低碳調(diào)質(zhì)鋼可促進(jìn)工程結(jié)構(gòu)向大型化、輕量化和高效能方向發(fā)展。(2)鍋爐和壓力容器用鋼與普通結(jié)構(gòu)鋼相比鍋爐和壓力容器用的低合金鋼應(yīng)具有較高的高溫強(qiáng)度，常溫和高溫沖擊性能、抗時(shí)效性，抗氫和硫

8、化氫性能以及抗氧化性等。各國(guó)鍋爐和壓力容器規(guī)程中對(duì)鋼材的極限使用溫度有嚴(yán)格的規(guī)定。例如，工作溫度在450℃以上應(yīng)采用Mo鋼或Cr-Mo鋼。工作溫度超過(guò)550℃，則應(yīng)采用2.25Cr-Mo鋼或Cr-Mo-V鋼。(3)船舶用低合金鋼對(duì)于船舶用鋼，其焊接性和抗脆斷性能的高度重視。船舶用鋼的共同特點(diǎn)是對(duì)C、Mn和其他合金元素的含量作了嚴(yán)格的控制。例如，對(duì)屈服強(qiáng)度低于