材料成型过程的化学冶金.ppt

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1、第二章材料成型过程的化学冶金焊接化学冶金的概念在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程研究目的在于运用这些规律合理地选择焊接材料，控制焊缝金属的成分和性能使之符合使用要求，设计创造新的焊接材料第一节焊接化学冶金过程的特点焊接化学冶金的任务①对焊接区实施保护，免受空气侵害②熔化金属，冶金处理，获得所要求的焊缝成型一、对焊缝区的保护1.光焊丝焊接时[N]增加20~45倍，[O]增加7~35倍，[Mn]、[C]蒸发、氧化损失易产生气孔，导致塑性韧性下降,不实用2.保护方法药皮、焊剂、药芯、保护气体、自保护等3.保

2、护效率与保护方法相关，一般惰性气体保护效果较好二、焊接冶金学反应区及其反应条件（以手工电弧焊为例）（一）药皮反应区1.产生的气体①100~1200°C：水分蒸发、分解、氧化a.＜100°C吸附水分蒸发b.>200~400°C排除结晶水c.>400°C排除化合水②有机物的分解和燃烧：产生CO2、CO、H2③碳酸盐的分解（大理石CaCO3、菱苦土MgCO3):产生CO2④高价氧化物分解（赤铁矿Fe2O3、锰矿MnO2):产生O22.产生的气体对铁合金（Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe）的氧化作用①在温度大于600°C的条件下：

3、2Mn+O2=2MnOMn+CO2=MnO+COMn+H2O=MnO+H2②结果使气氛氧化性降低，达到先期脱氧的作用（二）熔滴反应区1.特点①熔滴温度高：1800~2400°C，过热度大②熔滴比表面积大，故接触面积大：一般比炼钢时大1000倍③反应接触时间短：熔滴存在时间短，内部又存在流动④熔滴金属与熔渣发生强烈混合：熔渣质点尺寸可达50μm,相互接触面积大，反应物与产物充分交流，反应速度加快总之，熔滴反应区反应时间较短，但温度高，相互接触面积大，反应最为激烈，对焊缝的影响最大2.主要冶金反应①气体的分解和溶解②金属的氧化、

4、还原③合金化④金属蒸发（三）熔池反应区1.物理条件①与熔化的母材充分混合②熔池的平均温度较低（1600~1900°C）③比表面积小（3~130cm3/Kg）④时间从几秒到几十秒⑤温度分布不均（在熔池头部的反应可能与尾部不一样）①熔池反应体系中各相浓度接近平衡浓度，反应速度小②药皮重量系数Kb大时，有部分熔渣直接进入熔池，参与并强化熔池反应③熔池反应物质处在连续更新过程，且维持准稳定状态2.化学条件①熔池反应速度小，程度小，对整个化学冶金过程贡献小②主要化学冶金反应同熔滴阶段，但程度和方向有可能改变3.特点（一）熔合比的影响1

5、.熔合比的定义：焊缝金属中熔化母材所占的比例，数值取决于焊接工艺（方法、规范、坡口）、母材、焊材三、焊接工艺条件与冶金的关系2.熔合比对焊缝金属的影响C0=θCd+(1-θ)CdC0——某元素在焊缝金属中的原始质量百分浓度Cb——该元素在母材中的质量百分浓度Cd——该元素在焊条中的质量百分浓度θ——熔合比（二）熔滴过渡特性的影响熔滴的过渡特性不同，意味着熔滴阶段的反应时间不同：细颗粒时反应时间短，不充分；粗颗粒时反应时间长，反应充分。（三）熔渣有效系数（）的影响1.概念：真正发生作用的熔渣量/金属量①熔滴阶段：g=m1/

6、mg②熔池阶段：=m2/m2.与kf不同于焊剂熔化量kf，一般≤kf3.焊接工艺对的影响I，从熔渣过渡的元素量故：熔渣有效系数对焊缝成分的影响a.焊材成分：影响冶金系统及过程、合金系统b.母材c.焊接工艺：影响冶金过程四、焊接化学冶金系统及不平衡性1.化学冶金系统①手工焊、埋弧焊：液态金属—熔渣—气相②气体保护焊：气相—液态金属③电渣焊：渣—液态金属2.不平衡性条件非平衡焊缝最终成分远离凝固平衡温度下的成分第二节焊接区的气体及熔渣一、区内气体（一）气体的来源及产生1.来源：焊材本身（造气剂及高价氧化

7、物、水）、锈及油污、空气侵入（约占3%）2.产生①有机物分解:纤维素约220~250℃开始分解，与水玻璃混合时，分解温度会更低，反应产物主要是CO2,少量CO、H2、烃类及水气②碳酸盐的分解a.空气中:分解物开始剧烈CaCO3545℃910℃MgCO3325℃650℃b.BaCO3分解温度比CaCO3高c.白云石CaMg(CO3)2分解分两步进行：CaMg(CO3)2CaCO3+MgO+CO2CaO+CO2d.焊条烘干温度：含CaCO3的焊条＜450℃含MgCO3的焊条＜300℃含有机物的焊条＜200℃③高价氧化物的

8、分解Fe2O3Fe3O4+O2FeO+O2MnO2Mn2O3+O2Mn3O4+O2④材料的蒸发沸点较低的Zn、Mn、Pb、Fe、F化物等1.简单气体反应方程式⊿H（kJ／mol）N2N+N-712.4O2O+O-489.9H2H+H-433.9H2H+H++e（发生