中碳钢的焊接.pptx
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1、 中碳调质钢中碳和其他合金元素的含量都较高,通过调质处理获得较高的强度。其中加入合金元素的作用是保证淬透性和提高抗回火性,而其强度主要还是取决于含碳量。但随含碳量的增加,钢的焊接性明显变差,因此焊接工艺复杂,只有在退火状态下焊接,焊后必须经过调质处理才能达到使用要求的接头性能。第五节 中碳调质钢的焊接 第1页/共32页一、中碳调质钢的钢种、成分和性能含碳量 (c=0.25%0.45%);屈服强度:880MPa1176MPa合金元素 Mn、Si、Cr、Ni、B及Mo、W、V、Ti等(保证钢的淬透性和消除回火脆性)热处理状态 淬火回火组织 S回、M回,M为片状主要特点 高的比强度和高硬度,淬硬性比
2、低碳调质钢高得多,淬火后得到马氏体组织,再经回火得到的是片状马氏体,属于硬脆组织,因此钢的韧性较低,焊接性较差,焊接工艺复杂,焊后必须通过调质处理才能保证接头的性能。用途:火箭发动机、飞机起落架、坦克装甲钢、高负荷机器零件等。第2页/共32页中碳调质钢的纯度对焊接性的影响特别重要。一般钢中S、P不大于0.04%即可,但在这些钢中甚至降到0.02%时还会有裂纹敏感性。S增加热裂纹敏感性,P降低塑性和韧性,提高冷裂敏感性。当钢材热处理到很高强度水平时(例如作为火箭发动机外壳,强度1380MPa),规定S、P的极限低于0.015%。为了达到高纯度的要求,基体金属和填充金属均需采用真空熔炼办法。常用的
3、中碳调质钢的化学成分和力学性能见表8-20和表8-21。一、中碳调质钢的钢种、成分和性能第3页/共32页钢号CMnSiCrNiMoVSP30CrMnSiA0.280.350.81.10.91.20.81.10.300.0300.03530CrMnSiNi2A0.270.341.01.30.91.20.91.21.41.80.0250.02540CrMnSiMoVA0.370.420.81.21.21.61.21.5 0.250.450.600.070.120.0300.03535CrMoA0.300.400.40.70.170.350.91.30.20.30.0300.03535CrMoVA0
4、.300.380.40.70.20.41.01.30.20.30.10.20.0300.03534CrNi3MoA0.30.40.50.80.270.370.71.12.753.250.250.40.0300.03040CrNiMoA0.360.440.50.80.170.370.60.91.251.750.150.250.0300.03030Cr3SiNiMoVA0.320.70 0.963.10 0.910.70 0.110.0030.019(美)43400.380.400.60.80.20.350.70.91.622.000.20.30.0250.025(美)H-110.30.40.20
5、.40.81.24.755.51.251.750.30.50.010.01表8-20 中碳调质钢的化学成分(质量分数)第4页/共32页表8-21 中碳调质钢的力学性能钢号热处理规范屈服强度s/MPa抗拉强度b/MPa伸长率5(%)断面收缩率(%)冲击功Akv/J硬度HBW30CrMnSiA870890油淬510550回火8331078104049346363870890油淬200260回火156852544430CrMnSiNi2A890910油淬200300回火137215689455944440Cr850油淬520回火7859809454720740CrMnSiMoVA890970油淬25
6、0270回火,空冷18628354952HRC35CrMoA880900油淬560580回火490657153549197241第5页/共32页35CrMoVA880900油淬640660回火68681413353925530234CrNi3MoA850870油淬580670回火83393112353928534140CrNiMoA840860油淬550650水冷或空冷83398012557826930Cr3SiNiMoVA910油淬280回火16669(美)4340870油淬425回火13051480145025435(美)H-119801040空淬540回火480回火17252070钢号热
7、处理规范屈服强度s/MPa抗拉强度b/MPa伸长率5(%)断面收缩率(%)冲击功Akv/J硬度HBW表8-21 中碳调质钢的力学性能第6页/共32页 一种 广泛使用的含Cr中碳调质钢,Cr1%时对钢的塑性、韧性略有提高;Cr1.5%时能有效提高钢的淬透性;超过2%时对塑性影响不大,但略使冲击韧性下降。Cr能增加低温或高温回火稳定性,但Cr钢有回火脆性。40Cr具有良好的综合力学性能、较高的淬透性和较高的疲劳强度,可用于制造较重要的,在交变载荷下工作的零件,如用于制造齿轮和轴类等。一、中碳调质钢的钢种、成分和性能中碳调质钢的合金系统可以归纳为以下几种类型:1.40Cr 第7页/共32页Cr-Mo
8、钢是在Cr钢的基础上加入了一定量的Mo,如35CrMoA和35CrMoVA。Cr钢加入少量Mo(Mo=0.15%0.25%),可以消除Cr钢的回火脆性,提高淬透性,使钢具有较好的强度与韧性匹配,提高高温强度。V可以细化晶粒,提高强度、塑性和韧性,增加高温回火稳定性。这类钢含碳量较高,淬透性较大,焊接性较差,一般要求焊前预热和焊后热处理等。一、中碳调质钢的钢种、成分和性能2.Cr-Mo系一般在动力设备中用于制造承受载荷较高,截面较大的重要零部件(汽轮机叶轮、主轴和发电子转子等)。第8页/共32页一、中碳调质钢的钢种、成分和性能30CrMnSiA、40CrMnSiMoVA以及在该基础上发展起来的含
9、Ni钢(30CrMnSiNi2A)都属于Cr-Mn-Si钢系统,是应用最广泛的一类中碳调质钢,这类钢的显著特点是强度很高,焊接性差。因Cr-Mn-Si钢具有回火脆性,因此回火时必须避开发生第一类回火脆性的温度范围(300400),同时在高温回火时必须快冷,以防止出现第二类回火脆性。这类钢除了在调质状态下应用外,有时在损失一定韧性的情况下,为提高强度,减轻结构重量,采用200250的低温回火,以便得到具有很高强度(b=1700MPa)的低温回火马氏体组织。当工件厚度小于25mm时,可采用等温淬火,得到下贝氏体组织,此时强度与塑性、韧性得到良好的配置。这种钢在飞机制造中用得较为普遍。3Cr-Mn-
10、Si钢第9页/共32页一、中碳调质钢的钢种、成分和性能30CrMnSiA是一种典型的Cr-Mn-Si系统的中碳调质钢,其中不含贵重的Ni,价格低廉,因此在我国得到广泛应用。在退火状态下,它的组织是铁素体+珠光体,调质状态下的组织为回火索氏体。30CrMoSiNi2A是在Cr-Mo-Si的基础上加入一定的镍,大大提高了淬透性,调质后强度比30CrMnSiA有明显提高,并保持了较高的韧性。但它的焊接性较差,冷裂纹敏感性较高。40CrMnSiMoVA为一种新型的低铬无镍中碳调质钢,由于碳的增加,且不含镍,焊接性更差,可用来代替30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件。第10页/共32页40CrN
11、iMoA、34CrNiMoA都属Cr-Ni-Mo系。由于加入了3%的Ni和Mo,显著提高了淬透性和抗回火软化的能力,对改善钢的韧性也有好处,使钢具有强度高、韧性好、淬透性大等好的综合性能。主要用于高负荷、大截面的轴类以及承受冲击载荷的构件,如汽轮机、喷气涡轮机及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等。一、中碳调质钢的钢种、成分和性能4.Cr-Ni-Mo钢第11页/共32页中碳调质钢含碳量较高,结晶温度区间宽,容易出现偏析,所以这类钢对结晶裂纹比较敏感,焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部位开裂。二、中碳调质钢的焊接性分析1.焊缝中的结晶裂纹材料:在选择焊接材料时,应尽量选用含碳量低的,含S、P杂质少
12、的填充材料。采用低碳低硅焊丝H18CrMoA(焊丝中碳在0.15%以下,最高不超过0.25%),严格限制母材及焊丝中的S、P含量(s+p0.030%0.035%)。对于重要产品的钢材(如含碳量更高的4340钢)和焊丝,要求采用真空熔炼或电渣精炼,将S和P总含量控制在0.025%以下。工艺:在焊接工艺上应注意保证填满弧坑和良好的焊接成形。因为热裂纹容易出现在未填满的弧坑处,特别是在多层焊时第一层的弧坑中以及焊缝的凹陷部位。选用焊接参数时要注意降低熔合比。结晶裂纹的预防 第12页/共32页二、中碳调质钢的焊接性分析中碳调质钢的含碳量较高(屈服强度在590980Mpa的低、中碳调质钢的碳当量(Ceq
13、)一般都超过了0.5%,多数都超过了0.6%),加入的合金元素也较多,淬硬倾向大,易形成硬脆组织(粗大马氏体);M主要是高碳M,粗大而硬脆,冷裂敏感性大;随wC的增加,在500以下的温度区间过冷奥氏体具有更大的稳定性(图2-17a、b),Ms点较低,在低温下形成的马氏体难于产生“自回火”效应,冷裂倾向大;2.冷裂纹 中碳调质钢的淬硬倾向十分明显,冷裂倾向较为严重。原因?尽量降低焊接接头中的扩散氢;采取预热措施,焊后须及时进行回火处理?消除应力退火?预防第13页/共32页 图2-17(a)30CrMnSi和(b)40CrNiMo钢的等温转变曲线12T/t/sT/t/s(a)(b)二、中碳调质钢的
14、焊接性分析第14页/共32页二、中碳调质钢的焊接性分析中碳调质超高强钢还具有应力腐蚀开裂敏感性。这种应力腐蚀常发生在水或高湿度空气等弱腐蚀性介质中。为了降低焊接接头的应力腐蚀开裂倾向,应采用热量集中的焊接方法和较小的焊接线能量,避免焊件表面的焊接缺陷和划伤。2.冷裂纹第15页/共32页热影响区脆化 c=0.25%0.45%,中碳调质钢的含碳量高,合金元素较多,有相当大的淬硬倾向,马氏体转变温度低(400),无“自回火”过程,因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏体组织(尤其是高碳马氏体),导致热影响区脆化。冷速越大,生成的高碳马氏体越多,脆化越严重。常用中碳调质钢模拟热影响区的连续冷却组织转
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