【正文】 對鑄鐵組織的影響 鑄鐵焊接方法 焊條電弧焊、氣焊、 CO2氣保電弧焊、手工電渣焊、 氣體火焰釬焊以及氣體火焰粉末噴焊等 近年來，直接將焊接用于零部件的生產(chǎn)在實際工作中的比例越來越大，主要是將 球墨鑄鐵件之間 、 球墨鑄鐵與各種鋼件或有色金屬件之間 ，采用細絲 CO2焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊、電阻對焊、擴散焊等方法連接起來 鑄鐵焊接 應(yīng)用 ：① 鑄造缺陷的焊補 。 ② 已損壞的鑄鐵成品件的焊補 。 ③ 零部件的生產(chǎn) (把鑄件與鋼件焊接起來作成零部件 ) 對鑄鐵焊接的要求： 1）焊后焊接接頭是否進行機械加工 2）焊縫顏色是否與母材一致 3）焊后接頭是否承受很大工作應(yīng)力 4）焊縫金屬及接頭力學(xué)性能是否要求與母材一致 5）焊接成本 根據(jù)被修復(fù)件的結(jié)構(gòu)剛度以及對焊補后機械加工 要求的不同，采用焊條電弧焊或氣焊方法： ? 熱焊 ：焊前將被修復(fù)鑄件整體加熱到 600~700℃ 并在此溫度下焊接 ? 半熱焊 ：焊前預(yù)熱到 400℃ ? 冷焊 ：焊前不預(yù)熱 焊補后 緩冷 →防止焊接裂紋并改善焊補區(qū)域的機械加工性能 鑄鐵電弧焊的 焊縫金屬 分類 Fe基 Ni基 Cu基 鑄鐵 鋼 球 墨 鑄 鐵 蠕 墨 鑄 鐵 灰 鑄 鐵 高 釩 鋼 低 合 金 鋼 碳 素 鋼 Ni C 奧 氏 體 Ni Fe C 奧 氏 體 Ni Cu C 合 金 Cu Fe 合 金 Cu Al 合 金 Cu Ni Mn 合 金 圖 64 鑄鐵電弧焊的焊縫金屬分類 鑄鐵的焊接性分析 _ 焊接接頭白口及淬硬組織 _ 焊縫區(qū) 半熔化區(qū) 奧氏體區(qū) 部分重結(jié)晶區(qū) 焊接裂紋 _ 冷裂紋 熱裂紋 球墨鑄鐵的焊接性特點 _ 鑄鐵的焊接性分析 鑄鐵化學(xué)成分特點： C、 Si含量高， S、 P雜質(zhì)含量高 灰鑄鐵力學(xué)性能特點： 強度低 ， 塑性差 鑄鐵焊接性： 較差 表現(xiàn)：焊接接頭容易出現(xiàn) 白口 及 淬硬組織 容易產(chǎn)生 裂紋 原因：焊接加工具有冷卻速度快，焊件受熱不 均勻造成較大焊接應(yīng)力等 焊接接頭白口及淬硬組織 灰鑄鐵 ： wC%=%， wSi%=% 焊條電弧焊 FeCSi三元合金： 共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變是在某一 溫度區(qū)間進行的 共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間： L→A+Fe3C（介穩(wěn)態(tài)） 或 L→A+G （穩(wěn)態(tài)） 共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間： A→F+Fe3C （介穩(wěn)態(tài)） 或 A→F+G （穩(wěn)態(tài)） 冷卻速度快時： A→M 圖 65 灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭各區(qū)域組織變化 wSi%=% 半熔合區(qū) 焊 縫區(qū) 熱影響區(qū) 母材 半熔合區(qū) 焊縫區(qū) 焊縫金屬冷卻速度 鑄件在砂型中的冷卻速度 焊縫成分為 鑄鐵 ，即同質(zhì)焊縫時： 焊縫主要由共晶滲碳體、二次滲碳體及珠光體，即具有萊氏體組織的 白口組織 白口組織：硬而脆，硬度高達 500～ 800HB 將影響整個焊接接頭的機械加工性 能，同時促進產(chǎn)生裂紋 不預(yù)熱條件下，即使增大焊接熱輸入，仍然不能 完全消除白口 同質(zhì)鑄鐵焊縫 ，要求： 選擇合適的焊接材料，調(diào)整焊縫化學(xué)成分、增強 焊縫金屬的石墨化能力，并配合適當?shù)墓に嚧胧┦购? 縫金屬緩冷， 促進碳以石墨形式析出 采用：熱焊或半熱焊 同質(zhì)焊條：碳、硅含量高 防止白口 灰鑄鐵焊接 異質(zhì)焊縫 ： ① 低碳鋼焊條 焊接灰鑄鐵，盡量采用小電流，減少母材熔化量，并配合預(yù)熱等措施減緩冷卻速度，防止馬氏體相變，以獲得珠光體類型組織為主的鋼焊縫 ② 或采用 鎳基奧氏體 焊條 灰鑄鐵焊接 半熔化區(qū) 高溫下： L+高碳 γ 冷卻時：共晶溫度區(qū)間 L→A+共晶 Fe3C 繼續(xù)冷卻： A析出 Fe3C(Ⅱ ) 共析溫度區(qū)間： A→F+Fe3C（ A→P ） 最終得到： 共晶 Fe3C+ Fe3C(Ⅱ ) +P 的白口鑄鐵 快冷：出現(xiàn) A→M （固態(tài)相變） 溫度范圍： 1150～ 1250℃ ， 固相線和液相線之間 焊接時處于半熔化狀態(tài) 奧氏體區(qū) 溫度范圍： 820～ 1150℃ 固相線與共析溫度上限之間 只有固態(tài)相變 距離熔合線遠近不同，即熱循環(huán)最高溫度不同， 奧氏體化的溫度不同，使得碳在奧氏體中的含量產(chǎn)生差別 奧氏體區(qū)溫度較高地方：碳較多地向周圍奧氏體擴散 使含碳量增高，同時奧氏體晶粒長大 奧氏體區(qū)溫度較低地方：碳向周圍奧氏體擴散數(shù)量較 少使含碳量較低，且奧氏體晶粒較小 隨后冷卻過程中：首先 A析出 Fe3C(Ⅱ ) 而后 共析轉(zhuǎn)變： A→F+Fe3C 冷卻速度較慢： A → P 冷卻速度較快： A →M 使焊接接頭加工性變差 部分重結(jié)晶區(qū) 溫度范圍： 780～ 820℃ 奧氏體與鐵素體雙相區(qū) 加熱時：母材中 P →A 鐵素體晶粒長大 冷卻過程：再次發(fā)生固態(tài)相變， A → P 快冷：出現(xiàn) M 最終得到： 馬氏體＋鐵素體 混合組織 鑄鐵焊接特點：焊縫金屬的多樣化而與母材成分有 較大差異 “熔合區(qū)”白口： 未完全混合區(qū)白口（石墨化元素較焊 縫少，冷卻時易生成白口）和半熔化區(qū)連在一起 形成較寬的白口帶 異質(zhì)焊縫的熔合區(qū)物理化學(xué)反應(yīng)更為復(fù)雜 焊接裂紋 冷裂紋 （熱應(yīng)力裂紋） 鑄鐵焊接的常見缺陷 鑄鐵焊接接頭出現(xiàn)裂紋： 承載能力大大下降 整體結(jié)構(gòu)也不能滿足致密性要求 →導(dǎo)致焊接失敗 溫度： 500℃ 以下 出現(xiàn)位置： 焊縫 及 熱影響區(qū) 均有較大冷裂紋敏感性 不焊接僅局部加熱至高溫，冷卻后就可能產(chǎn)生裂紋 1）冷裂紋產(chǎn)生的原因 鑄鐵型 同質(zhì)焊縫 ： 出現(xiàn)： 焊縫較長 或焊補部位 剛度較大 時容易出現(xiàn) 即使焊縫沒有白口或馬氏體組織也可能產(chǎn)生 溫度： 500℃ 以下 伴隨：脆性斷裂的聲音 冷裂紋 很少在 500℃ 以上產(chǎn)生 的原因： 一方面是由于鑄鐵在較高溫度下有一定塑性 另一方面是此時焊縫承受的焊接應(yīng)力也較小 2/10 )(2 tam ??? ?式中： σ0—平均拉伸應(yīng)力； ρt —裂紋尖端的曲率半徑； a —代表內(nèi)部裂紋長度的一半； σm —裂紋尖端處的最大應(yīng)力 1）冷裂紋產(chǎn)生的原因 鑄鐵焊縫冷裂紋的裂紋源 ：片狀石墨的尖端位置 原因：片狀石墨減小了焊縫金屬的有效承載面積 且尖端會造成嚴重的應(yīng)力集中 灰鑄鐵 500℃ 以下：強度低、塑性差 焊接應(yīng)力作用下 →片狀石墨尖端裂紋源將穿過 F與 P的基體窄橋向前擴展 焊縫止裂能力差 →形成尺寸較大貫穿焊縫金屬脆性宏觀裂紋 1）冷裂紋產(chǎn)生的原因 不同 石墨形態(tài) 鑄鐵，裂紋敏感性不同： 原因：石墨邊緣形狀不同 ① 應(yīng)力集中 程度不同，對基體組織割裂程度不同 →造成力學(xué)性能的差異 ② 止裂能力 也有較大差別 灰鑄鐵 ： 片狀石墨 邊緣非常尖銳，應(yīng)力集中系數(shù)大， 抗拉強度低，塑性差，止裂能力也差 →冷裂紋傾向大 球墨鑄鐵 ：冷裂傾向比相同組織的灰鑄鐵低 蠕墨鑄鐵 ：冷裂傾向處于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間 焊縫冷裂紋傾向 低碳鋼焊條 焊接灰鑄鐵：得到鋼焊縫，容易出現(xiàn)馬氏體或二次滲碳體，焊縫仍具有 較大冷裂紋傾向 異質(zhì)焊條焊接灰鑄鐵： 連續(xù)長焊縫產(chǎn)生橫向裂紋并發(fā)出金屬斷裂聲 其中： NiCu焊縫：收縮率高、熱應(yīng)力大、裂紋傾向較大 高釩鋼焊縫：橫向冷裂