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灰鑄鐵焊接性分析

灰鑄鐵在化學(xué)成分上的特點(diǎn)是碳高及S、P雜質(zhì)高,這就增大了焊接接頭對冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學(xué)性能上的特點(diǎn)是強(qiáng)度低,基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。這些因素導(dǎo)致焊接性不良。主要問題兩方面:一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。 另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。
一、焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織
以含碳為3%,含硅2.5%的常用灰鑄鐵,分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規(guī)律。
1、焊縫區(qū)
  當(dāng)焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時(shí),則在一般電弧焊情況下,由于焊縫冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件在砂型中的冷卻速度,焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體,即焊縫基本為白口鑄鐵組織。
  防止措施:焊縫為鑄鐵 ①采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度。如:增大線能量。②調(diào)整焊縫化學(xué)成分來增強(qiáng)焊縫的石墨化能力。
  異質(zhì)焊縫:若采用低碳鋼焊條進(jìn)行焊接,常用鑄鐵含碳為3%左右,就是采用較小焊接電流,母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1/3~1/4,其焊縫平均含碳量將為0.7%~1.0%,屬于高碳鋼(C>0.6%)。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。
  采用異質(zhì)金屬材料焊接時(shí),必須要設(shè)法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。改變C的存在狀態(tài),使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性,例如使焊縫分別成為奧氏體,鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。
2、半熔化區(qū)
特點(diǎn):該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉(zhuǎn)變下限溫度之間,溫度范圍1150~1250℃。該區(qū)處于液固狀態(tài),一部分鑄鐵已熔化成為液體,其它未熔部分在高溫作用下已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。
1)、冷卻速度對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響
  V冷很快,液態(tài)鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變成萊氏體,即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為C所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間,奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快,在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間,可出現(xiàn)奧氏體→馬氏體的過程,并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。
  其左側(cè)為亞共晶白口鑄鐵,其中白色條狀物為滲碳體,黑色點(diǎn)、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉(zhuǎn)變后形成的珠光體。右側(cè)為奧氏體快冷轉(zhuǎn)變成的竹葉狀高碳馬氏體,白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。
  當(dāng)半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時(shí),其共晶轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定相圖轉(zhuǎn)變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。
  當(dāng)該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時(shí),隨著冷卻速度由快到慢,或?yàn)槁榭阼T鐵,或?yàn)橹楣怏w鑄鐵,或?yàn)橹楣怏w加鐵素體鑄鐵。影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有:焊接方法、預(yù)熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時(shí),隨板厚的增加,半熔化區(qū)冷卻速度加快。白口淬硬傾向增大。
2)化學(xué)成分對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響
  鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學(xué)成分對其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學(xué)成分不僅取決于鑄鐵本身的化學(xué)成分,而且焊逢的化學(xué)成分對該區(qū)也有重大影響。這是因?yàn)楹阜陞^(qū)與半熔化區(qū)緊密相連,且同時(shí)處于熔融的高溫狀態(tài),為該兩區(qū)之間進(jìn)行元素?cái)U(kuò)散提供了非常有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個(gè)方向擴(kuò)散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度(含量變化)。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴(kuò)散,其含量梯度越大,越有利于擴(kuò)散的進(jìn)行。
  提高熔池金屬中促進(jìn)石墨化元素(C、Si、Ni等)的含量對消除或減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。
  用低碳鋼焊條焊鑄鐵時(shí),半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因?yàn)榘肴刍瘏^(qū)含C、Si量高于熔池,故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池?cái)U(kuò)散,使半熔化區(qū)C、Si有所下降,增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。
3、奧氏體區(qū)
  該區(qū)被加熱到共晶轉(zhuǎn)變下限溫度與共析轉(zhuǎn)變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為820~1150℃,此區(qū)無液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上,其基體已奧氏體化,加熱溫度較高的部分(靠近半熔化區(qū)),由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴(kuò)散,奧氏體中含碳量較高;加熱較低的部分,由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴(kuò)散,奧氏體中含碳量較低,隨后冷卻時(shí),如果冷速較快,會(huì)從奧氏體中析出一些二次滲碳體,其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關(guān)系。在共析轉(zhuǎn)變快時(shí),奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時(shí),會(huì)產(chǎn)生馬氏體,與殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。熔焊時(shí),采用適當(dāng)工藝使該區(qū)緩冷,可使A直接析出石墨而避免二次滲碳體析出,同時(shí)防止馬氏體形成。
4、重結(jié)晶區(qū)
  很窄,加熱溫度范圍780~820℃。由于電弧焊時(shí)該區(qū)加熱速度很快,只有母材中的部分原始組織可轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后冷卻過程中,奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織。冷卻很快時(shí)也可能出現(xiàn)一些馬氏體。



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