8.5中碳钢的焊接.ppt

Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 8 5 中碳调质钢的焊接 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 中碳调质钢中碳和其他合金元素的含量都较高 通过调质 处理获得较高的强度 其中加入合金元素的作用是保证淬透 性和提高抗回火性 而其强度主要还是取决于含碳量 但随 含碳量的增加 钢的焊接性明显变差 因此焊接工艺复杂 只有在退火状态下焊接 焊后必须经过调质处理才能达到使 用要求的接头性能 第五节 中碳调质钢的焊接 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 一 中碳调质钢的钢种 成分和性能 含碳量 c 0 25 0 45 屈服强度 880MPa 1176MPa 合金元素 Mn Si Cr Ni B及Mo W V Ti等 保证钢的淬透性和 消除回火脆性 热处理状态 淬火 回火 组织 S回 M回 M为片状 主要特点 高的比强度和高硬度 淬硬性比低碳调质钢高得多 淬火后得到 马氏体组织 再经回火得到的是片状马氏体 属于硬脆组织 因此钢的韧性 较低 焊接性较差 焊接工艺复杂 焊后必须通过调质处理才能保证接头的 性能 用途 火箭发动机 飞机起落架 坦克装甲钢 高负荷机器零件等 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 中碳调质钢的纯度对焊接性的影响特别重要 一般钢中S P不大于0 04 即可 但在这些钢中甚至降到0 02 时还会有裂纹敏感性 S增加热裂纹敏 感性 P降低塑性和韧性 提高冷裂敏感性 当钢材热处理到很高强度水 平时 例如作为火箭发动机外壳 强度1380MPa 规定S P的极限低于 0 015 为了达到高纯度的要求 基体金属和填充金属均需采用真空熔炼 办法 常用的中碳调质钢的化学成分和力学性能见表8 20和表8 21 一 中碳调质钢的钢种 成分和性能 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 钢号CMnSiCrNiMoVSP 30CrMnSiA 0 28 0 35 0 8 1 1 0 9 1 2 0 8 1 1 0 30 0 030 0 035 30CrMnSiNi2A 0 27 0 34 1 0 1 3 0 9 1 2 0 9 1 2 1 4 1 8 0 025 0 025 40CrMnSiMoVA 0 37 0 42 0 8 1 2 1 2 1 6 1 2 1 5 0 25 0 45 0 60 0 07 0 12 0 030 0 035 35CrMoA 0 30 0 40 0 4 0 7 0 17 0 35 0 9 1 3 0 2 0 3 0 030 0 035 35CrMoVA 0 30 0 38 0 4 0 7 0 2 0 4 1 0 1 3 0 2 0 3 0 1 0 2 0 030 0 035 34CrNi3MoA 0 3 0 4 0 5 0 8 0 27 0 37 0 7 1 1 2 75 3 25 0 25 0 4 0 030 0 030 40CrNiMoA 0 36 0 44 0 5 0 8 0 17 0 37 0 6 0 9 1 25 1 75 0 15 0 25 0 030 0 030 30Cr3SiNiMoVA0 320 70 0 963 10 0 910 70 0 110 0030 019 美 4340 0 38 0 40 0 6 0 8 0 2 0 35 0 7 0 9 1 62 2 00 0 2 0 3 0 025 0 025 美 H 11 0 3 0 4 0 2 0 4 0 8 1 2 4 75 5 5 1 25 1 75 0 3 0 5 0 01 0 01 表8 20 中碳调质钢的化学成分 质量分数 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 表8 21 中碳调质钢的力学性能 钢号热处理规范 屈服强度 s MPa 抗拉强度 b MPa 伸长率 5 断面 收缩率 冲击功 Akv J 硬度 HBW 30CrMnSiA870 890 油淬 510 550 回火 833 1078 10 40 49 346 363 870 890 油淬 200 260 回火 1568 5 25 444 30CrMnSiNi2A 890 910 油淬 200 300 回火 1372 1568 9 45 59 444 40Cr 850 油淬 520 回火 785 980 9 45 47 207 40CrMnSiMoVA 890 970 油淬 250 270 回火 空冷 1862 8 35 49 52HRC 35CrMoA 880 900 油淬 560 580 回火 490 657 15 35 49197 241 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 35CrMoVA 880 900 油淬 640 660 回火 686 814 13 35 39 255 30 2 34CrNi3MoA 850 870 油淬 580 670 回火 833 931 12 35 39 285 34 1 40CrNiMoA 840 860 油淬 550 650 水冷或空冷 833980125578269 30Cr3SiNiMo VA 910 油淬 280 回火 1666 9 美 4340 870 油淬 425 回火 13051480145025435 美 H 11 980 1040 空淬 540 回火 480 回火 1725 2070 钢号热处理规范屈服强度 s MPa 抗拉强度 b MPa 伸长率 5 断面 收缩率 冲击功 Akv J 硬度 HBW 表8 21 中碳调质钢的力学性能 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 一种 广泛使用的含Cr中碳调质钢 Cr 1 时对钢的塑性 韧性略 有提高 Cr 1 5 时能有效提高钢的淬透性 超过2 时对塑性影响 不大 但略使冲击韧性下降 Cr能增加低温或高温回火稳定性 但Cr钢 有回火脆性 40Cr具有良好的综合力学性能 较高的淬透性和较高的疲 劳强度 可用于制造较重要的 在交变载荷下工作的零件 如用于制造 齿轮和轴类等 一 中碳调质钢的钢种 成分和性能 中碳调质钢的合金系统可以归纳为以下几种类型 1 40Cr Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 Cr Mo钢是在Cr钢的基础上加入了一定量的Mo 如35CrMoA和 35CrMoVA Cr钢加入少量Mo Mo 0 15 0 25 可以消除Cr 钢的回火脆性 提高淬透性 使钢具有较好的强度与韧性匹配 提高 高温强度 V可以细化晶粒 提高强度 塑性和韧性 增加高温回火 稳定性 这类钢含碳量较高 淬透性较大 焊接性较差 一般要求焊 前预热和焊后热处理等 一 中碳调质钢调质钢 的钢钢种 成分和性能 2 Cr Mo系 一般在动力设备中用于制造承受载荷较高 截面较大的重要零部件 汽轮机叶轮 主轴和发电子转子等 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 一 中碳调质钢调质钢 的钢钢种 成分和性能 30CrMnSiA 40CrMnSiMoVA以及在该基础上发展起来的含Ni钢 30CrMnSiNi2A 都属于Cr Mn Si钢系统 是应用最广泛的一类中碳调 质钢 这类钢的显著特点是强度很高 焊接性差 因Cr Mn Si钢具有回火脆性 因此回火时必须避开发生第一类回火脆性 的温度范围 300 400 同时在高温回火时必须快冷 以防止出现第 二类回火脆性 这类钢除了在调质状态下应用外 有时在损失一定韧性的情况下 为提 高强度 减轻结构重量 采用200 250 的低温回火 以便得到具有很高 强度 b 1700MPa 的低温回火马氏体组织 当工件厚度小于25mm时 可采用等温淬火 得到下贝氏体组织 此时强度与塑性 韧性得到良好 的配置 这种钢在飞机制造中用得较为普遍 3 Cr Mn Si钢 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 一 中碳调质钢调质钢 的钢钢种 成分和性能 30CrMnSiA是一种典型的Cr Mn Si系统的中碳调质钢 其中不含贵重的 Ni 价格低廉 因此在我国得到广泛应用 在退火状态下 它的组织是 铁素体 珠光体 调质状态下的组织为回火索氏体 30CrMoSiNi2A是在Cr Mo Si的基础上加入一定的镍 大大提高了淬透 性 调质后强度比30CrMnSiA有明显提高 并保持了较高的韧性 但它 的焊接性较差 冷裂纹敏感性较高 40CrMnSiMoVA为一种新型的低铬无镍中碳调质钢 由于碳的增加 且 不含镍 焊接性更差 可用来代替30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构 件 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 40CrNiMoA 34CrNiMoA都属Cr Ni Mo系 由于加入了3 的Ni 和Mo 显著提高了淬透性和抗回火软化的能力 对改善钢的韧性也 有好处 使钢具有强度高 韧性好 淬透性大等好的综合性能 主 要用于高负荷 大截面的轴类以及承受冲击载荷的构件 如汽轮机 喷气涡轮机及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等 一 中碳调质钢调质钢 的钢钢种 成分和性能 4 Cr Ni Mo钢 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 中碳调质钢含碳量较高 结晶温度区间宽 容易出现偏析 所以这类钢对结 晶裂纹比较敏感 焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部位开裂 二 中碳调质钢的焊接性分析 1 焊缝中的结晶裂纹 材料 在选择焊接材料时 应尽量选用含碳量低的 含S P杂质少的填充材 料 采用低碳低硅焊丝H18CrMoA 焊丝中碳在0 15 以下 最高不超过 0 25 严格限制母材及焊丝中的S P含量 s p 0 030 0 035 对于 重要产品的钢材 如含碳量更高的4340钢 和焊丝 要求采用真空熔炼或电渣精 炼 将S和P总含量控制在0 025 以下 工艺 在焊接工艺上应注意保证填满弧坑和良好的焊接成形 因为热裂纹 容易出现在未填满的弧坑处 特别是在多层焊时第一层的弧坑中以及焊缝的 凹陷部位 选用焊接参数时要注意降低熔合比 结晶裂纹的预防 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 二 中碳调质钢的焊接性分析 中碳调质钢的含碳量较高 屈服强度在590 980Mpa的低 中碳调质钢 的碳当量 Ceq 一般都超过了0 5 多数都超过了0 6 加入的合金元 素也较多 淬硬倾向大 易形成硬脆组织 粗大马氏体 M主要是高碳M 粗大而硬脆 冷裂敏感性大 随wC的增加 在500 以下的温度区间过冷奥氏体具有更大的稳定性 图 2 17a b Ms点较低 在低温下形成的马氏体难于产生 自回火 效应 冷 裂倾向大 2 冷裂纹 中碳调质钢的淬硬倾向十分明显 冷裂倾向较为严重 原因 尽量降低焊接接头中的扩散氢 采取预热措施 焊后须及时进行回火处理 消除应力退火 预防 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 图2 17 a 30CrMnSi和 b 40CrNiMo钢的等温转变曲线 12 T t s T t s a b 二 中碳调质钢的焊接性分析 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 二 中碳调质钢的焊接性分析 中碳调质超高强钢还具有应力腐蚀开裂敏感性 这种应力腐蚀常发生在水 或高湿度空气等弱腐蚀性介质中 为了降低焊接接头的应力腐蚀开裂倾向 应采用热量集中的焊接方法和较小的焊接线能量 避免焊件表面的焊接 缺陷和划伤 2 冷裂纹 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 热影响区脆化 c 0 25 0 45 中碳调质钢的含碳量高 合金元素较 多 有相当大的淬硬倾向 马氏体转变温度低 400 无 自回火 过程 因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏体组织 尤其是高碳马氏 体 导致热影响区脆化 冷速越大 生成的高碳马氏体越多 脆化越严 重 常用中碳调质钢模拟热影响区的连续冷却组织转变的特征参数见表2 26 从这些图表可以看出 马氏体起始转变温度Ms点一般低于400 马 氏体的硬度 500HV 这样高硬度的马氏体组织必然导致较低的韧性 二 中碳调质钢的焊接性分析 3 焊接热影响区性能的变化 脆化 软化 Chapter2 碳钢及低合金钢的焊接 表2 26 常用中碳调质钢热影响区的组织转变的特征参数 钢号Ms Mf tb s tm s tf s tp s 最高 硬度 HV 30CrM o 370 22 0 84。