焊接冶金基本知識(shí)-金屬在受力時(shí)結(jié)構(gòu)和性能的變化
作者：小編 時(shí)間：2025/6/27 9:39:19
1.金屬的彈性變形和塑性變形
金屬在外力作用下，產(chǎn)生一定的變形。變形將引起金屬晶格結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致力學(xué)性能的變化。例如鋼板經(jīng)過卷簡加工后，塑性和韌性將有一定程度的下降，同時(shí)強(qiáng)度和硬度將有一定程度的上升。又如鐵絲在反復(fù)彎折時(shí)可以感到它逐漸變硬。這些都是晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果。
金屬在外力的作用下產(chǎn)生的變形分彈性變形和塑性變形兩種。金屬在彈性變形時(shí)只發(fā)生原子之間距離的暫時(shí)性變化。當(dāng)引起變形的外力去除后，晶格恢復(fù)原來的形狀，金屬的外形也就完全恢復(fù)為原來的外形。當(dāng)作用在晶體上的外力繼續(xù)增加時(shí)，晶體就繼續(xù)變形。當(dāng)變形
量超過金屬彈性變形能力的極限后，便開始產(chǎn)生塑性變形。
經(jīng)過塑性變形的金屬，晶粒沿著外力的方向被拉長了。在每個(gè)伸長的晶粒里，晶格受嚴(yán)重的歪扭，其結(jié)果是金屬的硬度和強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低。變形金屬產(chǎn)生所謂加工硬化的現(xiàn)象。焊接件在生產(chǎn)過程中的卷筒、壓彎、冷校直等均屬于冷加工，也都發(fā)生不同程度的加工硬化現(xiàn)象。
硬化現(xiàn)象不僅發(fā)生在冷塑性變形的瞬間，而且在變形以后，金屬的硬度繼續(xù)在緩慢地升高，只不過是在冷塑性變形的瞬間硬度上升較快，而在這以后，硬度的上升逐漸緩慢下來。這種隨著時(shí)間的延長，硬度逐漸升高的現(xiàn)象，叫做金屬在冷塑性變形后的“自然時(shí)效”。工業(yè)上為了檢驗(yàn)時(shí)效以后的金屬韌性，常常采用在冷塑性變形后再加熱的辦法加速時(shí)效的過程。這種辦法叫做“人工時(shí)效處理”。焊接試板的人工時(shí)效處理方法是：將焊接試板初步加工后，放在拉力試驗(yàn)機(jī)上，順著焊縫方向?qū)⒑缚p金屬及其兩側(cè)的熱影響區(qū)及母材一起拉長10%(或5%)。然后放入爐中加熱到250℃,保溫1h,空氣中冷卻。從這種處理過的試板上截取的焊縫沖擊試樣所獲得的沖擊韌度，叫做該焊縫的時(shí)效沖擊韌度。對(duì)某一焊接結(jié)構(gòu)的焊接接頭或焊縫金屬，是否需要進(jìn)行時(shí)效沖擊韌度試驗(yàn)，由設(shè)計(jì)部門規(guī)定。
2.金屬的再結(jié)晶
經(jīng)過塑性變形的金屬還可以恢復(fù)其塑性和韌性，其辦法是，通過熱處理消除晶格的歪扭現(xiàn)象，使原子重新回到穩(wěn)定位置。這時(shí)金屬的硬度和強(qiáng)度回降，塑性和韌性回升。這種熱處理叫做再結(jié)晶熱處理。
每一種金屬都有一定的再結(jié)晶溫度。這個(gè)溫度--般與金屬的熔點(diǎn)高低有關(guān)。例如鐵為450℃左右，銅為300℃左右，鉛和錫的再結(jié)晶溫度甚至低于室溫。當(dāng)采用的熱處理溫度高于該金屬的再結(jié)晶溫度時(shí)，再結(jié)晶的過程可以加速完成。例如工業(yè)上，鋼在600～680℃進(jìn)行低溫退火可以用于經(jīng)過冷加工變形后的冷拔
鋼絲、冷軋鋼板或冷加工變形后的焊接件，使它們通過再結(jié)晶，降低鋼的硬度、強(qiáng)度和脆性，提高韌性和塑性，并消除內(nèi)應(yīng)力。
在焊接件的生產(chǎn)中，鋼材及隨之一起冷變形的焊縫(如帶有焊縫鋼板的卷筒、冷?；蚶錄_壓),并不是在所有情況下都必須經(jīng)過再結(jié)晶熱處理后才能保證焊接件的安全使用。對(duì)于不同的材料及不同的冷變形量，一般要由設(shè)計(jì)者規(guī)定是否進(jìn)行熱處理。
3.晶粒度對(duì)金屬塑性變形能力的影響
在化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)相同的情況下，細(xì)晶粒比粗大晶粒金屬的塑性和韌性高。在焊接時(shí)，一般都要注意避免在焊接接頭中出現(xiàn)晶粒粗大的過熱組織。這種嚴(yán)重過熱的組織，多半是由于焊接熱輸入過大、工件散熱條件不好或預(yù)熱溫度過高等工藝原因所造成。焊接時(shí)的過熱組織主要發(fā)生在熱影響區(qū)的過熱區(qū)，有時(shí)也發(fā)生在焊縫金屬，因?yàn)檫@些部位有可能由于上述工藝上的原因，在過熱溫度下停留的時(shí)間過長，使晶粒過分長大。
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