第四章--材料成型过程化学冶金-PPT精品

第四章材料成型过程化学冶金概述……材料成型过程化学冶金过程：高温条件下，液态金属与各种物质之间的的相互作用过程4.1、材料成型过程化学冶金特点1：铸造化学冶金特点⑴、金属与铸型的热作用型砂传热是一个不稳定的导热过程。如书上图4-1—4-3图?湿型水分分布图⑵、金属与铸型的机械作用?⑶、金属与铸型的物理化学作用?4.1、材料成型过程化学冶金特点2：焊接化学冶金特点⑴、焊接金属应在保护环境中进行如图⑵、焊接金属应在保护环境分区域连续进行?药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区；叙述熔滴过渡概念?如书上图4-4—4-5图4.1、材料成型过程化学冶金特点钢铁熔化温度?一般炼钢温度1600℃，焊接温度达1600℃～2000℃，平均温度达℃。焊条熔滴?⑶、焊接化学冶金反应高温特征?10017004.1、材料成型过程化学冶金特点界面大，热不稳定，搅拌强烈（各种机械力、液态金属密度差、表面张力等作用下发生强烈搅拌）；时间短。如书上图4-7图与熔池图?⑷、焊接化学冶金反应完全有利与不利因素?4.1、材料成型过程化学冶金特点⑸、焊接化学冶金反应填充金属与合金过渡?dppAAAAp—焊缝母材金属面积Ad—焊缝填充金属面积θ—溶合比（稀释率）dbwebCCCCCC110。或：如表4-1C0—焊缝金属A元素含量Cw—实际焊缝金属A元素含量Cb—母材金属A元素含量Ce—焊条金属A元素含量Cd—熔敷金属A元素含量4.1、材料成型过程化学冶金特点m药—单位长度药皮质量m芯—单位长度焊芯质量芯药mmK0药皮重量系数Kb焊条剖视图渣熔率Kf：每熔化1g焊丝所熔化渣的数量，焊接参数对渣熔率的影响（如书上4-9图P157）。还原IKfUKf反接焊渣熔率Kf大于正接焊。4.2、气体对金属的作用1、焊接过程气体的来源4.2.1、气体的来源及存在形式气体的来源焊接材料周围气体表面吸附金属、熔渣蒸发4.2、气体熔融金属的作用2、铸造过程气体的来源3、气体的成分与存在形式等、、、、气、、22222HNOOHCOCO气体的来源炉料炉气炉衬氧化剂与还原剂等4.2、气体熔融金属的作用1、氮在金属中的溶解4.2.2、气体在液态金属中的溶解与对金属质量的影响金属与氮作用分为两类：一类既不溶解氮又不与氮反应（Cu、Ni等）；另一类能溶解氮且与氮反应（Fe、Ti、Mn、Si、Cn等）。氮在空气中存在形式看书上图4-10，p159。一、气体氮4.2、气体熔融金属的作用空气中存在N、O时，一定条件下发生如下反应：液态金属的氮溶解度molkJNN2/4.7112ONONONNONO22eNeN22NNpKSNKN2—氮溶解平衡常数SN—液态金属的氮溶解度pN2—气相中分子氮分压4.2、气体熔融金属的作用在焊接条件下，当时：kpappFeN1012FeNp-1lgTlgS21815.01050如图2、氮对焊接质量的影响氮的影响时效脆化Fe4N气孔合金化4.2、气体熔融金属的作用1、氢在金属中的溶解金属与氢作用分为两类：一类与氢反应形成稳定化合物（Ti、Zr、V、Ta、Nb等）温度升高溶解度下降，注意防止固态吸氢。另一类与氢不反应形成稳定化合物（Al、Fe、Ni、Ce、Cr、Mo等），溶解是吸热反应，温度升高溶解度增大，注意防止高温熔氢。二、气体氢4.2、气体熔融金属的作用以第二类金属为例，溶解氢的影响因素。⑴、液态金属的氢溶解度22HHHpKSKH2—氢溶解平衡常数SH—液态金属的氢溶解度水蒸汽分解如书上图4-12？4.2、气体熔融金属的作用FeHp-1lgTlgS21252.21720⑵、纯铁氢溶解度随温度变化关系⑶、熔渣的作用⑷、焊接正反接的影响如图？如图⑸、合金元素的影响Ti、Zr、Nb使氢溶解度增高；Mn、Ni、Cr、Mo影响不大；C、Si、Al使氢溶解度下降。4.2、气体熔融金属的作用如图？⑹、焊接后存放时间的影响扩散氢、氢原子（离子）直径小，能在金属晶格中自由扩散，此类氢称为扩散氢。剩余氢、分子氢直径大，不能自由扩散，称为剩余氢。4.2、气体熔融金属的作用2、氢对焊接质量的影响氢的影响氢脆白点冷裂纹气孔4.2、气体熔融金属的作用1、氧在金属中的溶解金属与氧作用分为两类：一类是固、液态不溶解氧，与氧强烈反应形成高熔点化合物，如（Mg、Al等），；另一类是有限溶解氧，与氧高温下反应形成氧化物，如（Fe、Ni、Ce、Ti等）。二、气体氧4.2、气体熔融金属的作用⑴、液态铁氧溶解度22ooopKSKo—氢溶解平衡常数So2—液态金属的氢溶解度734.26320maxTOlg⑵、纯铁氧最大溶解度随温度变化关系4.2、气体熔融金属的作用⑶、金属是否氧化判断金属被还原—平衡状态—金属被氧化—222222oooooopppppp—系统氧化物分（解）压po2—金属氧化物分解压2op焊接工艺对焊缝氢、氮、氧含量的影响如书上表4-34.2、气体熔融金属的作用2、氧对焊接质量的影响氧的影响性能下降物化性能变差工艺性变差合金烧损4.2、气体熔融金属的作用1、氮的控制4.2.3、气体的控制减少焊缝氮含量措施：用渣、气保护，隔离与空气接触；减少焊接电压；增大焊接电流；采用直流反接；利用合金去氮；限制型砂氮含量。4.2、气体熔融金属的作用2、氢的控制减少焊缝氢含量措施：烘干焊条，选用低氢碱性焊条；清理焊丝；冶金处理；增大焊接电压；减少焊接电流；去氢退火。4.2、气体熔融金属的作用2、氧的控制减少焊缝氧含量措施：纯洁焊材，隔离氧化性气体；严控焊接工艺（如短弧焊？）；脱氧。4.3、熔渣与金属的反应一、熔渣作用及分类4.3.1、焊接熔渣1、熔渣作用熔渣作用保护作用冶金作用改善工艺2、熔渣分类（免讲）二、熔渣的结构理论（免讲）4.3、熔渣与金属的反应三、熔渣的性质酸性熔渣：等、、222ZrOTiOSO碱性熔渣：、等、、、、ONaFeOMnOMgOCaO2两性熔渣：等、3232OFeOAl简述其特点？还原4.3、熔渣与金属的反应1、熔渣的碱度B1221ROROORBR2O—一价碱性氧化物RO—二价碱性氧化物RO2—酸性氧化物322222221OAlZrOTiO0.5SiOCaFFeOMnO0.5ONaOKMgOCaOB下式为改进式（国际焊接协会（ⅡW）推荐使用）4.3、熔渣与金属的反应2、熔渣的粘度⑴、熔渣成分的影响促进形成粗大阴离子应力子的物质提高粘度；阻碍形成粗大阴离子物质降低粘度；酸性渣内添加碱性渣均使粘度下降。反之，提高粘度。4.3、熔渣与金属的反应2、熔渣的粘度⑵、温度的影响如书上图4-15温度升高使粘度下降。反之，提高粘度。长渣与短渣4.3、熔渣与金属的反应3、熔渣的表面张力熔渣的表面张力对焊缝质量的影响？熔渣具有金属键、离子键的表面张力较大；具有极性键的表面张力较小。添加酸性氧化物，使表面张力减小；添加碱性氧化物，使表面张力增大。如书上图4-17温度高，表面张力减小；温度低，表面张力增大4.3、熔渣与金属的反应4、熔渣的熔点熔渣的熔点对焊缝质量的影响？熔渣的熔点影响因素？如书上图4-18？三元相图成分表示5、熔渣的导电性碱性氧化物、升温，增加熔渣导电率；酸性氧化物、降温，降低导电率？4.3、熔渣与金属的反应1、扩散氧化4.3.2、活性熔渣对金属的氧化以自由氧化物形式存在的活性熔渣，对液态金属有较强的氧化作用。在特定渣液中，在一定温度下，FeO在渣、铁液中有特定的分配。FeOFeOL(FeO)—存在于渣液中［FeO］—存在于铁液中L—分配系数4.3、熔渣与金属的反应在SiO2（酸性）饱和液中。877.14906TlgL在CaO（碱性）饱和液中。980.15014TlgL在酸、碱性渣中，FeO在渣、铁液中如何分配？FeOFeOL4.3、熔渣与金属的反应2、置换氧化QFeOSiFeSiO22204.613460lg22TKSiOFeOSiKSiSiQFeOMnFeMnO2216.36600lg2TKMnOFeOMnKMnMn叙述渗硅、锰反应？4.3、熔渣与金属的反应222TiOMnTiMnO3222343OAlSiAlSiO同理有渗铝、钛反应？4.3、熔渣与金属的反应4.3.3、焊缝金属脱氧Ni-Cu-W-Mo-Fe-Cr-Nb-Mn-V-Si-B-Ti-Mg-C-Al-Ce脱氧剂应有较强氧化性、不溶于液态金属、密度小与氧亲和力强脱氧先期脱氧沉淀脱氧扩散脱氧4.3、熔渣与金属的反应1、沉淀脱氧？如书上碳、锰、硅的脱氧。2、扩散脱氧从液态金属扩散到熔渣？FeOFeO4.3、熔渣与金属的反应4.3.4、硫磷的控制关于硫磷？1、原材料成分？2、冶金法脱硫磷？4.3、熔渣与金属的反应还原⑴、脱硫FeOMgSMgOFeSFeOCaSCaOFeSFeOMnSMnOFeS⑶、脱磷FeOPFeOPFe1152523524525235243OPCaOCaOOPOPCaOCaOOPQFeMnSMnFeS4.3、熔渣与金属的反应⑶、熔渣碱度的影响增加MnO、CaO、MgO、减少FeO，有利于脱硫；增加CaO、FeO，有利于脱磷。如熔渣碱度；脱硫磷化学式4.4、液态金属与铸型的界面反应（免讲）4.5、合金处理4.5.1、合金过渡系数关于铸、焊的合金化？edCC—合金元素过渡系数Cd—某元素在熔敷金属中含量Ce—某元素原始加入含量4.5、合金处理4.5.2、影响合金元素过渡系数的因素1、合金元素的物化性2、合金元素的含量3、合金元素的粒度4、药皮（焊剂）成分5、熔渣碱度6、药皮（焊剂）的相对数量与焊接工艺埋弧焊，正、反极性焊，熔渣率Kf。4.6、固态金属在加热过程中的物理化学变化一、氧化4.6、固态金属在加热过程中的物理化学变化Ni-Cu-W-Mo-Fe-Cr-Nb-Mn-V-Si-B-Ti-Mg-C-Al-Ce与氧亲和力强4.6、固态金属在加热过程中的物理化学变化二、脱碳4.6、固态金属在加热过程中的物理化学变化Ti、Zr、V、Ta、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Fe与碳亲和力弱方向合金元素与碳的亲和力排序：4.6、固态金属在加热过程中的物理化学变化三、炉气性质4.6、固态金属在加热过程中的物理化学变化温度、加热速度、气氛本章结束请认真复习并做完作业p183：1、3、11湿型浇铸后瞬间水分分布图还原离型壁距离0强度水分强度水分完全烘干区，温度高于100度水分饱和凝聚区，温度高稳定于100度水分不饱和凝聚区，温度高低于100度未受影响区，温度为室温ⅠⅢⅡⅣⅠⅢⅡⅣ氩弧焊示意图(不熔电极)焊丝工件喷嘴进气管直流电源钨电极导电嘴电弧氩气流电渣焊（丝极）示意图10引出板10引入板8成型铜板5焊缝6熔池4渣池3焊丝2导电嘴1焊件7引弧板9埋弧焊示意图还原熔滴颗粒过渡射流过渡细颗粒过渡粗颗粒过渡熔滴短路与渣壁过渡还原短路过渡渣壁过渡I/A80120160150017001900210023002500200涂薄CaCO3药皮光焊丝反接正接焊条熔滴还原击℃T/焊件接直流电源正极，焊条接负极。——正接焊件接直流电源负极，焊条接正极。——反接熔池形状还原ABB0HxyZ焊接方向焊缝示意图还原母材金属填充金属熔敷金属还原熔敷金属：真正过渡到焊缝中的填充金属。焊条剖视图还原药皮焊芯气体分压还原气体分压（英语：partialpressure）：指的是当气体混合物中的某一种组分在相同的温度下占据气体混合物相同的体积时，该组分所形成的压强。141618051015202520222426283035404550(N)(H)氢与氮在液态铁中的溶解度还原℃T100/1100./gm