《材料成型基本原理》刘全坤版第十章答案

时间：2025-04-20

《材料成型基本原理》刘全坤版课后习题集

第十章焊接热影响区的组织与性能

1、何谓焊接热循环？焊接热循环的主要特征参数有那些？

答：焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程，即焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化。

决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个：

（1）加热速度ωH 焊接热源的集中程度较高，引起焊接时的加热速度增加，较快的加热速度将使相变过程进行的程度不充分，从而影响接头的组织和力学性能。

（2）最高加热温度Ｔmax 也称为峰值温度。距焊缝远近不同的点，加热的最高温度不同。焊接过程中的高温使焊缝附近的金属发生晶粒长大和重结晶，从而改变母材的组织与性能。

（3）相变温度以上的停留时间tH 在相变温度TH以上停留时间越长，越有利于奥氏体的均匀化过程，增加奥氏体的稳定性，但同时易使晶粒长大，引起接头脆化现象，从而降低接头的质量。

（4）冷却速度ωC(或冷却时间t8 / 5) 冷却速度是决定焊接热影响区组织和性能的重要参数之一。对低合金钢来说，熔合线附近冷却到540℃左右的瞬时冷却速度是最重要的参数。也可采用某一温度范围内的冷却时间来表征冷却的快慢，如800～500℃的冷却时间t8 / 5，800～300℃的冷却时间t8/3，以及从峰值温度冷至100℃的冷却时间t100。

总之，焊接热循环具有加热速度快、峰值温度高、冷却速度大和相变温度以上停留时间不易控制的特点

2、焊接热循环对母材金属近缝区的组织、性能有何影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ的组织性能？

答：（1）对组织的影响：

A 不易淬火钢的热影响区组织：

在一般的熔焊条件下，不易淬火钢按照热影响区中不同部位加热的最高温度及组织特征，可分为以下四个区

1) 熔合区: 焊缝与母材之间的过渡区域。范围很窄，常常只有几个晶粒,具有明显的化学成分不均匀性。

2) 过热区(粗晶区): 加热温度在固相线以下到晶粒开始急剧长大温度(约为1100℃左右)

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范围内的区域叫过热区。由于金属处于过热的状态，奥氏体晶粒发生严重的粗化，冷却后得到粗大的组织，并极易出现脆性的魏氏组织。

3) 相变重结晶区(正火区或细晶区): 该区的母材金属被加热到AC3至1100℃左右温度范围，其中铁素体和珠光体将发生重结晶，全部转变为奥氏体。形成的奥氏体晶粒尺寸小于原铁素体和珠光体，然后在空气中冷却就会得到均匀而细小的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织，故亦称正火区。

4) 不完全重结晶区: 焊接时处于AC1～AC3之间范围内的热影响区属于不完全重结晶区。

成为晶粒细小的铁素体和因为处于AC1～AC3范围内只有一部分组织发生了相变重结晶过程，

珠光体，而另一部分是始终未能溶入奥氏体的剩余铁素体，由于未经重结晶仍保留粗大晶粒。

B 易淬火钢的热影响区组织:

母材焊前是正火状态或退火状态，则焊后热影响区可分为：

在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位，1) 完全淬火区：焊接时热影响区处于AC3以上的区域。

由于晶粒严重粗化，得到粗大的马氏体；相当于正火区的部位得到细小的马氏体。

2) 不完全淬火区：母材被加热到AC1～AC3温度之间的热影响区。快速加热和冷却过程得到马氏体和铁素体的混合组织；含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，其组织可能为索氏体或珠光体。

母材焊前是调质状态，则焊接热影响区的组织分布除上述两个外，还有一个回火软化区。在回火区内组织和性能发生变化的程度决定于焊前调质的回火温度：若焊前调质时回火温度为Tt，低于此温度的部位，组织性能不发生变化，高于此温度的部位，组织性能将发生变化，出现软化。若焊前为淬火态，紧靠Ac1的部位得到回火索氏体，离焊缝较远的区域得到回火马氏体。

(2) 对性能的影响

使HAZ发生硬化、脆化(粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化、氢脆以及石墨脆化等)、韧化、软化等。

（3）改善HAZ组织性能的措施

1）母材焊后选择合理的热处理方法（调质、淬火等）。

2）选择合适的板厚、接头形式及焊接方法等。

3）控制焊接线能量、冷却速度和加热速度。

3．简要说明易淬火钢和不易淬火钢HAZ粗晶区的组织特点和对性能的影响？

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答：（1）易淬火钢HAZ粗晶区：

在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位，由于晶粒严重粗化，故得到粗大的马氏体，强度硬度很高，塑性韧性较低；正火区得到细小的马氏体，强度硬度较高，但是比粗大马氏体要低，塑性韧性比粗大马氏体好。

（2）不易淬火钢HAZ粗晶区：

由于金属处于过热的状态，奥氏体晶粒发生严重的粗化，冷却之后便得到粗大的组织。并极易出现脆性的魏氏组织。故该区的塑性、韧性较差。焊接刚度较大的结构时，常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。