第一章第二節(jié)(金屬學(xué)及熱處理基本知識)

金屬焊接與熱切割作業(yè)Jingshu

HanJie

yu

Reqiege

Zuoye全國特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)考核統(tǒng)編教材編輯主講張愛喜安全第一預(yù)防為主綜合治理第一章第二節(jié)金屬學(xué)及熱處理基本知識金屬學(xué)及熱處理是研究金屬材料的化學(xué)性能、物理性能、機(jī)械性能、焊接性能、材料力學(xué)性能以及冷熱加工工藝的基礎(chǔ)。是從事機(jī)械設(shè)計(jì)和加工、制造、維修工作的必要的基礎(chǔ)理論。學(xué)習(xí)要點(diǎn)：第一章第二節(jié)金屬學(xué)及熱處理基本知識一、金屬晶體結(jié)構(gòu)的一般知識眾所周知：世界上的物質(zhì)都是由化學(xué)元素組成的。根據(jù)這些化學(xué)元素按性質(zhì)可分成兩大類第一大類是金屬類（83種）第二大類是非金屬類（22種）金屬學(xué)及熱處理基本知識第一章第二節(jié)（一）晶體的特點(diǎn)一般的固態(tài)金屬及合金都是晶體，并非所有的固態(tài)物質(zhì)都是晶體。晶體與非晶體的區(qū)別不在外形，而在內(nèi)部的原子排列。在晶體中，原子按一定規(guī)律排列得很整齊。而非晶體中，原子則是散亂分布。由于晶體與非晶體中原子排列不同，其性能也不相同。第一章第二節(jié)金屬學(xué)及熱處理基本知識固態(tài)金屬具有不透明、有光澤、有延展性、有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等特性，并且隨著溫度的升高，金屬的導(dǎo)電性降低，電阻率增大，這是金屬獨(dú)具的一個特點(diǎn)。非金屬元素不具備金屬元素的特征，而且與金屬相反，隨著溫度的升高，非金屬的電阻率減小，導(dǎo)電性提高。第一章第二節(jié)金屬學(xué)及熱處理基本知識（二）典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬的原子按一定方式有規(guī)則地排列成一定空間幾何形狀的結(jié)晶格子，稱為晶格

。金屬的晶格常見的有：1.體心立方晶格2面心立方晶格3.密排六方晶格金屬學(xué)及熱處理基本知識金屬學(xué)及熱處理基本知識鐵屬于立方晶格，隨著溫度的變化，鐵可以由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。這種晶格的轉(zhuǎn)變，稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。金屬學(xué)及熱處理基本知識完整的Fe-Fe3C相圖(相)α-Fe（體心）912℃γ-Fe（面心）1394℃δ-Fe（體心）金屬學(xué)及熱處理基本知識鋼材之所以能通過各種熱處理方法來改變其內(nèi)部組織，從而改善性能的內(nèi)在因素之一。也是焊接熱影響區(qū)中各個區(qū)域與母材相比，具有不同組織和性能的原因之一。金屬學(xué)及熱處理基本知識焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)二、合金的基本概念金屬學(xué)及熱處理基本知識1、合金：合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或其他方法行成的具有金屬特性的物質(zhì)。2、合金組織的分類：一）、固溶體是指一種物質(zhì)的原子均勻地溶解在另一種物質(zhì)的晶格內(nèi)，形成單相晶體結(jié)構(gòu)。置換固溶體間隙固溶體金屬學(xué)及熱處理基本知識（1）置換式固溶體溶質(zhì)原子代替部分溶劑原子占據(jù)晶格中的節(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體置換式固溶體示意圖形成置換固溶體的條件：1、兩組元化學(xué)性質(zhì)相近；

2、原子半徑差別較小金屬學(xué)及熱處理基本知識（2）間隙式固溶體溶質(zhì)原子插入溶劑晶格的間隙而形成的固溶體。形成條件：r溶質(zhì)/r溶劑＜0.59；間隙式固溶體都是有限固溶體碳溶于γ-Fe的間隙式固溶體金屬學(xué)及熱處理基本知識形成固溶體時由于晶格畸變（晶格歪扭）使合金強(qiáng)度和硬度升高的現(xiàn)象-固溶強(qiáng)化固溶體晶格畸變示意圖固溶強(qiáng)化是提高金屬強(qiáng)度的重要途徑之一金屬學(xué)及熱處理基本知識二）、金屬間化合物

金屬間化合物是合金組元之間相互發(fā)生作用而形成具有金屬特性的一種新相。晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熔點(diǎn)、硬度高，脆性大。三）、機(jī)械混合物合金是由兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)彼此機(jī)械混合組成。比單一的固溶體合金有更高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，塑性和壓力加工性能較差。金屬學(xué)及熱處理基本知識三、鋼的熱處理將金屬加熱到一定溫度，并保持一定時間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫，這個過程稱為熱處理。它能在不改變工件形狀和整體的化學(xué)成分的前提下，通過改變工件內(nèi)部顯微組織或表面化學(xué)成分的途徑，改變工件的使用性能。各種不同的熱處理曲線金屬學(xué)及熱處理基本知識常用的熱處理工藝方法有以下幾種：1、淬火將鋼(高碳鋼和中碳鋼等)加熱到適當(dāng)溫度，在此溫度下保持一段時間使鋼的組織全部變成奧氏體然后快速冷卻(水冷或油冷)，使奧氏體來不及分解和合金元素的擴(kuò)散而形成馬氏體組織，稱為淬火。淬火后可以提高鋼的硬度及耐磨性。在焊接碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。金屬學(xué)及熱處理基本知識2、回火淬火后進(jìn)行回火，可以在保持一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上恢復(fù)鋼的韌性?；鼗鸬蜏鼗鼗鹬袦鼗鼗鸶邷鼗鼗?50~250℃350~450℃500~650℃低溫回火后得到回火馬氏體組織，硬度稍有降低，韌性有所提高。中溫回火后得到回火屈氏體組織，提高了鋼的彈性極限和屈服強(qiáng)度，同時也有較好的韌性。高溫回火后得到回火索氏體組織，可消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的塑性和韌性。金屬學(xué)及熱處理基本知識3、正火將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫后，在空氣中冷卻,稱為正火。該區(qū)的鐵素體和珠光體全部變?yōu)閵W氏體，晶粒長大較慢，空冷后，獲得均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體。也稱為細(xì)晶區(qū)。1153℃910℃金屬學(xué)及熱處理基本知識4、退火將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時間后，隨爐緩慢而均勻地冷卻，稱為退火。退火可降低硬度，使材料便于切削加工，能消除內(nèi)應(yīng)力等。消除應(yīng)力退火屬于低溫退火，一般采用600--650℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，亦稱焊后熱處理。1—3常用金屬材料的一般知識一、金屬材料的性能金屬材料的性能通常包括物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能和工藝性能等。

其中物理化學(xué)性能包括密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、抗氧化性、耐腐蝕性等。金屬學(xué)及熱處理基本知識（一）金屬材料的力學(xué)性能金屬材料受外部負(fù)荷時，從開始受力直至材料破壞的全部過程中所呈現(xiàn)的力學(xué)特征，稱為力學(xué)性能。它是衡量金屬材料使用性能的重要指標(biāo)。力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、塑性、硬度和韌性等。金屬學(xué)及熱處理基本知識（二）金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能是指承受各種冷熱加工的能力。1、切削性能2、鑄造性能3、焊接性能金屬學(xué)及熱處理基本知識焊接性能：焊接性能是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。

焊接性能受材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個因素的影響。金屬學(xué)及熱處理基本知識焊接性能評定方法有很多，其中廣泛使用的方法是碳當(dāng)量法?？勺鳛樵u定鋼材焊接性能的一種參考指標(biāo)。

碳當(dāng)量法用于對碳鋼和低合金鋼淬硬及冷裂傾向的估算。金屬學(xué)及熱處理基本知識常用碳當(dāng)量的計(jì)算公式：CE=C+MnCr+Mo+VNi+Cu6+5+15X%金屬學(xué)及熱處理基本知識經(jīng)驗(yàn)證明：當(dāng)CE<0.4%時，鋼材的淬硬傾向不明顯，焊接性優(yōu)良，焊接時不必預(yù)熱;當(dāng)CE=0.4%~0.6％時，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，需采取適當(dāng)預(yù)熱和控制線能量等工藝措施，當(dāng)CE>O.6%時，鋼材的淬硬傾向強(qiáng)，屬于較難焊的材料，需采取較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。金屬學(xué)及熱處理基本知識二、鋼材的分類、編號及焊接特點(diǎn)1、鋼材的分類含碳量在2.11%以下的鐵碳合金稱為鋼。含碳量2.11%~6.67%的鐵碳合金稱為鑄鐵。（一）.按化學(xué)成分分類碳素鋼低碳鋼含碳量小于0.25%。中碳鋼含碳量為0.25%~o.6o%。高碳鋼含碳量大于0.60%。金屬學(xué)及熱處理基本知識（二）合金鋼這種鋼中除碳素鋼所含有的各元素外，尚還有其他一些元素,如鉻、鎳、鈦、鉬、鎢、釩、硼等。如果碳素鋼中錳的含量超過0.8%，或硅的含量超過0.5%時，這種鋼也稱為合金鋼。金屬學(xué)及熱處理基本知識2.按用途分類(1)結(jié)構(gòu)鋼(2)工具鋼(3)特殊用途鋼3.按品質(zhì)分類(1)普通鋼(2)優(yōu)質(zhì)鋼(3)高級優(yōu)質(zhì)鋼金屬學(xué)及熱處理基本知識1、碳素鋼的編號按照GB700一2006的規(guī)定，鋼的牌號由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四部分按順序組成。如Q235一A`F，Q235一B等。Q235—A·F沸騰鋼質(zhì)量等級為A級鋼的屈服強(qiáng)度為235MPa屈服點(diǎn)的字母(2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號用兩位數(shù)字表示。如45號鋼表示鋼中平均含碳量為0.45%，08鋼表示平均含碳量為0.085%（3）合金結(jié)構(gòu)鋼的編號合金結(jié)構(gòu)鋼的鋼號由三部分組成：數(shù)字十化學(xué)元素符號十?dāng)?shù)字?！纭?6Mn”鋼，從鋼號可知：其平均含碳量為0.16%，平均含錳量為<l.5%。金屬學(xué)及熱處理基本知識鋼材的焊接特點(diǎn)：1、低碳鋼的焊接特點(diǎn)2、中碳鋼的焊接特點(diǎn)3、高碳鋼的焊接特點(diǎn)4、普通低合金鋼的焊接特點(diǎn)金屬學(xué)及熱處理基本知識1-4焊接工藝基礎(chǔ)知識一、焊接接頭的種類與型式根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB985—88規(guī)定，焊接接頭的基本形式可分為：對接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭、焊接工藝基礎(chǔ)知識（一）對接接頭兩件表面構(gòu)成大于或等于1350，小于或等于1800夾角的接頭叫做對接接頭。焊接工藝基礎(chǔ)知識（二）角接接頭

兩焊件端面構(gòu)成大于300小于1350夾角的接頭，稱作角接接頭。

角接接頭一般用于不重要的焊接結(jié)構(gòu)中。開放口的角接接頭一般結(jié)構(gòu)中很少采用。焊接工藝基礎(chǔ)知識（三）T形接頭兩焊件端面與平面構(gòu)成直角或近似直角的接頭，稱為T形接頭。焊接工藝基礎(chǔ)知識二、焊縫坡口的基本形式與尺寸焊接工藝基礎(chǔ)知識（二）坡口的幾何尺寸α

坡口角度β坡口面角度B對接間隙P鈍邊R根部半徑H坡口深度焊接工藝基礎(chǔ)知識（三）焊縫位置根據(jù)焊接術(shù)語GD/T3375-1994的規(guī)定，焊縫位置是指焊件接縫所處的空間位置，可用焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角來表示。即：平焊、立焊、橫焊、仰焊水平面焊縫傾角焊縫焊縫轉(zhuǎn)角焊接工藝基礎(chǔ)知識（1）平焊位置焊縫傾角00，焊縫轉(zhuǎn)角900的焊接位置。焊接工藝基礎(chǔ)知識（2）橫焊位置焊縫傾角00,1800：焊縫轉(zhuǎn)角00,1800的對接位置。（3）立焊位置焊縫傾角900（立向上）2700（立向下）的焊接。（4）仰焊位置對接焊縫傾角00，1800：