焊接热影响区的脆化机理及防治措施ppt课件

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5 热应变时效脆化
定义：在制造焊接结构的过程中，不可避免地要
进行各种加工，如下料、剪切、弯曲变形、气割、 矫形、锤击、焊接和其他热加工等程序。有这些 加工引起的局部应变、塑性应变对焊接HAZ脆化 有很大的影响，由此而引起的脆化称为热应变时 效脆化。
分类：
（1）静应变时效脆化
防止或消除M-A组元和遗传脆化，应制定严格的焊
接工艺参数:焊前预热温度选MS+50~80 ˚C，层间温
度不低于马氏体转变点MS，以避免在焊缝和热影响 区产生非平衡的淬火组织，焊后应进行紧急后热及
调质处理。
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6 防治措施
对于不同的材料进行焊接，要防止脆化也必须制 定相应的措施。但是，简言之，大概分为以下几 个方面：
其典型组织特征是，在晶粒周围或亚晶界上出现 成串非连续分布的等轴细晶，此外过热的粗晶组 织基本上保留了加热前的大小和形貌。
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4 组织脆化
“组织遗传”引起脆化的原因是晶粒粗大、M-A 组元的产生以及孪晶马氏体的增加。
总之， 不管是M-A组元脆化还是“组织遗传”脆 化，脆化原因与M-A组元的存在密切相关。M-A 组元是一种脆硬性组织，其存在一定程度上导致 HAZ韧性降低，这一点毋庸置疑。
焊接热影响区的脆化机 理及防治措施
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1 HAZ的脆化
定义：
HAZ脆化是热影响区在焊接热循环作用下所发生的塑性、 韧性严重下降的现象。
分类：
粗晶脆化、析出相脆化、组织转变脆化、热应变脆化、氢 脆化和石墨脆化等。
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2 粗晶脆化（CGHAZ）
焊接粗晶热影响区处在焊缝和母材的过渡区域。 焊接过程中，其加热温度接近钢材的熔化温度， 虽然高温停留时间短暂，但与一般热处理不同， 在焊接的连续加热和冷却条件下，奥氏体晶粒长 大具有热惯性，实际晶粒度较粗。
在室温或低温下受到预应变后产生的时效脆化
现象。
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5 热应变时效脆化
其特征是强度和硬度增强，而塑性、韧性下降。 只有钢中存在碳、氮自由间隙原子时才会发生这 种现象。
（2）动应变时效脆化
一般在较高的温度下，特别是200~400˚C温度 范围的预应变所产生的时效脆化现象。
HAZ的热应变脆化多数属于动应变时效脆化所引 起，通常所说的“蓝脆性”就属于动应变时效脆 化现象。
例如，AlN在晶界析出，Ti（C,N）在晶内析出， 都呈块状形式。这种状态的第二相会严重阻碍位 错的运动，从而导致过热区的脆化。若Fe3C沿晶 界呈薄膜状析出，或形成粗大碳化物，也会导致 脆化。
在快速冷却条件下，若碳、氮化合物来不及析出， 则在焊后回火或时效过程中也可能产生脆化（如 回火脆化）。
根据Hall-Petch公式
可知，晶粒
越粗大，脆性转变温度越高，即脆性增加。晶粒
直径d与脆性转变温度VTrs的关系如下图所示。
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2 粗晶脆化（CGHAZ）
焊接热影响区的粗晶脆化与一般热处理过程
中单纯晶粒长大造成的脆化不同，原因在于晶粒
粗大的同时着化学成分、组织状态不均匀，这种
伴随非平衡条件下形成的粗晶脆化程度更为严重。
在焊接含有碳化物或氮化物形成元素的钢时，在过 热区，母材原有第二相（碳化物或氮化物）均可大 部分溶解。在冷却过程中，由于溶解度的降低，这 些碳、氮化合物将再次发生沉淀。但由于焊接时高 温停留时间短，奥氏体均质化程度低，因此，再次 沉淀的碳、氮化合物将以块状形式呈不均匀析出。
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3 析出相脆化
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2 粗晶脆化（CGHAZ）
例如，对于不易淬火刚，粗晶脆化主要是由于 晶粒长大，甚至形成粗大的魏氏体组织；对于 易淬火刚，则主要是由于产生脆硬的孪晶马氏 体所致。
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3 析出相脆化
对于某些金属或合金，在焊接冷却过程中，或是在 焊后回火或时效过程中，从过饱和固溶体中析出氮 化物、碳化物或金属间化合物时，引起金属或合金 脆性增大的现象，称为析出相脆化。
首选正火作为消除应变时效脆化的处理方法。
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6 防治措施
为了防止CGHAZ脆化，一般应严格控制焊接热输 入，采用预热、后热等工艺措施。常规的焊接工艺 是焊前退火或正火处理，焊后进行调质处理。但有 时鉴于焊接的实际情况，焊前无法退火或正火，焊 后无法进行调质处理，必须通过焊后热处理保证其 韧性满足要求。
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4 组织脆化
（1）M-A组元脆化
M-A组元一般是在中等冷却速度下形成。在焊接 冷却过程中，奥氏体不断向铁素体转变，碳及合 金元素向未转变的奥氏体中扩散，造成奥氏体的 碳浓度不断增加，在随后的冷却过程中，这些高 碳奥氏体转变成高碳马氏体与残余奥氏体组成的 岛状组织即M-A组元，有时M-A组元中的马氏体 也包含低碳板条马氏体。
M-A组元中的马氏体一般为高碳马氏体，容易引
发微裂纹。随着M-A组元数量的增多，韧脆转变
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4 组织脆化
温度将显著升高。因此，在HAZ内出现M-A组元将 会导致HAZ韧性降低，引起脆化。
M-A组元引发裂纹的可能微观机制有四种: ①脆硬的条状M-A组元发生开裂引发裂纹; ②相邻块状M-A组元间的残余拉应力相互叠加，有助
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5 热应变时效脆化
关于热应变时效脆化的机理，目前多数人认为是 由于柯氏气团对于位错的钉扎作用。
例如，Q245（原20钢）厚壁高压管在服役过程中 可能会发生应变时效脆化。冷加工Q245钢的应变 时效是间隙原子(碳、氮，尤其是氮原子)与金属 位错间的钉扎和解扎相互作用的结果，应变时效 现象中危害最大的是冲击吸收能量、断裂韧度等 韧性指标的降低，也就是通常所说的应变时效脆 化。
于微裂纹的产生; ③M-A/基体界面(尤其是沿晶分布的块状M-A组元)的
应力集中和碳的偏析导致M-A组元与基体分离而产 生微裂纹; ④ M-A组元的变形导致p其pt课件与完整 基体分离而引发微裂纹。9
4 组织脆化
（2）遗脆化
所谓“组织遗传”是指厚板结构钢多层焊时，若 第一焊道的HAZ粗晶区位于第二焊道的正火区(相 变重结晶区)或两相区晶区的组织仍保留粗晶组织 和结晶学的位向关系。