45钢和Cr12钢焊接研究Word格式文档下载.docx
《45钢和Cr12钢焊接研究Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《45钢和Cr12钢焊接研究Word格式文档下载.docx（54页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
andweldedjointswereobtainedbynormalizingprocessing,analysisofweldedjointsafterheattreatmentandhardnesschanges.Experimentalcomparisonshowsthat:
thegrainofweldedjointsafterheattreatmentweresignificantlyhigherthanwithoutheattreatmenthadtobesmallandmoreuniformstructure.Increasedhardnessofweldedjointsafterheattreatment.Therefore,heattreatmentofweldedjointscanimprovetheorganizationandimproveitsperformance.
Weldingofdissimilarmetalscansavealotofpreciousmetals,reduceproductioncosts,itcansimplifythestructureofmanufacturingprocess,abletomeetsuchashightemperaturestrength,wearresistance,corrosionresistance,lowtemperaturetoughness,magnetic,andmanyotherperformancerequirements.Possessandresearchtograsptheweldingofdissimilarsteelsisaveryimportantanddifficulttask,thecurrentperformanceofdissimilarmetalweldingisstillthefocusofthestudychanges.
Keywords：
Dissimilarsteel；
Weldedjoints；
Microstructure；
Hardness
你让英语不错的学生，好者外语专业的帮你改改，语法表达问题太多
英文摘要左右对齐
页边距设置不对，修改后可能页码变化，清单图表页码也变，注意
目录
摘要1
Abstract2
引言7
第1章绪论8
1.1课题的意义8
1.2发展概况8
1.3课题研究内容8
第2章焊接及异种钢焊接9
2.1焊接的概念和分类9
2.1.1焊接的概念9
2.1.2焊接的分类9
2.2异种金属焊接的理论知识9
2.2.1异种金属焊接本质9
2.2.2异种钢焊接的特点9
2.2.3异种金属焊接方法10
2.2.4异种金属焊接性分析10
2.2.5异种金属焊接的难点11
2.2.6异种金属焊接的缺陷及防止措施12
2.2.7异种金属焊接的实际应用12
2.3课题研究的目的和意义12
第3章实验过程13
3.1实验材料13
3.1.145钢13
3.1.2Cr12钢13
3.2焊件试样制备14
3.2.1焊前试样的准备14
3.2.2焊接试样14
3.2.3热处理15
3.3金相试样制备15
3.3.1试样的粗磨15
3.3.2试样的细磨16
3.3.3试样的抛光16
3.3.4试样的腐蚀。
16
3.4金相拍摄16
3.5维氏硬度试验17
第4章实验结果及分析19
4.1前言19
4.2焊接接头的显微组织分析19
4.2.1未经热处理焊接试样显微组织分析20
4.2.2经正火热处理焊接试样显微组织分析22
4.3焊件硬度变化24
结论与展望26
致谢27
参考文献28
附录Ａ外文文献及其译文29
附录B主要参考文献的题录及摘要47
插图清单
图3-145钢原始金相组织200×
7
图3-240Cr钢原始金相组织200×
8
图3-3焊接试样的手工电弧焊机WSM-4009
图3-4图3-4砂轮机13
图3-5抛光机13
图3-6金相显微镜14
图3-7维氏硬度仪14
图4-1焊接接头全貌组织14
图4-2试样不完全结晶区的金相组织200×
图4-3试样完全结晶区的金相组织200×
图4-4试样过热区的金相组织200×
图4-5试样熔合区金相组织200×
图4-6焊缝组织200×
18
图4-7正火后试样不完全结晶区的金相组织200×
图4-8正火后接头完全结晶区的金相组织200×
图4-9正火后焊接接头过热区的金相组织200×
图4-10正火后接头熔合区的金相组织图200×
图4-11正火后焊缝的金相组织图200×
图4-1245钢焊接试样硬度变化曲线200×
图4-13Cr12钢焊接试样硬度变化曲线200×
图标与正文不一致
表格清单
表3-145钢的化学成分％5
表3-2Cr12钢的化学成分％7
表3-3焊接工艺参数7
表4-145钢焊接试样热处理前后硬度值8
表4-2Cr12钢焊接试样热处理前后硬度值7
引言
随着国民经济的迅速发展和科学技术的不断进步，新结构、新设备层出不穷，新材料、新工艺的应用日益广泛，对各类工程机械构件的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等。
在有些情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足使用要求，或者即使某种金属比较理想，也往往由于十分稀贵，而不能在工程中实际应用[1]。
现代工程结构中不仅需要对同种材料进行焊接，也需要对异种材料进行焊接。
异种金属的焊接构件，除具有良好的力学性能外，在不同的介质中，具有耐腐蚀和耐浸蚀的性能，尤其在电场磁场或放射线作用下，其物理，化学性能不起变化。
异种材料焊接是工业生产中不可缺少的一种先进制造技术。
因此，对异种材料焊接的诸多问题如焊接性，焊接接头组织成分及其性能进行行之有效的分析就具有极大的技术参考价值和重要的现实意义。
国内外学者不仅对异种金属焊接还对异种材料焊接的相关领域进行了卓有成效的研究，取得了一系列的研究成果。
本文具体以45钢和Cr12钢异种焊接为例，在借鉴前人理论成果的基础上实践学习。
本课题重点是制备焊接接头试样，通过金相摄影来观察和分析热处理前后焊接接头的组织。
并使用维氏硬度计来测试热处理前后焊接接头的硬度。
通过实验来了解使用热处理的方法来改善焊接接头的组织和硬度。
第1章绪论标题与后面的格式一致，是否空行
1.1课题的意义
随着现代科学技术的飞速发展，焊接技术也在突飞猛进。
在建造各种工程结构中，不仅需要对同种金属进行焊接，也需要对异种金属进行焊接，异种金属焊接已成为工农业生产中不可缺少的一门高新技术，异种金属的焊接种类之多，应用之广，不胜枚举[2]。
异种金属焊接结构能够最大限度地利用材料的各自优点，满足不同物理、化学条件下的要求，具有显著的经济效益。
1.2发展概况
近年来，异种金属材料焊接研究和生产应用日益受到广大焊接科技工作者的重视，并己经取得许多丰富的理论知识和实践经验，针对腐蚀环境中使用的各种类型的异种金属焊接接头的研究，国内外的专家学者都做了大量的研究工作，主要集中在以下几个方面:
①熔合区附近的腐蚀性研究。
②碳迁移规律的研究。
③金属材料的腐蚀。
④应力腐蚀。
焊缝及热影响区的显微组织是评价和分析焊接接头质量的重要指标之一；
焊接接头金相组织分析的目的，一方面是为了检验焊接接头的质量是否符合要求，另一方面是通过对一系列焊接接头的金相分析鉴别焊缝和热影响区各种缺陷的分布、性质和显微组织变化，判定产生缺陷的原因和工艺因素对接头质量的影响。
异种材料焊接容易产生焊接缺陷。
焊接不同热物理性能的异种金属材料，焊接接头不可避免的会形成化学成分和组织性能的不均匀性，产生较多的缺陷；
因此，为保证焊接构件的安全运行，须对获得的异种材料的组织及其性能进行分析研究[3]。
概括而论，目前对异种金属的焊接及其在长期高温及腐蚀介质环境服役过程中的性能变化仍然是研究的热点，特别是工程上非常重视，然而对于更深层次的基础理论方面还较为欠缺和有限。
1.3课题研究内容
本文具体以45钢和40Cr钢异种焊接为例，制备焊接接头试样，通过金相摄影来观察和分析热处理前后焊接接头的组织。
第2章焊接及异种钢焊接
2.1焊接的概念和分类
2.1.1焊接的概念
焊接通常是指通过加热或加压或者二者并用，使两种或两种以上材料（同种或异种）通过原子或分子间的结合和扩散形成永久性连接的工艺。
其中，被焊的材料一般被称为母材或工件。
焊接这个概念至少包括三个方面的含义：
一是焊接的途径，即加热加压或者两者并用；
二是焊接的本质，即微观上达到原子间的结合；
三是焊接的结果，即宏观上形成永久性的连接[4]。
2.1.2焊接的分类
金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊，钎焊和压焊三大类。
所谓熔焊，是指焊接过程中，将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。
由于被焊工件是紧密贴在一起的，在温度场、重力等的作用下，不加压力，两个工件熔化的融液会发生混合现象。
待温度降低后，熔化部分凝结，两个工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。
钎焊包括硬钎焊和软钎焊，是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙实现连接焊件的方法。
压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。
常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。
异种金属的焊接构件，除具有良好的力学性能外，在不同的介质中，具有耐腐蚀和耐浸蚀的性能。
异种钢焊接的组合分类可以分为按钢的不同化学成分组合；
不同金相组合；
不同性能组合等。
对钢材的焊接不仅要满足在实际应用的所需的力学性能，还要满足各种日益发展的新的需求。
2.2异种金属焊接的理论知识
采用异种钢制造的焊接结构，不仅能满足硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等不同工作条件对材质提出的不同要求，而且可节约大量的贵重材料，降低成本，发挥不同钢的性能优势。
2.2.1异种金属焊接本质
异种钢焊接的本质是将两种或两种以上不同金属在一定工艺条件下进行焊接加工的过程，异种金属的焊接要比同种金属焊接复杂得多。
这里介绍两种采用填充材料焊接异种金属的方式。
2.2.2异种钢焊接的特点
由于两种金属之间在组织类型、化学成分、机械性能等方面具有很大的差异，会带来残余应力集中、碳扩散等问题。
因此异种金属焊接接头存在以下一些特点：
1.接头熔合区组织和性能的不稳定性。
在母材与焊缝金属之间的熔合区由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性，因此就引起组织极大的不均匀性，给接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响。
2.接头中存在着化学成分的不均匀性。
异种钢焊接接头的化学成分不均匀性及由此而导致的组织和力学性能不均匀性问题极为突出。
不仅焊缝与母材的成分往往不同，就连焊缝本身的成分也是不均匀的，这主要是由于焊接时稀释率的存在所造成的。
这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大。
3．在不同运行温度、腐蚀和氧化环境可以采用不同的材料。
4．在室温下，异种金属焊接接头区的机械性能（如拉伸、冲击、弯曲等）一般优于被焊母材的性能，但高温下或高温长期运行后，接头区的性能劣于母材[5]。
5.焊后热处理是较难处理的问题。
异种钢接头的焊后热处理是一个比较难处置的问题，如果处置不当，会严重损坏异种钢接头的力学性能，甚至造成开裂。
例如对于同类异种钢接头，一侧母材强度较低，要求的焊后热处理温度也较低，而另一侧母材强度及合金元素含量较高，要求的焊后热处理温度较高，此时如果温度选择不当，会使强度低的一侧母材强度下降过度。
2.2.3异种金属焊接方法
异种材料焊接常用的方法分为熔焊和压焊两大类。
1．熔焊
熔焊在异种材料焊接中应用很广，主要的熔焊方法有焊条电弧焊、气体保护焊、电子束焊、激光焊等。
对于相互溶解度有限、物理化学性能差别很大的异种材料，由于熔焊时的互相扩散作用会导致接头部位的化学成分和金相组织不均匀或生成脆性化合物，所以异种材料熔焊时应降低稀释率，尽量用小电流、高焊速，或是在坡口一侧或两侧堆焊中间合金过渡层。
2．压焊
压焊时基体金属通常并不熔化，焊接温度低于金属的熔点。
有的也加热至熔化状态，然后加压将液态金属挤出，但仍以固相结合而形成接头。
除了熔焊和压焊外，还可以采用钎焊方法来连接异种材料构件。
特别是针对用熔焊方法极难连接的陶瓷、复合材料等，钎焊方法具有一定的优越性。
2.2.4异种金属焊接性分析
金属焊接性是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。
异种金属的焊接性首先是指金属材料的接合性能。
也就是指异种金属材料在给定的焊接工艺条件下，形成完整焊接接头的能力。
在焊接生产中，常用接合性能评定异种金属焊接接头缺陷的敏感性，以便提出防止焊接缺陷的措施[6]。
其次是指使用性能，也就是指异种金属材料在焊接后，接头在长期使用条件下适应使用要求的程度。
在焊接生产中，常用使用性能评定异种金属焊接接头能否满足技术条件的要求，以便提出改进技术条件的方案。
异种金属的焊接性也是一个相对的概念。
分析异种金属焊接性的目的在于查明各种金属在给定焊接工艺条件下，可能产生的问题及其原因，以便正确地制订焊接工艺和提出改进金属材质的方案。
异种金属的工艺焊接性和使用焊接性两者并不一定是一致的，有时工艺焊接性满足要求，而使用焊接性可能不符合技术条件的具体要求；
当使用焊接性符合技术要求的情况下，工艺焊接性可能不满足要求。
因此，异种金属的焊接性应该从工艺焊接性和使用焊接性两方面综合评价[7]。
判断焊接性的方法有碳当量法和敏感指数法：
1.碳当量是反映钢中化学成分对硬化程度的影响，它是把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响程度折合成碳的相当含量，通过测得材料中碳的含量来判断材料的焊接性。
由国际焊接学会推荐的公式
CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15
适用范围：
中、高强度非调质合金高强钢。
2.冷裂敏感指数法
PC=Pcm+[H]/60+δ/600
式中：
Pcm—化学成分冷裂敏感指数；
[H]是熔敖金属扩散氢含量；
δ是工件厚度。
若已知Pc，就可以获得是否产生冷裂纹的信息[8]。
本次实验是用45钢跟Cr12钢进行焊接，由于45钢在实际应用中比较广，但是由于其本身组织晶粒粗大，在焊接时容易产生裂纹。
所以45钢在焊接时应先根据焊接的工艺，将45钢预热下，这样焊后的45钢会满足焊接的使用性能。
45钢是唯一接合性较好之中硬度钢焊条，适用于空冷钢、铸钢。
至于Cr12钢焊接前注意预热，首先去除裂纹,清洁工件表面,打好适当的破口,对Cr12型模具的母材进行200度预热处理，焊接后也无须保温处理,只要待焊渣冷却后将其清除即可。
2.2.5异种金属焊接的难点
由于异种金属化学成分、物理和化学性能有明显不同，所以焊接时存在许多难点[9]。
1.焊材导率和比热容相差愈大，愈难进行焊接。
易使焊缝结晶条件变坏，晶粒粗化严重，并影响难熔金属的润湿性能。
因此应采用强力热源进行焊接。
焊接时热源的位置要移向导热性能好的母材一侧。
2.异种金属之间形成金属间化合物愈多，愈难进行焊接。
金属间化合物具有很大脆性，容易使焊缝产生裂纹，甚至会造成脆断。
3.焊材线胀系数相差愈大，愈难进行焊接。
线胀系数大的金属热膨胀率大，冷却时收缩率也大，在熔池结晶，产生很大的热应力，由于焊缝两侧金属承受的应力状态不同，所以易使焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝与母材剥离。
4.焊材氧化性愈强，愈难进行焊接。
在异种金属在焊接过程中，由于金相组织变化或生成新的组织，都可以使焊接接头的组织性能变差，给焊接带来很大的困难。
5.焊材电磁性相差愈太，愈难进行焊接。
焊接电弧愈不稳定，焊缝成形变坏。
如20钢与铜焊接过程中，将电子束指向铜母材时，出现电子束向钢母材一侧移动的现象，这是两种母材磁性差异造成的。
6.金属焊接时，焊缝和母材不易达到等强度。
这是由于熔点低的金属元素易烧损蒸发，从而使焊缝的化学成分发生变化，组织性能降低，尤其是焊接异种有色金属时更为明显。
异种金属焊接的熔合区及热影响区的力学性能较差，特别是塑性明显下降。
由于焊接应力和脆性的增加，容易产生裂纹，甚至发生断裂[10]。
综上分析，焊接异种金属及其合金，只有合理的选用焊接方法和填充材料，正确的制定焊接工艺及采取特殊的措施，才能获得满意的焊接接头。
2.2.6异种金属焊接的缺陷及防止措施
1.异种金属的焊接缺陷
由于异种金属在化学性能，物理性能，力学性能以及金相组织等方面存在这较大的差异，与同种金属焊接相比更容易产生焊接缺陷。
异种金属的焊接缺陷（如气孔，裂纹等）产生的原因和防止措施原则上与同种金属焊接时大体相同。
但是异种金属焊接中还有一类主要由特有界面现象引起的缺陷，这种缺陷是导致异种金属接头性能显著下降的重要原因[11]。
2.防止焊接缺陷的措施
（1）焊缝中加入合金元素,以阻止金属间化合物相产生和增长。
（2）焊接时要加强被焊材料保护,以防止或减少周围空气的侵入。
（3）尽量缩短被焊材料的液态停留时间，以防止或减少金属间化合物的生成。
（4）采用与两种被焊材料都能很好焊接的中间过渡层，以防止生成金属间化合物。
2.2.7异种金属焊接的实际应用
由于异种金属的焊接不仅能满足不同工作条件对材质的不同要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，充分发挥不同材质的性能优势，所以异种金属焊接在工程实际中的应用是很有意义的[12]。
1.为了提高表面强度和耐磨性，在普通钢材表面堆焊一层高强耐磨合金，实际上是异种钢的焊接。
2．为了减轻机械承载结构的质量，往往在局部受力较大部位采用高合金钢，导致异种钢焊接。
3．不同运行温度、腐蚀和氧化环境要采用不同的材料，需要异种钢焊接。
4．为了提高表面强度和耐磨性，在普通钢材表面堆焊一层高强耐磨合金，实际上是异种钢的焊接。
5.为了免除焊后热处理工艺。
2.3课题研究的目的和意义
新结构、新设备层出不穷，新材料、新工艺的应用日益广泛，对各类工程机械构件的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度等。
因此，采用焊接方法制造异种钢复合零部件受到人们的广泛重视，异种金属焊接结构能够最大限度地利用材料的各自优点，具有显著的经济效益[13]。
45钢及其合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度及导热性等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、电工及化学工业中己大量应用。
Cr12钢是应用广泛的冷作模具钢，具有高强度、较好的淬透性和良好的耐磨性。
针对两种最具应用前景的金属材料，异种材料焊接的研究十分迫切，并己成为焊接领域研究的热点和难点。
因此，希望通过本课题的研究工作，对异种金属焊接接头的性能有更深入、全面的了解
升级会员 