金属结晶学的一份讲义.docx

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金属结晶学的一份讲义

第一部分

第二部分

1．不锈钢按室温组织可分为哪几类，各自有什么特点？

答：

⑴奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相钢（2分）

⑵a.奥氏体钢为高Cr-Ni钢：

18-8，为固溶处理态通常用于常温耐蚀性能。

b.铁素体钢为高Cr钢：

1Cr17等，退货状态通常用于耐热性能。

c.马氏体钢为Cr17系列不锈钢，热处理对其力学性能影响较大。

d.沉淀硬化钢为经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢，为高强度不锈钢。

e.双相钢为铁素体相和奥氏体相共存的双相不锈钢，固溶处理态具有优异的耐蚀性。

2．试述16Mn钢的工艺可焊性。

答：

16Mn为热轧钢，主要合金成分为C、Mn；杂质S、P等。

因含C量较低，且Mn/S比较大，因此热裂倾向极小，因此焊接时主要的问

题是冷裂和过热区的脆化。

焊接材料的选择，要保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材

相匹配：

a.选择相应强度级别的焊材

b.必须同时考虑熔合比和冷却速度的影响

焊接工艺参数的选择：

a.焊接线能量，主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素

b.一般不需预热和焊后热处理

3．什么是金属的工艺可焊性，分析金属焊接性好坏的方法有哪些？

答：

金属的工艺可焊性是指通过焊接得到完整的满足一定使用性能要求的焊

接接头的能力。

碳当量法：

计算出碳当量的值，与0.4相比较，来分析它的冷裂倾向。

碳当量公式

焊接冷裂纹敏感指数：

计算出碳当量以外的接头拘束度和焊缝含氢量来

分析它的冷裂倾向。

斜Y型坡口对接裂纹试验、插销试验、可调拘束裂纹试验、压板对接焊接

裂纹试验。

4．18-8钢为何比25-20钢的热裂倾向小？

答：

⑴18-8钢的Creq/Nieq处于1.5～2.0之间，凝固模式为FA模式，根据舍夫勒图可知其热裂倾向小。

（4分）

⑵化学成分影响其热裂倾向：

a.S、P元素的影响，热裂倾向大（1分）；

b.Ni元素的影响，热裂倾向大（1分）；

c.Si元素的影响，在含Ni高的焊缝中热裂倾向大（1分）；

5．低碳调质钢和中碳调质钢过热区的脆化机理是什么，分别需不需要焊后热处理，为什么？

答：

⑴低碳调质钢过热区的脆化机理：

生成了脆性大的上贝氏体和M-A组元（3分）。

⑵中碳调质钢过热区的脆化机理：

含碳量高，合金元素较多，易生成硬脆的高碳马氏体。

⑶低碳调质钢一般不需要焊后热处理，一是损害焊缝和热影响区的韧性；二是这类钢可能具有再热裂纹的倾向。

⑷中碳调质钢一般需要焊后热处理，如在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀的焊接接头，如在调制状态下焊接则需通过焊后低温回火来改善焊接接头的塑韧性。

6.18MnMoNb与15MnVN相比，它们的淬硬倾向如何？

⑴它们同属于正火钢，强化机理均为固溶处理，但由于合金元素含量及种类的不同，两者是有区别的：

⑵从化学成分上相比，18MnMoNb合金元素含量高，形成的奥氏体稳定，容易形成淬硬倾向大马氏体组织；

⑶从强度级别上说，18MnMoNb强度稍高，其淬硬倾向大；

⑷从碳当量上说，18MnMoNb碳当量大，因此其淬硬倾向大。

所以，18MnMoNb比15MnVN淬硬倾向大。

7．奥氏体不锈钢焊接接头易出现哪些问题，产生热裂的主要原因有哪些？

答：

⑴奥氏体不锈钢焊接接头易出现耐蚀性问题、焊接接头热裂纹及焊接接头脆化。

⑵奥氏体钢焊接时有较大的热裂倾向，主要原因有：

a.奥氏体钢导热系数小和线胀系数大，焊接过程中易出现拉应力；

b.奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，利于有害杂

质偏析，形成晶间液膜；

c.奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂，易形成易熔共晶。

同时热裂倾向也与其凝固模式和化学成分有关。

8．简述产生结晶裂纹的原因。

答：

⑴产生结晶裂纹的原因，就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。

⑵熔池的结晶可分为三个阶段：

液固阶段

固液阶段

完全凝固阶段

只有在固液阶段，才会产生结晶裂纹：

这时液态金属的流动发生了困难，由于液态金属少，（主要是那些低熔点共晶），在拉伸应力的作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只要稍有拉伸应力的存在就有产生裂纹的可能，称为“脆性温度区”。

9．16Mn和18MnMoNb在焊接热循环的作用下焊接热影响区分别可分为哪几个区域？

答：

⑴16Mn钢为不易淬火钢，在焊解热影响区根据组织上的特征可分为四个区：

熔合区、过热区、相变重结晶区（正火区）和不完全重结晶区。

⑵18MnMoNb钢为低碳调质高强钢，焊接淬硬倾向较大，焊后热影响区的组织分布可分为：

完全淬火区和不完全淬火区。

10．如对15MnVN钢进行多层焊接，请描绘其各层之间的温度曲线及热处

理作用。

答：

⑴15MnVN为正火钢淬硬倾向不大，相邻各层之间有依次热处理的作用（如图）：

⑵后一层对前一层有回火热处理的作用可减小淬硬倾向及残余应力，相当于后热处理；且由于层间温度控制在前一层冷至在较低的温度（100～200℃以下），因此，对晶粒长大影响不大。

11．简述常用微量元素对焊缝性能的影响

答：

⑴锰和硅：

脱氧剂；提高焊缝的抗拉强度，对韧性影响较复杂。

⑵钒和铌：

适量的可以提高焊缝的冲击韧性；细化晶粒；可固定焊缝中的可溶性氮，形成氮化物，使焊缝的强度大大提高，而使韧性下降；（正火处理后可得到强度和韧性满意的焊缝）

⑶钛：

可大幅度提高韧性。

钛与氧的亲和力很大，TiO弥散分布可细化晶粒；

钛在焊缝中保护硼不被氧化，改善韧性。

12．简述酸性焊条和碱性焊条的工艺性能和冶金性能。

答：

工艺性能比较：

酸性焊条引弧稳弧性好、飞溅小，烟尘少，焊缝成形好，适合全位置焊接，可交直流两用；而碱性焊条因药皮中含有CaF2，工艺性能较酸性焊条差，只能直流焊，有毒气体多。

冶金性能比较：

酸性焊条主要的冶金反应为氧化和脱氧反应；而碱性焊条主要为还原反应，应写出反应式。

力学性能比较：

碱性焊条熔覆金属的力学性能比酸性焊条好的多，应扩展。