非平衡组织实验三.docx

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然未受任何影响。

3、摩擦焊

界面

热影响区

焊接接头经腐蚀后可以看出界而区域中间为焊接时搅拌头所处的位置一焊合区，由于焊合区金属发生强烈的塑性变形和流动，相互搅拌和混和，发生动态回复和再结晶等物理冶金和力学冶金过程，可明显看到焊合区晶粒比母材晶粒细小&,'〃焊合区的两侧为热力影响区，热力影响区是搅拌摩擦焊接过程中在热与力的共同作用下，母材组织与性能发生变化的区域〃该区域温度场与应变场分布极不均匀，愈靠近焊合区温度愈高，塑性变形程度愈大〃在焊接过程中所受的热循环及应力应变决定了该区在焊后的组织与性能〃热力影响区晶粒比母材晶粒小但比焊合区晶粒稍大〃因焊接时，搅拌头向一个方向旋转，导致热力影响区并不对称于搅拌头，甚至有很大的差别，

4、闪光对焊

界面

热影响区

焊缝为粗大的铁素体组织和少量的珠光体组成。

由于碳烧损的原因，焊缝具有明显白亮带的贫碳区。

闪光焊接头的性能取决于焊缝区域微观金相组织，而焊缝区的金相成分与多种因素密切相关。

其中的最主要因素：

（1）焊缝区域的温度场分布；

（2）闪光顶锻的工艺参数；

（3）焊缝区域出现的缺陷组织。

总之，台适的规范是获得焊缝区合理温度场分布的保证，而台理的温度场分布能保证在恰当的顶锻工艺之后形成具有台格金相组织的接头。

投有台格的金相组织，闪光焊接头的性能将无法保证。

5、凸焊

界面 热影响区

凸焊是点焊的一种变形，通常是在两块板件之一上冲出凸点，然后进行焊接。

界面：

上方是热影响区。

热影响区：

少量铁素体跟珠光体。

6、C02气体焊

焊缝边缘

焊缝中心

熔合线

热影响区

C02气体保护焊，C02作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称C02焊。

这种焊接法采用焊丝自动送丝，敷化金属量大、生产效率高、质量稳定。

因此，在国内外获得广泛应用。

焊缝边缘：

羽毛状上贝氏体分布在原奥氏体晶界上

焊缝中心：

片状先共析铁素体沿柱晶晶界析出，魏氏组织铁素体向晶内生长，晶内有针状铁素体、珠光体型组织区。

热影响区：

板条状马氏体、细小的铁素体

熔合线：

左侧是热影响区组织，右侧为焊缝组织。

（四）针对焊接缺陷比较分析

1、焊渣

1.夹杂物的来源

夹杂物：

指金属内部或表面存在的和基本金属成分不同的物质，它主要来源于原材料本身的

杂质及金属在熔

炼、浇注和凝固过程中与非金属元素或化合物发生反应而形成的产物。

（1）原材料本身含有的夹杂物，如金属炉料表面的粘砂、氧化锈蚀、随同炉料一起进入熔

炉的泥砂、焦炭中

的灰分等，熔化后变为溶渣。

（2）金属熔炼时，脱氧、脱硫、孕育和变质等处理过程，产生大量的

MnO、Si02、A1203等夹杂物。

（3）液态金属与炉衬、浇包的耐火材料及溶渣接触时，会发生相互作用，产生大量的

MnO、A1203等夹杂物。

（4）在精炼后转包及浇注过程中，金属表面与空气接触形成的表面氧化膜，被卷入金属后形成氧化夹杂物。

（5）在铸造和焊接过程中，金属与非金属元素发生化学反应而产生的各种夹杂物，如

FeS>MnS等硫化物。

同一类夹杂物在不同合金中有不同形状，如

A1203在钢中呈链球多角状，在铝合金中呈板状；

同一夹杂物在同种合金中可能存在不同的形态，如

MnS在钢中通常有球形、枝晶间杆状、多面体结晶形

三种形态。

夹杂物的危害：

夹杂物的存在破坏了金属本体的连续性，使金属的强度和塑性下降；尖角形夹杂物易引起应力集中，显著降低金属的冲击韧性和疲劳强度；

2、孔洞

空洞1 孔洞2

孔洞3

一、气孔的分类及特征

气孔：

存在于液态金属中的气体，若凝固前气泡来不及排除，就会在金属内形成孔洞。

这种因气体分子聚集而产生的孔洞称为气孔。

气孔分类：

金属中的气孔按气体来源不同可分为：

析出性气孔、侵入性气孔和反应性气孔；按气体种类不同可分为氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔等。

3、硫化物

硫化物01 硫化物02

焊缝中的硫化物夹杂主要有MnS和FeS两种。

FeS通常沿晶界析出，并与Fe或FeO形成低熔点（988°C）共晶。

..低碳钢焊缝存在的氧化物夹杂主要是Si02、MnO、Ti02和A1203等，一般以硅酸盐的形式存在。

防止焊缝产生夹杂物的最重要措施：

是正确地选择原材料（包括母材和焊接材料），母材、焊统中的夹杂物应尽量少，焊条、焊剂应具有良好的脱氧、脱硫效果。

其次，要注意工艺操作，如选择合适的工艺参数；适当摆动焊条以便于熔渣浮出；加强熔池保护，防止空气侵入；多层焊时清除前一道焊缝的熔渣等。

（五）焊接试样的制备

一、 实验目的

（一） 观察与分析焊缝的各种典型结晶形态；

（二） 掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。

二、 实验装置及实验材料

（一） 粗、细金相砂纸 1套

（二） 平板玻璃 1块

（三） 不同焊缝结晶形态的典型试片 若干

（四） 低碳钢焊接接头试片 1块

（五） 正置式金相显微镜 1台

（六） 抛光机 1台

（七） 工业电视（或幻灯机） 1台

（八） 吹风机 1个

（九）4%硝酸酒精溶液、无水乙醇、脱脂棉 若干

（十）典型金相照片（或幻灯照片） 一套

三、实验原理

焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。

组织的不同，导致机械性能的变化。

对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节。

焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。

宏观分析的主要内容为：

观察与分析焊缝成型、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。

显微分析是借助于放大100倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。

四、实验方法与步骤

下面以Q235钢焊接头为例，介绍金属焊接接头金相试样制备过程中磨光、抛光和浸蚀等关键操作，成功地获得了紫铜与低碳钢钎接头金相组织图，可在科研中推广应用。

通过对焊接接头的金相组织观察，可以了解母材及焊接热影响区晶粒大小及分布、取向等，特别是可观察出母材和焊缝金属之间是否熔合（是否有互相扩散），从而可对接头的焊接质量作出正确判断。

整个过程为:

取样一镶嵌一磨光与抛光一浸蚀一组织观察。

鉴于取样、镶嵌和组织观察的操作较规范，下面主要对磨光，抛光及浸蚀的操作过程作一些探讨。

1.将已焊好的试件（以结422焊条在150X80X3mm的试件上堆焊），切成10X25

Mm左右的试片，然后把试片四周用砂轮打去毛刺，并把四个角打磨成圆角。

1磨光

磨光是为了得到平整、光滑的磨面，磨而上允许有极细而均匀的磨痕，磨光分为粗磨和细磨两步。

（1） 粗磨。

在粗磨操作中，压力不宜过大，以免产生范性变形。

为了保证试样不致因发热而引起金属组织发生变化，要不断将试样浸入水中冷却，粗磨时一定要保证磨面平整。

并注意摩擦方向一致，一只手按在试样上面，养一个方向匀速在凭证的砂纸上面摩擦。

观察平整后换砂纸细磨。

（2） 细磨。

细磨的目的是消除粗磨遗留下来的较深的痕迹，为抛光作好准备。

细磨是在由粗到细的各号金相砂纸上（底下垫金属平台）进行。

考虑到本试样的特殊性，我们先用粒度为280#、320#的金相砂纸把试样磨得较为平整，然后再按砂纸的粒度400#、500#、600#、800#由粗到细顺序磨制。

为了能观察磨痕是否消除，后道磨削的方向应与前道磨痕方向一致。

磨而与砂纸应保持完全接触，施加的压力要力求均匀，不能把观察面磨成鼓肚状。

更换砂纸时，注意不要把前一道的砂粒带入，磨制过程中，应在明亮处反复观察磨面的均匀程度与磨纹状况。

2抛光

抛光的目的在于除去金相磨而上由细磨所留下的细微磨痕，使磨而成为无划痕的光滑镜面。

本实验采用机械抛光。

抛光盘转速为500转/min左右，滴加清水，开机抛光。

具体操作是握住试样，使磨而均衡地压在旋转的抛光盘上，并不断地将试样在盘与盘的边缘之间往返转动。

整个试样由盘边逐渐移至盘心处抛磨。

对试样施加的压力要均衡，且应先重后轻。

在抛光初期，试样上的磨痕方向应与抛光盘转动的方向垂直，以利于较快地消除磨痕。

在抛光后期，需将试样缓缓转动，这样可获得光亮平整的磨而，同时能防止夹杂物及硬性的相产生曳尾现象，一般情况下是观察磨痕一致时转动90°再抛。

反复几次，直到显微镜下看到细细的并旦方向一致的磨痕时为止。

此外，抛光时水是一直不能缺少的，以保持金属磨面与抛光织物之间具有一个润滑层，使磨而光滑、明亮。

3试样的浸蚀

金相试样的浸蚀主要采用化学浸蚀和电化学浸蚀方法。

在本实验中，采用了通常的化学浸蚀。

将抛光好的试片，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，大约经过5~10s左右，立即用清水冲洗，然后用无水乙醇轻轻擦去水分，并用吹风机吹干。

。

整个浸蚀过程要及时、迅速，稍有怠慢将难于达到理想的浸蚀效果。

4试样拍照

将做好的的试样，在高倍显微镜下面，拍照，包括粗晶区，焊缝，母材，熔合线，细晶区如下。

熔合线1

熔合线2

细品区