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1、 本科毕业论文题 目：EZNiFe 电弧热焊工艺对HT250 焊接接头粗晶区组织和硬度的影响院 （部）： 材料科学与工程学院专 业： 材料成型及控制工程班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 2011 年 6 月 11 日目 录摘 要.IVABSTRACT.V1 前 言.11.1 铸铁的定义、分类及应用11.1.1 铸铁定义11.1.2 铸铁的分类11.1.3 铸铁的应用21.2 我国铸铁焊补的发展现状21.3 HT250 的力学性能、成分，元素在 HT250 中的作用、基本要求等31.3.1 HT250 的成分及力学性能31.3.2 元素在 HT250 中的作用31.4 EZN
2、iFe 焊接材料及特点41.5 灰铸铁的焊接性分析.41.6 焊接方法优缺点51.6.1 CO2 气体保护焊51.6.2 埋弧自动焊51.6.3 焊条电弧焊61.6.4 灰铸铁的气焊.71.6.5 灰铸铁的钎焊.71.6.6 灰铸铁的电弧焊接工艺.72 焊接试验材料及方法.102.1 试验材料及方法102.1.1 焊接材料及参数.102.1.2 焊接工艺参数.112.2 焊接注意事项.112.3 试板焊接及金相制备.112.3.1 焊接试验焊缝.112.3.2 金相组织的制备及注意事项113 工艺参数对 HT250 粗晶区组织的影响.153.1 焊接接头的形成153.2 铸铁焊接中各金相组织的
3、形成特点、形成原因及防止措施153.2.1 铁素体.153.2.2 珠光体.153.2.3 马氏体.163.2.4 莱氏体.163.2.5 石墨163.2.6 磷共晶.183.3 不同工艺参数对组织的影响193.3.1 不同预热温度对焊接接头组织的影响193.3.2 不同焊接层数对焊接接头组织的影响223.4 小结.234 焊接工艺参数对 HT250 力学性能的影响.244.1 力学性能定义及种类.244.1.1 定义244.1.2 种类244.2 试验方法及试样尺寸.244.2.1 维氏硬度试验操作过程.254.2.2 试样尺寸254.3 力学性能检测分析254.4 小结.265 结 论.2
4、8谢 辞.29参考文献.30摘 要我国各种铸铁的年产量现约为 800 万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%-15%，若这些铸件工报废，以 1997 年铸铁平均价格计算 ，其损失每年高达 10 亿元以上。采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件，由于焊接成本低，不仅可获得巨大的经济效益，而且有利于及时完成生产任务。本文中使用 YM130 金相显微镜和 HV-1000 显微硬度计对焊接接头进行分析，讨论了 EZNiFe 焊条的电弧热焊工艺对 HT250 焊接接头粗晶区组织和硬度的影响。试验证明，使用 EZNiFe 焊接 HT250 时，适当提高预热温度，并采用多层焊的工艺措施可有效改善接头组
5、织，降低粗晶区硬度。关键词：EZNiFe 焊条；热焊工艺 HT250；组织；硬度；影响The influence of EZNiFe arc heat welding processes to coarse grain district organization and hardness of HT250 welding joint.ABSTRACTThe annual output of cast iron in China is about 800 tons. All kinds of casting production with casting defects accounts for
6、 10% to 15% of cast iron. If these casting work scrapped, calculated in the average price in 1997 cast iron, its losses each year are as high as 10 billion yuan of above. Due to welding low cost, use welding repair methods to repair these defective iron castings not only can gain enormous economic b
7、enefit, but also can timely complete the production tasks. Through using YM130 Metallographic microscope and HV-1000 Micro hardness tester, this article discussed the influence of arc heat welding processes to the coarse grain district organization and hardness of HT250 welding joint. Experiments pr
8、oved that by increasing preheating temperature appropriately and using multi-level welding process measures can effectively improve the joint organization, reduce coarse grain area hardness, when use EZNiFe to weld HT250. Key Words: EZNiFe rod；Heat welding process；HT250；Organization；Hardness；Influen
9、ce1 前 言1.1 铸铁的定义、分类及应用1.1.1 铸铁定义铸铁是碳的质量分数大于 2.11%的铁碳合金。工业常用的铸铁为铁-碳-硅合金，其碳的质量分数为 3.0%4.5%，硅的质量分数为 1.0%3.0%，同时含有一定量的锰及杂质元素磷、硫等1。1.1.2 铸铁的分类1）按断口颜色分 （1）灰铸铁 这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的切削性能，普遍应用于工业中。 （2）白口铸铁 白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很高的表
10、面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁。 （3）麻口铸铁 麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用。 2）按化学成分分 （1）普通铸铁 是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。 （2）合金铸铁 是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、耐热、耐磨的特殊性能铸铁。 3）按生产方法和组织性能分 （1）普通灰铸铁 参见“灰铸铁” 。 （2）孕育铸铁 这是在灰铸铁基础上，采用“变质处理”而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，
11、而截面尺寸变化较大的大型铸件。 （3）可锻铸铁 可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰铸铁具有较高的韧性，又称韧性铸铁。它并不可以锻造，常用来制造承受冲击载荷的铸件。 （4）球墨铸铁 简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛。 （5）特殊性能铸铁 这是一种有某些特性的铸铁，根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。大都属于合金铸铁，在机械制造上应用较广泛。1.1.3 铸铁的应用铸铁熔点低，液态下流动性好，结晶收缩率小，便
12、于铸造生产形状复杂的机械零部件。另外，铸铁还具有成本低，耐磨性、减震性和切削加工性能好等优点，在机械制造业中获得了广泛应用。按质量统计，在汽车、农机和机床中铸铁用量约占 50%-80%。1.2 我国铸铁焊补的发展现状铸铁焊补有三种情况。其一，我国各种铸铁的年产量现约为 1200 万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的 10%-15%，即通常所说的废品率为 10%-15%，若这些铸件直接回炉，以 1997 年铸铁平均价格计算 ，其损失每年高达 10 亿元以上。采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件，由于焊接成本低，不仅可获得巨大的经济效益，而且有利于及时完成生产任务。其二，由于各种原因，铸铁成品
13、件在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使其报废。若要更换新的，由于铸铁成品件都经过各种机械加工，价格往往较贵。特别是一些重型铸铁成品件，如锻造设备的铸铁机座一旦使用不当而出现裂纹，就得停止生产，若要更换新的锻造设备，不仅价格昂贵，且从订货、运货到安装调试往往需要很长时间，所以要很长时间处于停产状态。这方面的损失是巨大的。若能用焊接方法及时修复出现的裂纹，则可以挽回巨大的经济损失。其三，铸铁焊接可以用于零部件的生产中。这是指用焊接的方法将铸铁（主要是球墨铸铁）件与铸铁件、各种钢件或有色金属焊接起来而生产出零件。我国目前在这方面比较落后，处于刚起步阶段。如我国山东某厂已用高效离心铸造的大直径球
14、墨铸铁管与一般铸造方法生产的变直径球墨铸铁法兰用焊接方法连接而制成产品。制造中铸铁焊接已成为我国下一步发展铸铁焊接技术的方向。它往往具有巨大的经济效益。1.3 HT250 的力学性能、成分，元素在 HT250 中的作用、基本要求等1.3.1 HT250 的成分及力学性能表 1.1 是灰铸铁的成分范围，表 1.2 是 HT250 的力学性能。表 1.1 灰铸铁成分 质量分数%元素名称CSiMnSP含量2.73.51.02.70.51.20.150.3表 1.2 HT250 力学性能1.3.2 元素在 HT250 中的作用1）碳和硅碳和硅是强烈促进石墨化的元素，正确控制碳和硅含量可获得所需组织和性
15、能。随其含碳、硅量的增加，铸铁的组织由白口转变为珠光体甚至铁素体基体的珠光体。2）锰锰是阻碍石墨化的元素，促进形成渗碳体；与硫形成 MnS，其熔点高可减弱硫的有害作用；锰可促进珠光体形成，从而提高铸铁的强度。但锰量过高，会阻碍第二阶段石墨化，有二次渗碳体沿境界析出，使铸铁强度降低，脆性增加。另外，锰的质量分数在 2.0%以内时，锰量增多，共晶团数随之提高2。3）硫硫能阻碍碳原子的扩散，是一个促进形成白口铸铁的元素，而且降低铁液的流动性，恶化铸造性能，增加铸造热裂纹、疏松缺陷。其为有害元素，含量应控制在 0.15%以下。另外，硫是影响灰铸铁共晶团的一个重要元素，低的含硫量对提高共晶团不利3,4。
16、4）磷铸件壁厚/mm/MPabHBS410102020303050270240220200175260164247157236150225磷促进石墨化作用不太明显。磷含量过多形成磷共晶，其性质硬而脆，影响随分布形态的不同而不同。磷还可以增加铁液的流动性，有利于铸造成形。通常灰铸铁的含磷量应控制在 0.2%以下。1.4 EZNiFeEZNiFe 焊接材料及特点焊材型号：EZNiFe （牌号：Z408） ；EZNiFe 是镍铁合金焊芯，强还原性石墨药皮的铸铁焊条，具有强度高、塑性好、线膨胀系数低等特点。抗裂性对灰铸铁与 EZNi（Z308）差不多，但对球墨铸铁则比 EZNi强，对含磷量高（0.2%P）的铸铁，也具有良好的效果，切削加工性能比 EZNi 和EZNiCu（Z508）稍差。用于常温或稍经预热（至 200左右）灰铸铁及球墨铸铁的焊接。交直流两用。 1.5 灰铸铁的焊接性分析灰铸铁硫、磷杂质含量高，强度低，塑性差，焊接时冷却速度快，焊件受热不均匀造成较大焊接应力，导
