1、金属学与热处理基本知识一. 金属的晶体结构 物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有: 实际使用的金属是由许多晶粒组成的，叫做多晶体。每一晶粒相当于一个单晶体，晶粒内的原子排列是相同的，但不同晶粒的原子排列的位向是不同的，如图 1-12 所示。品粒之间的界面称为晶界。 晶格缺陷使材料的物理、化学性质发生改变， 例如空位隙原子、置代原子的存在引起周围晶格畸变(图 1-13) ，使金属屈服点和抗拉强度增
2、高， 而位错的存在则使金属容易塑性变形，强度降低。 (图 1-14) 高温的液态金属冷却转变为固态金属的过程是一个结晶过程，即原子由不规则状态(液态)过渡到规则状态(固态)的过程。 过冷是金属结晶的必要条件。 每一种金属都有一定的结晶温度，例如铁的结晶温度为 1538 ，铜的结晶温度为 1 083 ，这种结晶温度称为理论结晶温度或平均结晶温度，用有To表示。 但实际上，液态金属只有冷却到低于 To 的某一温度时才开始结晶。也就是说，实际结晶温度 Tn 总是低于理治结晶温度 To。 两者之差称为过冷度，用 T 表示， 即 T= To Tn。 结晶过程：(图 1-15)1、生成晶核（晶核通常依附于
3、液态金属中的固态微粒杂质而形成）。2、晶核长大（液体中的原子不断向晶核聚集，同时液体中又不断产生新的晶核，并不断长大。)3、结晶结束（所有的晶粒长大到相互接触）二二 纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变 图1-29 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化同一种元素在不同条件下具有不同的晶体结构。当温度等外界条件变化时，晶格类型会发生转变，称为同素异构转变同素异构转变 三、金属的结构及铁碳合金三、金属的结构及铁碳合金1 1、铁碳合金的基本组织、铁碳合金的基本组织 、钢和铁、钢和铁 、含碳量小于、含碳量小于2.062.06的铁碳合金叫钢。的铁碳合金叫钢。 、含碳量大于、含碳量大于2.062.06的铁碳合金叫
4、铁（铸的铁碳合金叫铁（铸铁或生铁）。铁或生铁）。 、钢材的性能不仅取决于钢材的化学成份，、钢材的性能不仅取决于钢材的化学成份，而且与钢材组织有关。而且与钢材组织有关。 、纯铁的晶体结构、纯铁的晶体结构 .1538.15380 0C C139413940 0C C-Fe(-Fe(体心立方晶体体心立方晶体) ) .1394.13940 0C C9129120 0C C-Fe(-Fe(面心立方晶体面心立方晶体 . .9129120 0C C以下以下-Fe(-Fe(体心立方晶体体心立方晶体) ) 、铁碳合金的基本组织、铁碳合金的基本组织 、铁素体（、铁素体（F F）铁素体是碳溶解于铁素体是碳溶解于-F
5、e-Fe中的固溶体。铁素体含碳量低（室温下溶解度为中的固溶体。铁素体含碳量低（室温下溶解度为0.006%0.006%），塑性、韧性好，强度、硬度低，在），塑性、韧性好，强度、硬度低，在 770 770 以下具有铁磁性，超过以下具有铁磁性，超过 770 770 则丧失铁则丧失铁磁性。磁性。 、渗碳体（、渗碳体（FeFe3 3C)C)铁和碳的化合物。其铁和碳的化合物。其性能是熔点高，硬而脆。钢中含碳量增加，渗碳性能是熔点高，硬而脆。钢中含碳量增加，渗碳体增加，硬度强度提高，塑性韧性下降。渗碳体体增加，硬度强度提高，塑性韧性下降。渗碳体在在 217 217 以下具有铁磁性。以下具有铁磁性。 、珠光体
6、（、珠光体（P P）铁素体和渗碳体体的机铁素体和渗碳体体的机械混合物。强度较高，硬度适中，有一定的塑性。械混合物。强度较高，硬度适中，有一定的塑性。 、奥氏体（、奥氏体（A A）奥氏体是碳在奥氏体是碳在-Fe-Fe中形中形成的间隙固溶体。碳钢加热到成的间隙固溶体。碳钢加热到723 723 以上组织发以上组织发生转变时才有奥氏体组织产生。强度硬度较铁素生转变时才有奥氏体组织产生。强度硬度较铁素体高，塑性良好。奥氏体不具有铁磁性。体高，塑性良好。奥氏体不具有铁磁性。2 2、铁碳合金状态图、铁碳合金状态图 、铁碳合金状态图、铁碳合金状态图表示在平衡状态下不表示在平衡状态下不同含碳量的铁碳合金在不同温
7、度下所处的状态、同含碳量的铁碳合金在不同温度下所处的状态、晶体结构和显微组织特征的图。晶体结构和显微组织特征的图。 、图中的主要特征线、图中的主要特征线 、ACDACD线线液相线。此线以上全部为液体。液相线。此线以上全部为液体。钢加热到此线全部转化为液体，冷却到此线开钢加热到此线全部转化为液体，冷却到此线开始结晶。始结晶。 、AECFAECF线线固相线。钢冷却到到此线以固相线。钢冷却到到此线以下全部结晶为固体，加热到此线开始出现液体。下全部结晶为固体，加热到此线开始出现液体。 、两点（、两点（E E、S S）、三线（）、三线（GSGS、ESES、PSKPSK） .PSK.PSK线（线（A1A1
8、线）线）表示钢在缓慢冷却时，表示钢在缓慢冷却时，奥氏体开始转变为珠光体或钢在缓慢加热时珠奥氏体开始转变为珠光体或钢在缓慢加热时珠光体转变为奥氏体的温度线（光体转变为奥氏体的温度线（7237230 0C C）。）。 .GS.GS线（线（A3A3线）线）表示钢在缓慢冷却时，表示钢在缓慢冷却时，奥氏体开始析出铁素体的温度线或钢在缓慢加奥氏体开始析出铁素体的温度线或钢在缓慢加热时铁素体转变为奥氏体的终止温度线。热时铁素体转变为奥氏体的终止温度线。 .ES.ES线（线（AcmAcm线）线）表示钢在缓慢冷却时表示钢在缓慢冷却时由奥氏体开始析出渗碳体的温度线，即含碳量由奥氏体开始析出渗碳体的温度线，即含碳量
9、大于大于0.8%0.8%的钢冷却时析出二次渗碳体的起始线。的钢冷却时析出二次渗碳体的起始线。 .S.S点（共析点）：对应于含碳量点（共析点）：对应于含碳量=0.8%=0.8%的的钢。在钢。在S S点以上为单一的奥氏体，低于点以上为单一的奥氏体，低于S S点为珠点为珠光体。光体。 .E.E点：钢和铸铁的分界点（含碳量点：钢和铸铁的分界点（含碳量2.06%)2.06%)。 、共析、共析 . .共析反应：钢冷却到共析反应：钢冷却到7237230 0C C时，从奥氏时，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，此反应称共析体中同时析出铁素体和渗碳体，此反应称共析反应，产物为珠光体。反应，产物为珠光体。 . .
10、共析钢：含碳量等于共析钢：含碳量等于0.8%0.8%的钢称为共的钢称为共析钢。共析钢在析钢。共析钢在7237230 0C C以上为单一的奥氏体；以上为单一的奥氏体； 7237230 0C C以下为单一的珠光体。以下为单一的珠光体。 . .亚共析钢：含碳量小于亚共析钢：含碳量小于0.8%0.8%的钢称为的钢称为亚共析钢。共析钢在亚共析钢。共析钢在7237230 0C C以上为铁素体以上为铁素体+ +奥氏奥氏体；体； 7237230 0C C以下为铁素体以下为铁素体+ +珠光体。珠光体。 . .过共析钢：含碳量大于过共析钢：含碳量大于0.8%0.8%的钢称为的钢称为过共析钢。共析钢在过共析钢。共析
11、钢在7237230 0C C以上为奥氏体以上为奥氏体+ +二次二次渗碳体；渗碳体； 7237230 0C C以下为珠光体以下为珠光体+ +二次渗碳体。二次渗碳体。 四、钢的热处理四、钢的热处理 1 1、基本概念、基本概念 （1 1）、定义：钢的热处理是指对钢在固态）、定义：钢的热处理是指对钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织结下加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织结构从而改变钢的性能的一种工艺方法。构从而改变钢的性能的一种工艺方法。 （2 2）、主要的热处理方法：）、主要的热处理方法： a.a.普通热处理：普通热处理： 淬火、正火、回火、退火、调质。淬火、正火、回火、退火、调质。 b
12、.b.表面热处理：表面热处理： 表面淬火、化学热处理。表面淬火、化学热处理。 （3 3）、热处理工艺）、热处理工艺 三大工艺参数：三大工艺参数： 加热、保温和冷却。加热、保温和冷却。 （4 4）、钢的加热和冷却状态图）、钢的加热和冷却状态图 2 2、钢在加热和冷却时的组织转变、钢在加热和冷却时的组织转变 、钢在加热时的转变过程（以共析钢为、钢在加热时的转变过程（以共析钢为例）：例）： . .奥氏体晶核产生（铁素体与渗碳体交奥氏体晶核产生（铁素体与渗碳体交界处）；界处）； . .奥氏体晶粒长大（碳的扩散）；奥氏体晶粒长大（碳的扩散）； . .殘殘余渗碳体溶解；余渗碳体溶解； . .奥氏体成份均匀
13、化。奥氏体成份均匀化。 、钢在冷却时的转变、钢在冷却时的转变 . .高温转变区：高温转变区： 723-550723-5500 0C C之间，依转变温度高，转变产物之间，依转变温度高，转变产物低依次为粗珠光体、索氏体（细珠光体，低依次为粗珠光体、索氏体（细珠光体，6506500 0C C）和屈氏体（极细珠光体，和屈氏体（极细珠光体，5405400 0C C）；）； . . 中温转变区：中温转变区： 5505500 0C-MsC-Ms（2402400 0C C）之间，转变产物为上贝）之间，转变产物为上贝氏体（氏体（500-350500-3500 0C C，塑性差）、下贝氏体（，塑性差）、下贝氏体（
14、350-350-3203200 0C C，硬度高、韧性较好）；，硬度高、韧性较好）； . .低温转变区：低温转变区： MsMs（2402400 0C C）-Mf-Mf之间，转变产物为马氏体之间，转变产物为马氏体（脆性大、韧性低、延伸率低）。（脆性大、韧性低、延伸率低）。3 3、钢的热处理工艺、钢的热处理工艺 、退火：将钢加热到、退火：将钢加热到AC1AC1或或AC3AC3以上某一以上某一温度，保温一定时间，然后随炉冷却，从而得温度，保温一定时间，然后随炉冷却，从而得到近似平衡组织的热处理方法。到近似平衡组织的热处理方法。 目的：降低钢的硬度，细化晶粒，提高强目的：降低钢的硬度，细化晶粒，提高强
15、度、塑性和韧性，消除内应力等。度、塑性和韧性，消除内应力等。 . .完全退火（重结晶退火）：加热到完全退火（重结晶退火）：加热到AC3AC3上上20-4020-400 0C C。细化晶粒、均匀组织、降低硬度。细化晶粒、均匀组织、降低硬度。 . .消除应力退火（低温退火）：加热到消除应力退火（低温退火）：加热到A1A1以下，一般为以下，一般为500-600500-6000 0C C，保温缓冷到，保温缓冷到3003000 0C C空冷。消除焊接件、热轧件、冷挤压件等内应空冷。消除焊接件、热轧件、冷挤压件等内应力。钢无组织变化，力。钢无组织变化，殘殘余应力通过塑性变形或余应力通过塑性变形或蠕变变形产
16、生松弛而消除的。蠕变变形产生松弛而消除的。 、正火：将钢加热到、正火：将钢加热到Ac3Ac3或或AccmAccm以上以上40-6040-600 0C C，保温后从炉中取出空冷的热处理方，保温后从炉中取出空冷的热处理方法。法。 目的：对低碳钢：细化晶粒，均匀组织，目的：对低碳钢：细化晶粒，均匀组织，改善性能。对中碳钢：提高强度、硬度。对高改善性能。对中碳钢：提高强度、硬度。对高碳钢：消除网状渗碳体。碳钢：消除网状渗碳体。 、淬火：将钢加热到临界点以上（、淬火：将钢加热到临界点以上（Ac3Ac3或或Ac1+30-50Ac1+30-500 0C C），经过保温使钢的组织全部），经过保温使钢的组织全部
17、转变为奥氏体，然后快速冷却（淬水或油）得转变为奥氏体，然后快速冷却（淬水或油）得到马氏体组织的热处理方法。到马氏体组织的热处理方法。 目的：提高强度和硬度，增加耐磨性或为目的：提高强度和硬度，增加耐磨性或为其后的回火作准备。其后的回火作准备。 、回火：将淬火后的钢材加热到、回火：将淬火后的钢材加热到A1A1（7237230 0C C）以）以下某一温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却下某一温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却的热处理方法。的热处理方法。 目的：降低钢的脆性，消除内应力，稳定工件尺寸目的：降低钢的脆性，消除内应力，稳定工件尺寸和获得所要求的机械性能。和获得所要求的机械性
18、能。 . .低温回火：低温回火：150-250150-2500 0C C，得到回火马氏体组织。，得到回火马氏体组织。降低淬火钢的内应力和脆性，保持高硬度和耐磨性。降低淬火钢的内应力和脆性，保持高硬度和耐磨性。 . .中温回火：中温回火：350-450350-4500 0C C，得到回火屈氏体组织。，得到回火屈氏体组织。具有高弹性极限和屈服极限，有较好的韧性。具有高弹性极限和屈服极限，有较好的韧性。 . .高温回火（调质）：高温回火（调质）：500-650500-6500 0C C，得到回火索氏，得到回火索氏体组织。使钢具有一定的强度、硬度又有较好的塑性和体组织。使钢具有一定的强度、硬度又有较好
19、的塑性和韧性。韧性。 . .回火脆性：有些结构钢在回火脆性：有些结构钢在250-400250-4000 0C C回火后冲击回火后冲击韧性反而降低，称第一回火脆性；有些合金钢在韧性反而降低，称第一回火脆性；有些合金钢在450-450-5755750 0C C回火后冲击韧性反而降低，称第二次回火脆性。回火后冲击韧性反而降低，称第二次回火脆性。 五、钢的分类及应用五、钢的分类及应用1 1、钢的分类和命名方法、钢的分类和命名方法 、钢的分类：、钢的分类： 按品质分类：按品质分类： 普通钢（普通钢（P0.045%P0.045%，0.055%)0.055%) 优质钢（优质钢（P P、S0.040%)S0.
20、040%) 高级优质钢高级优质钢(A)(P 0.045% (A)(P 0.045% 、S0.030%)S0.030%) 按用途分类：按用途分类： 低碳钢、低合金高强度钢低碳钢、低合金高强度钢 耐热钢耐热钢 低温钢低温钢 不锈钢不锈钢 、钢牌号表示方法、钢牌号表示方法 碳素结构钢碳素结构钢 Q（屈服强度）（屈服强度）+屈服强度值屈服强度值+质量等级质量等级（A、B、C、D）+脱氧方法（脱氧方法（F、b、Z、TZ） 如：如：Q235-AF Q235-B 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 碳含量碳含量+脱氧方法脱氧方法+用途代号用途代号 如：如：20、20R、20g “20” 碳含量碳含量0.20%;
21、“R” 压力容器用钢；压力容器用钢； “g” 锅炉用钢。锅炉用钢。 低合金钢低合金钢 碳含量碳含量+合金元素符号合金元素符号+用途代号用途代号 如：如：16Mn16Mn、15MnV15MnV、16MnR16MnR、15Mng15Mng、16MnDR16MnDR、16MnHP 16MnHP 、15CrMoR15CrMoR、16MnHC16MnHC、09Mn2NiR09Mn2NiR等。等。 “ “16” 16” 碳含量碳含量0.16%0.16%； “ “DR” DR” 低温容器用钢；低温容器用钢； “ “HC” HC” 高压多层压力容器用钢；高压多层压力容器用钢； “ “HP” HP” 焊接钢瓶用
22、钢。焊接钢瓶用钢。 高合金钢高合金钢 碳含量碳含量+ +合金元素符号合金元素符号+ +合金元素含量合金元素含量 如：如：1Cr131Cr13、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、0Cr19Ni110Cr19Ni11、00Cr17Ni12Mo200Cr17Ni12Mo2等。等。 含碳量含碳量 “ “0” 0” “低碳低碳”，C C1;1; “00” “00” “超低碳超低碳”，C C0.03%;0.03%; “1” 1” 平均碳含量平均碳含量11。 元素含量：元素含量： “ “13” 13” 元素平均含量元素平均含量(12.5-13.49%)(12.5-13.49%)； 不标不标元素平均含
23、量元素平均含量1.5% 1.5% 。2 2、锅炉压力容器常用钢材、锅炉压力容器常用钢材 、锅炉压力容器用钢的要求、锅炉压力容器用钢的要求 具有良好的加工艺性能和焊接性能；具有良好的加工艺性能和焊接性能； 满足使用条件下的力学性能要求。满足使用条件下的力学性能要求。 、碳素钢的合金元素及对性能的影响、碳素钢的合金元素及对性能的影响 碳（碳（C C）：碳是碳钢的基本元素，起强）：碳是碳钢的基本元素，起强化作用。化作用。 碳含量增加，强度和硬度提高，但塑性、碳含量增加，强度和硬度提高，但塑性、韧性降低，可焊性变坏。韧性降低，可焊性变坏。 锰（锰（MnMn）：锰是有益元素，有一定脱）：锰是有益元素，有
24、一定脱氧能力，能清除钢中的氧能力，能清除钢中的FeOFeO，能与硫化合生成，能与硫化合生成MnSMnS减轻硫的有害作用。含量适当，能提高钢减轻硫的有害作用。含量适当，能提高钢的强度的硬度，增加耐磨性，提高焊缝的抗热的强度的硬度，增加耐磨性，提高焊缝的抗热裂性。（裂性。（0.35-0.65%) 0.35-0.65%) 硅（硅（ Si)Si)：硅是脱氧剂，消除：硅是脱氧剂，消除FeOFeO对钢对钢的不良影响，提高钢的强度，使焊缝致密均匀，的不良影响，提高钢的强度，使焊缝致密均匀，但含量过大易使焊缝形成夹渣，降低抗弯角度但含量过大易使焊缝形成夹渣，降低抗弯角度和冲击韧性。（和冲击韧性。（0.15-0
25、.30%)0.15-0.30%) 硫（硫（S S）：有害元素。能在晶界处形成）：有害元素。能在晶界处形成低熔共晶，使钢材产生热脆性，热加工时产生低熔共晶，使钢材产生热脆性，热加工时产生热裂纹。（热裂纹。（0.045%0.045%）。）。 磷（磷（P P）：有害元素。能与碳化合析出）：有害元素。能与碳化合析出脆性化合物脆性化合物Fe3P ,Fe3P ,使钢材产生冷脆性，使钢材使钢材产生冷脆性，使钢材塑性韧性降低，可焊性变坏。（塑性韧性降低，可焊性变坏。（ 0.045%0.045%）。）。 、低合金高强度钢合金元素及对性能、低合金高强度钢合金元素及对性能的影响的影响 锰（锰（MnMn) )：提高钢
26、的强度。过高便钢的：提高钢的强度。过高便钢的塑性、韧性下降，焊接性变坏，耐蚀性降低。塑性、韧性下降，焊接性变坏，耐蚀性降低。（1.10-1.65%)1.10-1.65%) 硅（硅（Si)Si)：提高钢的抗腐蚀和抗氧化能：提高钢的抗腐蚀和抗氧化能力，冷加工硬化程度作用极强。会使焊接性变力，冷加工硬化程度作用极强。会使焊接性变差。作为合金元素一般差。作为合金元素一般0.4%.0.4%. 铬（铬（Cr)Cr)：提高钢的淬透性和强度，具：提高钢的淬透性和强度，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀能力。但超过有良好的抗氧化性和耐腐蚀能力。但超过10%10%会使塑性和可焊性明显降低。会使塑性和可焊性明显降低。 钼（
27、钼（Mo)Mo)：提高钢的淬透性和热强性，：提高钢的淬透性和热强性，消除或降低钢的热脆性和回火脆性，改善钢在消除或降低钢的热脆性和回火脆性，改善钢在高温高压下的抗氢腐蚀能力。高温高压下的抗氢腐蚀能力。 钒（钒（V)V)：有较好的细化晶粒的作用，：有较好的细化晶粒的作用，使钢的强度和韧性同时得到改善，提高钢的耐使钢的强度和韧性同时得到改善，提高钢的耐磨性及回火稳定性，改善钢的焊接性。磨性及回火稳定性，改善钢的焊接性。 、不锈钢、不锈钢 不锈钢分类不锈钢分类 按抗腐蚀性能分类：按抗腐蚀性能分类： 不锈钢不锈钢在空气中能抗腐蚀的钢。在空气中能抗腐蚀的钢。 耐酸钢耐酸钢在化学浸蚀中能抵抗腐蚀的钢。在化
28、学浸蚀中能抵抗腐蚀的钢。 按化学成份分类：按化学成份分类： 铬不锈钢铬不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢 铁素体不锈钢铁素体不锈钢 铬镍奥氏体不锈钢铬镍奥氏体不锈钢 铬锰氮不锈钢铬锰氮不锈钢 不锈钢的晶间腐蚀不锈钢的晶间腐蚀 沿金属晶界发生的腐蚀称之为晶间腐蚀。沿金属晶界发生的腐蚀称之为晶间腐蚀。 其特点是：金属外形尺寸几乎不变，大多其特点是：金属外形尺寸几乎不变，大多仍保留原有金属光泽，但金属强度和延伸性下仍保留原有金属光泽，但金属强度和延伸性下降，冷变后表面出现鱼鳞状裂纹，敲击时失去降，冷变后表面出现鱼鳞状裂纹，敲击时失去金属声。断面金相检查可发现晶界或相邻区域金属声。断面金相检查可发现晶界或
29、相邻区域发生局部腐蚀，腐蚀的晶界发展堆进较为均匀。发生局部腐蚀，腐蚀的晶界发展堆进较为均匀。 晶间腐蚀倾向试验方法：晶间腐蚀倾向试验方法：GB1223GB1223规定五规定五种方法：草酸法（种方法：草酸法（C C法）、硫酸、硫酸铜和铜法）、硫酸、硫酸铜和铜屑法（屑法（T T）法、硫酸铜法（）法、硫酸铜法（L L法）、氟化钠法法）、氟化钠法（F F）法、硫酸法（）法、硫酸法（X X）法。）法。 奥氏体不锈钢常要求用（奥氏体不锈钢常要求用（T T）法检验。）法检验。 常用不锈钢常用不锈钢 a.a.铁素体不锈钢：铁素体不锈钢： Cr17Cr17、Cr17TiCr17Ti、 Cr28Cr28。 特点：
30、在氧化性酸类、有机酸和有机盐水特点：在氧化性酸类、有机酸和有机盐水溶液中有良好的耐腐蚀性。溶液中有良好的耐腐蚀性。 在退火状态使用。焊接时有产生脆化和冷在退火状态使用。焊接时有产生脆化和冷裂倾向。裂倾向。 b.b.马氏体不锈钢：马氏体不锈钢： 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13 特点：在温度不超过特点：在温度不超过30300 0C C的弱腐蚀介质中的弱腐蚀介质中有良好的耐腐蚀性，对淡水、海水、蒸汽和空有良好的耐腐蚀性，对淡水、海水、蒸汽和空气也有足够的耐腐蚀性。气也有足够的耐腐蚀性。 在淬火在淬火+ +回火状态下使用。具有强烈的淬回火状态下使用。具有强烈的淬硬倾向和冷裂倾向。硬倾向和冷
31、裂倾向。 c.c.奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢： 0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti等。等。 在固溶处理后使用。特点是塑性、韧性和工在固溶处理后使用。特点是塑性、韧性和工艺性能好，并具有优良的耐腐蚀性能。艺性能好，并具有优良的耐腐蚀性能。 几种锅炉容器常用钢材几种锅炉容器常用钢材 a.a.碳素钢：碳素钢： 2020、20R20R、20g20g b. b.低合金钢：低合金钢：16Mn16Mn、16MnR16MnR、15Mng15Mng c. c.低温钢：低温钢：16MnDR16MnDR、09Mn2VR09Mn2VR d. d.耐热钢：耐热钢：15MnVR15
32、MnVR、18MnMoNbR18MnMoNbR、18MnMoNbg18MnMoNbg、 12Cr1MoV12Cr1MoV、 12CrMo12CrMo、15CrMoR15CrMoR第四部分第四部分 焊接基本知识焊接基本知识 一、焊接方法简介一、焊接方法简介1 1、焊接：焊接是利用加热、加压或两者兼施，、焊接：焊接是利用加热、加压或两者兼施，使两个分离的物体达到原子间的结合而成为一使两个分离的物体达到原子间的结合而成为一个整体的过程。个整体的过程。2 2、焊接方法分类：、焊接方法分类： 、熔化焊、熔化焊利用热源将两个构件局部加利用热源将两个构件局部加热到熔化状态，再冷凝成一个整体的工艺过程热到熔化
33、状态，再冷凝成一个整体的工艺过程叫熔化焊。叫熔化焊。 、压力焊、压力焊利用热源使构件局部受热到利用热源使构件局部受热到塑性状态或表面局部熔化状态，同时施加压力，塑性状态或表面局部熔化状态，同时施加压力，冷凝后达到永结合的方法。摩擦焊、点焊、滚冷凝后达到永结合的方法。摩擦焊、点焊、滚焊、超声焊、爆炸焊等。焊、超声焊、爆炸焊等。 、钎焊、钎焊利用热源将构件和钎料一起加利用热源将构件和钎料一起加热，使钎料熔化而达到永久结合的方法。热，使钎料熔化而达到永久结合的方法。3 3、承压设备常用焊接方法及其特点、承压设备常用焊接方法及其特点 、手工电弧焊：采用电焊条的电弧焊。、手工电弧焊：采用电焊条的电弧焊。
34、利用电焊条与工件之间产生的电弧热量将焊条利用电焊条与工件之间产生的电弧热量将焊条和母材熔化来实现焊接的工艺方法。和母材熔化来实现焊接的工艺方法。 手工电弧焊的特点：手工电弧焊的特点： 设备简单、工艺灵活、设备简单、工艺灵活、适应性强，易通过工艺调整适应性强，易通过工艺调整来减小变形和改善应力分布。来减小变形和改善应力分布。 缺点是劳动强度大，生缺点是劳动强度大，生产效率低，焊接质量受焊工水平影响。产效率低，焊接质量受焊工水平影响。 承压设备制造中主要用于内件、接管、补强承压设备制造中主要用于内件、接管、补强圈、支座等焊接和设备的现场组装焊接以及压力圈、支座等焊接和设备的现场组装焊接以及压力管道
35、的安装焊接。管道的安装焊接。 、埋弧自动焊：即焊剂层下进行的电、埋弧自动焊：即焊剂层下进行的电弧焊。利用焊丝和工件之间在焊剂层下产生的弧焊。利用焊丝和工件之间在焊剂层下产生的电弧使焊丝、焊剂和母材局部熔化进行焊接的电弧使焊丝、焊剂和母材局部熔化进行焊接的工艺方法。工艺方法。 埋弧自动焊的特点：埋弧自动焊的特点： 焊接速度快，生产焊接速度快，生产 效率高；焊接过程稳定，效率高；焊接过程稳定， 焊缝质量好；节省焊材焊缝质量好；节省焊材 和电能；焊接变形小；和电能；焊接变形小； 减轻了劳动强度，改善减轻了劳动强度，改善 了劳动条件。了劳动条件。 主要用于锅炉压力容器主体焊缝的焊接。主要用于锅炉压力容
36、器主体焊缝的焊接。 、气体保护焊：气体保护焊是采用气体将、气体保护焊：气体保护焊是采用气体将电弧和熔池与空气隔开的电弧焊。依所用气体电弧和熔池与空气隔开的电弧焊。依所用气体分为氩弧焊和二氧化碳气保焊。分为氩弧焊和二氧化碳气保焊。 氩弧焊：用氩气作保护气体的电弧焊，氩弧焊：用氩气作保护气体的电弧焊，分熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。主要用于分熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。主要用于管子环焊缝封底焊、换热器管子和管板焊接以管子环焊缝封底焊、换热器管子和管板焊接以及薄件、不锈钢和有色金属焊接。及薄件、不锈钢和有色金属焊接。 二氧化碳气体保护焊：采用二氧化碳二氧化碳气体保护焊：采用二氧化碳气体保护电弧和熔
37、池的电弧焊。多用于低碳钢气体保护电弧和熔池的电弧焊。多用于低碳钢和低合金钢薄伯焊接。和低合金钢薄伯焊接。 气体保护焊的特点：气体保护焊的特点： 明弧焊，电弧和熔池可见，便于调整焊明弧焊，电弧和熔池可见，便于调整焊接参数；接参数； 电弧热量集中，熔池小、结晶快，利于电弧热量集中，熔池小、结晶快，利于空间位置和薄件焊接；空间位置和薄件焊接； 无熔渣，节省辅助劳动力，提高工效；无熔渣，节省辅助劳动力，提高工效； 焊接质量好。焊接质量好。 、电渣焊：利用电流通过熔渣产生的电、电渣焊：利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化母材和填充金属进行焊接的方法。分阻热熔化母材和填充金属进行焊接的方法。分为丝极电渣焊、板
38、极电渣焊和熔咀电渣焊三种。为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔咀电渣焊三种。 电渣焊生产效率高，焊接厚度大，用于厚电渣焊生产效率高，焊接厚度大，用于厚大工件的焊接。焊缝晶粒粗大，需进行焊后正大工件的焊接。焊缝晶粒粗大，需进行焊后正火处理。火处理。 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能1 1、焊接冶金过程及特点、焊接冶金过程及特点 、焊接电弧的产生：、焊接电弧的产生： 焊条（或焊丝）与工件加电压并瞬间接触焊条（或焊丝）与工件加电压并瞬间接触造成短路，接触点产生的高密度短路电流使接造成短路，接触点产生的高密度短路电流使接触点熔化产生金属蒸气。当焊条（或焊丝）离触点熔化产生金属蒸气。当焊条（或焊
39、丝）离开工件而保持较小距离时，在电压作用下，两开工件而保持较小距离时，在电压作用下，两极间气体电离，正负离子分别奔向两极，即产极间气体电离，正负离子分别奔向两极，即产生了电弧。生了电弧。 、焊接冶金过程及其特点、焊接冶金过程及其特点 电弧稳定燃烧后形成了熔池，熔池上部充电弧稳定燃烧后形成了熔池，熔池上部充满大量保护气体，熔池中存在着熔渣。熔渣与满大量保护气体，熔池中存在着熔渣。熔渣与气体和液体金属之间不断进行了着剧烈而又复气体和液体金属之间不断进行了着剧烈而又复杂的冶金反应，这就是所谓焊接冶金过程。炼杂的冶金反应，这就是所谓焊接冶金过程。炼钢称钢称“大冶金大冶金”，焊接称为，焊接称为“小冶金小
40、冶金”。 其特点是：其特点是：熔池温度高，温度梯度大，熔池温度高，温度梯度大，易产生应力和变形；易产生应力和变形；熔池体积小，加热和冷熔池体积小，加热和冷却速度快，易形成偏析；却速度快，易形成偏析；熔池金属不断更新，熔池金属不断更新，铁水以滴状进入熔池，对气体熔渣接触面积大，铁水以滴状进入熔池，对气体熔渣接触面积大，反应速度快，同时增加了气体侵入的机会；反应速度快，同时增加了气体侵入的机会；熔池温度经常用变化，焊接热循环很难达到一熔池温度经常用变化，焊接热循环很难达到一致，冶金反应很难达到平衡。致，冶金反应很难达到平衡。2 2、焊接接头的组织和性能、焊接接头的组织和性能 、焊缝的结晶过程、焊缝
41、的结晶过程 焊缝金属的一次结晶（从液态至固态）焊缝金属的一次结晶（从液态至固态） 熔化焊接时，电弧一离去，熔池的液体金属温度便熔化焊接时，电弧一离去，熔池的液体金属温度便降低，降到凝固温度时，液体金属便开始结晶。降低，降到凝固温度时，液体金属便开始结晶。 结晶从熔合线开始，熔合线上的半熔化晶粒成为晶结晶从熔合线开始，熔合线上的半熔化晶粒成为晶核，沿散热相反方向长大，指向熔池中心，形成柱状晶核，沿散热相反方向长大，指向熔池中心，形成柱状晶粒。当柱状晶粒生长至相互接触时，焊缝断面的结晶过粒。当柱状晶粒生长至相互接触时，焊缝断面的结晶过程即告结束。程即告结束。 焊接速度快，结晶速度就快，焊接速度慢，
42、结晶速焊接速度快，结晶速度就快，焊接速度慢，结晶速度慢，晶粒粗大，焊缝金属塑性韧性差。度慢，晶粒粗大，焊缝金属塑性韧性差。 焊缝金属的二次结晶（相变）焊缝金属的二次结晶（相变） 凝固的焊缝金属从高温降低到室温的过程凝固的焊缝金属从高温降低到室温的过程中发生相变，得到实际的焊缝组织。中发生相变，得到实际的焊缝组织。 如低碳钢，一次结晶形成奥氏体组织，当如低碳钢，一次结晶形成奥氏体组织，当冷却到低于相变温度时，奥氏体分解为铁素体冷却到低于相变温度时，奥氏体分解为铁素体和珠光体，二次结晶后形成的实际组织大部分和珠光体，二次结晶后形成的实际组织大部分为铁素体加少量的珠光体。为铁素体加少量的珠光体。 冷
43、却速度快，珠光体含量大，碳含量在冷却速度快，珠光体含量大，碳含量在珠光体中减少，在铁素体中增大，强化了铁素珠光体中减少，在铁素体中增大，强化了铁素体，导致焊缝强度硬度提高而塑性韧性下降。体，导致焊缝强度硬度提高而塑性韧性下降。 、焊接接头的显微组织、焊接接头的显微组织 焊接热影响区和焊接接头：焊接热影响区和焊接接头： 焊接时，熔池周围的母材金属被加热到较焊接时，熔池周围的母材金属被加热到较高的温度，随后又冷却，经受了一次不均匀的高的温度，随后又冷却，经受了一次不均匀的热处理过程，其组织和性能都发生了一定的变热处理过程，其组织和性能都发生了一定的变化。这部分金属通常称为热影响区。化。这部分金属通
44、常称为热影响区。 焊缝和热影响区总称为焊接接头焊缝和热影响区总称为焊接接头。 熔合区构成及特征熔合区构成及特征 熔合区由半熔化区和焊缝的富母材部分熔合区由半熔化区和焊缝的富母材部分组成。其特点是具有明显的化学不均匀性，从组成。其特点是具有明显的化学不均匀性，从而引起组织的不均匀性，是焊接接头的薄弱环而引起组织的不均匀性，是焊接接头的薄弱环节，易发生脆性断裂和焊接裂纹。节，易发生脆性断裂和焊接裂纹。 熔合区中，半熔化区和焊缝区的交界犯熔合区中，半熔化区和焊缝区的交界犯法为熔合线。法为熔合线。 热影响区的组织和性能（低碳钢或不易热影响区的组织和性能（低碳钢或不易淬火钢）淬火钢） a.a.半熔化区：
45、半熔化区： 温度介于固液相线之间，冷却后为过过热温度介于固液相线之间，冷却后为过过热组织，晶粒粗大。组织，晶粒粗大。 b.b.过热区：温度介于固相线到过热区：温度介于固相线到110011000 0C C之间，晶之间，晶粒粗大，冲击韧性明显下降。粒粗大，冲击韧性明显下降。 c.c.正火区：温度介于正火区：温度介于AC3AC3到到110011000 0C C之间，奥氏体之间，奥氏体晶粒小，冷却后为细小的铁素体晶粒小，冷却后为细小的铁素体+ +珠光体组织，机珠光体组织，机械性能良好。械性能良好。 d.d.部分相变区：温度介于部分相变区：温度介于AC1AC1到到AC3AC3之间，之间， 为铁素体、高碳
46、马氏体和为铁素体、高碳马氏体和殘殘余奥氏体混合组织，组余奥氏体混合组织，组织不均匀，韧性降低。织不均匀，韧性降低。 e.e.再结晶区：再结晶区：4504500 0C C到到AC1AC1之间，对热轧、正火之间，对热轧、正火或退火钢不存在该区域；热处理强化钢和焊前冷作或退火钢不存在该区域；热处理强化钢和焊前冷作硬化钢产生再结晶软化。硬化钢产生再结晶软化。 f.f.兰脆区：兰脆区： 2002000 0C C到到4504500 0C C之间从铁素体中分解之间从铁素体中分解出细小三次渗碳体，强度提高，塑性韧必下降。出细小三次渗碳体，强度提高，塑性韧必下降。 焊接接头性能的改善焊接接头性能的改善 a.a.
47、选择合适的焊接材料选择合适的焊接材料 b.b.采用合理的焊接规范，控制焊接热输入采用合理的焊接规范，控制焊接热输入量、予热温度和层间温度；量、予热温度和层间温度； c.c.焊后热处理。焊后热处理。三、焊接材料三、焊接材料1 1、电焊条：、电焊条： 、焊条的分类：、焊条的分类： 结构钢焊条（结构钢焊条（J J）；）；铬和铬钼耐热钢焊铬和铬钼耐热钢焊条（条（R R）；）；低温钢焊条（低温钢焊条（W W）；）； 不锈钢焊条不锈钢焊条（铬钢（铬钢G G、奥氏体钢、奥氏体钢A A）；）；堆焊焊条（堆焊焊条（D D）；）；铸铁焊条（铸铁焊条（Z Z）；）；镍及镍合金焊条（镍及镍合金焊条（Ni)Ni)；铜及
48、铜合金焊条（铜及铜合金焊条（T T）；）； 铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条（AlAl）；）； 特殊用途焊条（特殊用途焊条（TSTS）。）。 、焊条的组成：、焊条的组成： 焊芯焊芯作用：与工件间产生电弧并作填作用：与工件间产生电弧并作填充金属。充金属。 用用GB1300GB1300焊接用钢丝焊接用钢丝制成，碳、硫、制成，碳、硫、磷含量低。磷含量低。 药皮药皮 a.a.作用：提高焊接电弧的稳定性；保护熔作用：提高焊接电弧的稳定性；保护熔池不使空气侵入，对焊缝金属进行脱氧还原作池不使空气侵入，对焊缝金属进行脱氧还原作用；对焊缝金属渗合金。用；对焊缝金属渗合金。 b. b.药皮的成份：稳弧剂（碳酸钙、大
49、硬石、药皮的成份：稳弧剂（碳酸钙、大硬石、长石）、造渣剂（大理石、莹石、钛白粉）、长石）、造渣剂（大理石、莹石、钛白粉）、造气剂（纤维素、白云石）、脱氧剂（锰铁、造气剂（纤维素、白云石）、脱氧剂（锰铁、硅铁、钛铁）、合金剂（钼、钨、铬及脱氧剂硅铁、钛铁）、合金剂（钼、钨、铬及脱氧剂的铁合金）、粘合剂（水玻璃）。的铁合金）、粘合剂（水玻璃）。 c.c.药皮的类型：氧化钙型、氧化钛钙型、药皮的类型：氧化钙型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型、盐碱基型。墨型、盐碱基型。 、酸性焊条和碱性焊条、酸性焊条和碱性焊条 酸性焊条：药皮成份以酸性
50、氧化物为主酸性焊条：药皮成份以酸性氧化物为主的焊条。特点是对铁锈、油污的敏感性较小，的焊条。特点是对铁锈、油污的敏感性较小，抗气孔性好，稳弧性好、可交直流两用。抗气孔性好，稳弧性好、可交直流两用。 碱性焊条：药皮成份以碱性氧化物为主碱性焊条：药皮成份以碱性氧化物为主的焊条。特点是脱氧充分，脱硫作用好，焊缝的焊条。特点是脱氧充分，脱硫作用好，焊缝冲击韧性好，但抗氧孔能力差。冲击韧性好，但抗氧孔能力差。、焊条选用原则：、焊条选用原则： 低碳钢和低合金钢：等强度选用原则。低碳钢和低合金钢：等强度选用原则。焊缝与母材强度等级相当，不必过高，以免影焊缝与母材强度等级相当，不必过高，以免影响焊缝的塑性和韧
