焊接防飛濺液與氮對焊縫的影響
發(fā)布時間： 2013-4-10 16:41:45
氮對焊縫金屬組織的影響
光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果表明，焊接防飛濺液焊縫金屬的組織不隨含氮量的變化而變化，三種焊縫的焊態(tài)區(qū)和重結(jié)晶區(qū)組織均以細(xì)小均勻的針狀鐵素體為主，在焊態(tài)區(qū)內(nèi)還有少量先共析鐵素體析出。投射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在針狀鐵素體晶界存在條狀組織。
由電子衍射分析得知，這些條狀組織是奧氏體。經(jīng)X射線衍射測定，三種焊接防飛濺液焊縫中均存在一定數(shù)量的殘余奧氏體，其含量分別為2.06%、2.50%和3.50%。有關(guān)殘余奧氏體的形成可作如下解釋。在焊接冷卻過程中，焊縫金屬從奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過程中總要伴隨著C、N原子的擴(kuò)散。與C原子相類似，N原子在ɑ-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于在?-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)。相反，N在ɑ-Fe中飽和溶解度卻較其在?-Fe中飽和溶解度小得多。
因此，當(dāng)焊接防飛濺液焊縫金屬向針狀鐵素體轉(zhuǎn)變時，針狀鐵素體晶核一旦形成，C、N原子將不斷地從正在生長的針狀鐵素體邊緣向尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體中擴(kuò)散。隨著 ?-ɑ轉(zhuǎn)變過程的進(jìn)行，在針狀鐵素體之間的剩余奧氏體中的C、N原子的濃度將顯著提高。
由于焊接防飛濺液焊縫中Mn和Ni的含量較高，使奧氏體的穩(wěn)定性增強(qiáng)，?-ɑ轉(zhuǎn)變溫度降低；另外C、N本身也是強(qiáng)烈溫度奧氏體因素，所以固溶于奧氏體中的C、N濃度增加后，使?-ɑ轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)一步降低。此時，在較低溫度下，針狀鐵素體晶界的部分富C、N奧氏體將趨于向馬氏體轉(zhuǎn)變。
但是，當(dāng)奧氏體向針狀鐵素體轉(zhuǎn)變到一定數(shù)量后，剩余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的自由能變化的程度，在隨后的冷卻過程中奧氏體不再發(fā)生轉(zhuǎn)變，而作為殘余奧氏體存在于焊接防飛濺液焊縫之中。測試表面，在-80℃下殘余奧氏體仍是穩(wěn)定的
氮對焊縫金屬韌性的影響
焊絲中氮的含量在(60-140)x10-6時，焊接防飛濺液焊縫金屬在-40℃下仍具有良好的沖擊性能。眾所周知，焊接防飛濺液焊縫金屬的韌性受化學(xué)成分，組織結(jié)構(gòu)等因素的綜合影響。首先，從組織方面分析，均勻細(xì)小的針狀鐵素體和殘余奧氏體都有利于提高韌性。
因為針狀鐵素體有利于阻止斷裂過程中裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展；殘余奧氏體也有阻止裂紋擴(kuò)展的作用。在殘余奧氏體的形成過程中N原子起到了一定作用。因此可以認(rèn)為，在Mn-Ni-Mo系焊縫中，氮對提高焊縫沖擊韌性有積極作用。
另一方面，從化學(xué)成分的影響看，由于N在奧氏體中溶解度大而擴(kuò)散系數(shù)小，所以在常溫或低溫下處在奧氏體中的N原子時穩(wěn)定的。因此，雖然焊接防飛濺液焊縫中的固溶N遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了N原子在ɑ-Fe中飽和溶解度，但因為絕大多數(shù)N原子并未達(dá)到過飽和程度，從而不會產(chǎn)生過飽和固溶N導(dǎo)致的晶格畸變及位錯塞積，這對提高焊縫韌性起到重要作用。
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本文參考《焊接材料手冊》一書。
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