灰鑄鐵焊接性分析

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1、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。該區(qū)金相組織見P104圖4-5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

2、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，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，隨著冷卻速度由快到慢，或為麻口鑄鐵，或為珠光體鑄鐵，或為珠光體加鐵素體鑄鐵。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。例：電渣焊時，渣池對灰鑄鐵焊接熱影響區(qū)先進(jìn)行預(yù)熱，而且電渣焊熔池體積大，焊接速度較慢，使焊接熱影響區(qū)冷卻

3、緩慢，為防止半熔化區(qū)出現(xiàn)白口鑄鐵焊件預(yù)熱到650～700℃再進(jìn)行焊接的過程稱熱焊。這種熱焊工藝使焊接熔池與HAZ很緩慢地冷卻，從而為防止焊接接頭白口鑄鐵及高碳馬氏體的產(chǎn)生提供了很好的條件。研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時，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。這是因為焊逢區(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進(jìn)行元素擴(kuò)散提供了非常

4、有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個方向擴(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，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因為半熔化區(qū)含C、Si量高于熔池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池擴(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

5、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，如果冷速較快，會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，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時，會產(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，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，同時防止馬氏體形成。4.重結(jié)晶區(qū)很窄，加熱溫度范

6、圍780～820℃。由于電弧焊時該區(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。冷卻很快時也可能出現(xiàn)一些馬氏體。（二）裂紋是易出現(xiàn)的缺陷1.冷裂紋可發(fā)生在燭焊縫或熱影響區(qū)上，1）焊縫處冷裂紋產(chǎn)生部位：鑄鐵型焊縫當(dāng)采用異質(zhì)焊接材料焊接，使焊逢成為奧氏體、鐵素體，銅基焊縫時，由于焊縫金屬具有較好的塑性，焊接金屬不易出現(xiàn)冷裂紋。啟裂溫度：一般在400℃以下。原因：一方面是鑄鐵在400℃以上時有一定塑性；另一方面焊縫所承受的拉應(yīng)力是隨其溫度下降而增大。在400℃以上時焊縫所承受的拉應(yīng)力較小。產(chǎn)生原

7、因：焊接過程中由于工件局部不均勻受熱，焊縫在冷卻過程中會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力隨焊縫溫度的下降而增大。當(dāng)焊縫全為灰鑄鐵時，石墨呈片狀存在。當(dāng)片狀石墨方向與外加應(yīng)力方向基本垂直，且兩個片狀石墨的尖端又靠得很近，在外加應(yīng)力增加時，石墨尖端形成較大的應(yīng)力集中。鑄鐵強(qiáng)度低，400℃以下基本無塑性。當(dāng)應(yīng)力超過此時鑄鐵的強(qiáng)度極限時，即發(fā)生焊縫裂紋。當(dāng)焊縫中存在白口鑄鐵時，由于白口鑄鐵的收縮率比灰鑄鐵收縮率大，加以其中滲碳體性能更脆，故焊縫更易出現(xiàn)裂紋。影響因素：①與焊縫基體組織有關(guān)，焊縫中滲碳體越多，焊縫中出現(xiàn)裂紋數(shù)量越多。當(dāng)焊縫基體全為珠光體與鐵

8、素體組成，而石墨化過程又進(jìn)行得較充分時，由于石墨化過程伴隨有體積膨脹過程，可以松弛部分焊接應(yīng)力，有利于改善焊縫的抗裂性。②與焊縫石墨形狀有關(guān)粗而長的片狀石墨容易引起