材料成形中的裂纹.ppt

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1、第五章材料成形中的裂纹天津大学王惜宝第一节焊接裂纹的分类图5-1焊接裂纹的宏观形态及分布a)T型接头的宏观裂纹b)对接接头的焊接裂纹c)焊缝收弧处的弧坑裂纹1－焊缝中纵向裂纹2－焊缝中横向裂纹3－熔合区裂纹4－焊缝根部裂纹5－热影响区根部裂纹6，7－焊趾裂纹8－焊道下裂纹9－层状撕裂10－弧坑纵向裂纹11－弧坑横向裂纹12－弧坑星形裂纹根据裂纹产生的机理，焊接裂纹可分为：焊接热裂纹结晶裂纹液化裂纹多边化裂纹焊接冷裂纹延迟裂纹淬硬脆化裂纹低塑性裂纹再热裂纹层状撕裂应力腐蚀裂纹各种裂纹的基本特征如表5-1所示第二节焊接热裂纹一、热裂纹的主要特征热裂纹出现时间：在结晶后期，邻近固相线的温度范围

2、内，焊后立即产生；结晶裂纹主要产生钢种：在含碳、硫、磷等杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金的焊缝中；热裂纹主要分布位置：在焊缝中心、弧坑，有的分布在焊缝的柱状晶晶界，有的分布在热影响区的过热区热裂纹的显微特征：产生具有沿晶开裂特征，它是沿原奥氏体晶界开裂，裂纹尖端圆钝，裂纹表面还多伴随有氧化色彩。热裂纹的产生与焊缝和热影响区中碳、硫、磷等杂质的含量及结晶后期硫、磷等在晶界形成的低熔点共晶有关；二、热裂纹的分类(一)　结晶裂纹焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂，故称结晶裂纹。(二)液化

3、裂纹近缝区或多层焊的层间部位，在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属含有较多的低熔点共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂(三)多边化裂纹焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区间，由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷(主要是位错和空位)及严重的物理和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于这些晶格缺陷的迁移和聚集，便形成了二次边界，即所谓“多边化边界”。因边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以它的组织性能脆弱，高温时的强度和塑性都很差，只要有轻微的拉伸应力，就会沿多边化的边界开裂，产生所谓产多边化裂纹”三、结晶裂纹形成的机理结晶裂纹是在液态薄膜和拉应力共同作用下产生的，

4、其中液态薄膜是产生结晶裂纹的内因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件１.结晶过程中焊缝金属的塑性(1)液固阶段：(2)固液阶段：(3)完全凝固阶段：(二)结晶裂纹形成的条件1.应变按曲线1变化在固相线Ts附近的应变为△e，此时焊缝的塑性储备量△es=Pmin-△e>0，此时不会产生结晶裂纹。2.应变按曲线2变化在固相线Ts附近，焊缝的塑性储备量△es=Pmin-△e＝0,应变△e恰好与焊缝金属的最低塑性值Pmin相等，此时处于临界状态。3.应变按曲线3变化在固相线Ts附近，焊缝的塑性储备量△es=Pmin-△e<0焊缝应变值△e已超过焊缝金属的最低塑性值Pmin，此时必然产生裂纹。是否产

5、生结晶裂纹取决于1、焊缝金属的脆性温度区间TB的大小；2、脆性温度区内的最小塑性Pmin；3、脆性温度区内应变增长率，4、这些因素之间的相互关系。因此,从本质上看，影响结晶裂纹的因素主要可归纳为冶金因素和力的因素四、影响结晶裂纹的因素及防止措施(一)冶金因素对结晶裂纹的影响1.结晶温度区间的影响：合金状态图中结晶温度区间越大,脆性温度区间也越大,结晶裂纹倾向越大3、碳的影响碳不仅本身会显著增大结晶温度区间(见图)，而且还会加剧硫、磷的偏析（因为液相中的先析出相由δ相转变为γ相）2.硫、磷的影响δ相γ相S0.180.05P2.800.254、其它合金元素的影响锰的影响锰具有脱硫作用，同时也

6、能改善硫化物的分布形态使薄膜状FeS改变为球状分布的MnS，提高了焊缝的抗裂性(2)硅的影响硅是δ相形成元素，应有利于消除结晶裂纹，但硅含量超过0.4%时，容易形成硅酸盐夹杂，从而增加了裂纹倾向(3)钛、锆和稀土近年来发现，钛、锆和镧、铈等稀土元素能形成高熔点的硫化物。例如，TiS的熔点约为2000～2100℃、ZrS熔点为2100℃、La2S3熔点在2000℃以上、CeS熔点2450℃。因此，采用钛、锆和镧、铈等稀土元素的脱硫效果比锰还好(MnS熔点1610℃)，故对消除结晶裂纹有良好作用[5]。(4)镍镍在低合金钢中易于与硫形成低熔共晶(Ni与Ni3S2的共晶熔点仅645℃)，因此会

7、引起结晶裂纹5.一次结晶组织形态的影响焊缝在结晶后，晶粒大小、形态和方向，以及析出的初生相等对抗裂性都有很大的影响。晶粒越粗大，柱状晶的方向越明显，则产生结晶裂纹的倾向就越大。（二）工艺因素的影响及防治措施冷却速度的影响接头的冷却速度越大，所产生的应变率也越大2.焊接速度的影响3.焊缝形状的影响4.焊接次序的影响5.减小熔合比6.采用适当的运条手法四、液化裂纹(一)液化裂纹的特征液化裂纹是在高温下近缝区的奥氏体晶界出现的一种微裂纹，