②含有碳化物形成元素(Cr、W、Mo、V、Ti、Nb)的钢,奥氏体的转变过程更加缓慢。a). 碳化物形成元素扩散速度小,b).其本身还阻碍碳的扩散。
③加热速度对已形成的奥氏体进行均质化过程也具有重要的影响。由于奥氏体的均质化过程是属于扩散过程,因此加热速度快和相变以上停留时间短,都不利于扩散过程的进行,从而均质化的程度很差。
4.4焊接冷却过程组织转变的特点
由于焊接热影响区所经历的热过程与热处理条件下有明显不同,因此冷却过程的组织转变会有很大差异,其冷却过程中组织的转变也有特点。焊接和热处理时,加热及冷却过程。熔合线附近是焊接接头的薄弱地带,主要研究该区的冷却组织转变。
TM-金属熔点 Tm-峰值温度 tH(t’+t’’)-加热时间 t’m-热处理加热时间
tb-热处理保温时间
图4-5焊接热处理加热及冷却过程示意图
现已合金钢例如40Cr钢为例说明合金钢的冷却组织转变特点:
40Cr 钢在焊接条件下的CCT曲线比热处理条件下的CCT曲线
向左移,即,在同样冷却速度条件下焊接时比热处理时的淬硬倾向小。
实线-焊接虚线-热处理
图4-640Cr钢CCT图
原因:
40Cr 在热处理条件下,可以有充分的时间使碳化物合金元素向奥氏体内部溶解。而在焊接条件下,由于加热速度快,高温停留时间短,所以这些合金元素不能充分地溶解在奥氏体中,奥氏体稳定性降低,钢的淬硬倾向降低。
4.5焊接条件下CCT图的建立及应用
焊接CCT图的应用
连续冷却组织转变图(CCT图),可以比较方便地预测焊接热影响区的组织和性能。因此,许多国家都十分重视这项工作。
①在新钢种投产之前就测定出其CCT图,查出在一定焊接工艺条件下HAZ的组织和性能,作为选择焊接E、T0和制定焊接工艺的
依据;
②根据CCT图,只要知道熔合线附近的t8/5就可方便地查出其相应的组织和硬度。即预先判断出钢种在焊接条件下的接头性能,由此预测钢的淬硬倾向及产生冷裂纹的可能性。
只要知道被焊钢材焊接热影响区所研究部位的实际冷却时间t8/5,将其与该钢种SHCCT图提供的临界冷却时间相对应,就能判断所研究部位的组织和硬化倾向,预测焊接热影响区淬硬及冷裂倾向,为钢材制定正确的焊接工艺提供科学依据。SHCCT图的测定参照YB/T 5128-93(原GB5057)《钢的连续冷却转变曲线图的测定方法》进行,采用热模拟试验机对钢的临界点进行测定,试样为
φ3mm×10mm的小圆柱;采用热模拟试验机对不同焊接热循环条件下的热影响区粗晶区组织转变规律进行测定和研究,试样取自25mm厚TMCP890钢板的1/4厚度处,试样尺寸为φ10mm×80mm的小圆柱。
图4-7热模拟试验机
图4-8TMCP890钢SHCCT图
影响CCT图的因素 (1)母材化学成分的影响
焊接条件下的CCT曲线的形状,从根本上来说取决于母材的成分。除钴之外,所有固溶于奥氏体的合金元素都使CCT曲线向右移,即增加淬硬倾向,并降低Ms点,其中以碳的影响为最大。
(2)冷却速度的影响
a. 冷速增大,Fe-C相图向左下方移动,0.4~0.8%C成分范围可形成伪共析组织;
b. 当钢中含有碳化物或氮化物形成元素时,因其在焊接条件下并未溶于奥氏体中,而使得奥氏体的稳定性降低,CCT曲线左移;
c. 冷却速度增加:Ms有所上升;马氏体形态会有所改变: M条→M片原因:冷却速度增大,马氏体滑移抗力增大,不均匀切变以孪晶方式进行。
(3)峰值温度的影响
峰值温度升高,使过冷奥氏体的稳定性加大,促使奥氏体晶粒粗化。两方面共同作用的结果使奥氏体稳定性增高,CCT曲线右移。
(4)晶粒粗化的影响
在焊接条件下,奥氏体晶粒不但在加热过程中长大,而且在冷却过程中也长大,即所谓晶粒长大的“热惯性”。晶粒粗化对奥氏体的分解转变及转变产物的形态有很大影响。晶粒越粗大,晶界的总面积越小,也就减小了形核的机会,不利于奥氏体的转变。CCT曲线右移。
(5)应力应变的影响
焊接过程不可避免地产生应力。
a. 拉伸应力作用明显地降低奥氏体的稳定性,CCT曲线左移。 应力和应变都会增加奥氏体的内能,从而加速扩散过程,有利扩散型相变的进行。
b. 应力应变影响由奥氏体向马氏体的转变:拉应力、切应力可促进马氏体转变(体积增大),Ms升高和马氏体转变量增加;压应力则会阻碍马氏体转变。