1、非平衡组织实验,授课教师：张德库 Tel: 84315776(O)13951012239办公室：材料系338栋301室,一、非平衡组织实验的作用和地位,二、如何上好非平衡组织实验课？,四、非平衡组织实验课的要求,实验绪论及准备知识,三、非平衡组织实验课的安排,二、如何上好非平衡组织实验课？,1、每次实验课前要求预习（完成预习报告）,2、实验中认真操作和记录实验数据，并进行适当数据处理 （经过初步处理的实验的原始数据必须有教师签名）,3、实验完成后要求完成实验报告,4、按时交实验报告,实验课的安排,1、每班分为两个A、B两个实验班,2、每两位同学一组,3、A、B两个实验班分别进行各自的实验。,4
2、、实验课成绩有三部分组成：平时表现(20%)、实验报告(40%)、实验考试(40%),非平衡组织实验课的要求,3、应注意安全，化学药品废弃物应放入专用瓶。实验后注意卫生保持及用品的整洁。,1、按时到实验室,2、上课时应注意秩序，不许大声喧哗。,主要参考书,1、中国机械工程学会焊接学会编著. 焊接金相图谱.机械工业出版社 .1987 .,实验一 低碳钢弧焊焊缝组织金相实验,一、实验目的1. 了解低碳钢焊缝各区域的典型组织特点； 2. 掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。,二、实验内容Q235焊缝及热影响区各区域典型组织观察；2. 20钢焊缝及热影响区各区域典型组织观察。,三、实验仪器设备和材料1
3、. 设备： 平板玻璃 1块 正置式金相显微镜 1台 抛光机 1台 吹风机 1个 2. 试样： 粗细金相砂纸 1套 不同焊缝结晶形态的典型试片 若干 低碳钢焊接接头试片 1块 4%硝酸酒精溶液 无水醇 脱脂棉 若干,四、实验原理,焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。,焊缝凝固时的结晶形态 1.焊缝的交互结晶,图1 焊缝金属的交互结晶示意图,2. 焊缝的结晶形态,图5 低碳钢焊接热影响区分布特征,3、20钢焊接热影响区,（1）熔合区 （2）粗晶区 （3）细晶区 （4）不完全重结晶区,五、
4、实验方法和步骤,1、将已焊好试件(以结422焊条在的试件上堆焊)，切成的试片，然后把试片四周用砂轮打去毛刺，并把四个角打磨成圆角。 2、用金相砂纸打磨纸上。试片研磨完生，用清水冲洗，进行机械抛光，抛光后再用清水冲洗试片。 3、将抛光好的试片，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，大约经过510s左右，立即用清水冲洗，然后用无水乙醇轻轻擦去水分，并用吹风机吹干。4、 4、把已制备好的试片在显微镜下进行观察与分析 分清焊接接头各区域后，仔细辨认各区域组织的特征，在显微镜下，测定焊接热影响区各区域的宽度，把各区的宽度及组织填入表。,六、实验报告要求,1. 根据实验所绘制的低碳钢焊接接头和组织和所测定各区域宽度，
5、结合低碳钢的状态图以及焊接热循环曲线，绘制低碳钢焊接接头的组织图和所测定各区域宽度，结合低碳钢的状态图以及焊接热循环曲线，绘制低碳钢焊接接头组织变化与状态图的关系示意图。 2. 分析低碳钢焊接接头各区域组织变化的特征，说明各组织的生成机理及对焊接接头性能的影响。 3. 由实验绘制焊缝典型结晶形态；根据浓度过冷理论，分析等轴晶，树枝状晶，胞状晶等组织与过冷的关系；说明材料成分对焊缝结晶形态的影响。解释同一焊缝中存在不同结晶形态的原因。从理论上分析实验中观察到的结果 ，分别说明各焊缝组织从熔合区到焊缝 中心变化的趋势。,七、实验注意事项,1. 试样磨制时需要注意平整度； 2. 各区域照片拍摄需注意
6、结晶状态的典型性。,八、思考题,1. 低碳钢焊接热影响区中，为什么会出现魏氐体组织 ?能否出现马氐体组织? 2. 焊缝组织是否有可能全部是等轴晶?为什么?,实验二 5CrNiMoV钢与H90铜焊接接头性能,一、实验目的 1. 观察与分析5CrNiMoV钢与H90铜熔敷焊接头的显微组织； 2. 了解5CrNiMoV钢热影响区显微组织特征。,二、实验内容 1. 5CrNiMoV钢与H90铜焊接接头试样制备； 2. 接头组织观察。,三、实验仪器设备和材料 1. 设备：感应焊机 1 套 金相显微镜 1 台 吹风机 1 个 2. 材料：腐蚀液 稀释为10%的草酸(C2H2O42H2O分析纯 )水溶液 1
7、000mL 熔敷焊试片 6对 乙醇、丙醇、棉花、各号金相砂纸等 若干,四、实验原理熔敷焊方法是指采用某种加热方式使预置在钢基体上的合金带或环（本文实验采用铜带和铜环）局部或整体熔化与钢基体发生冶金结合，而钢基体不熔化的一种焊接方法。熔敷焊既不同于熔化堆焊，也不同于钎焊。与电弧堆焊相比，其共同点是将熔化的金属堆敷在基体金属表面，并在其上凝固结晶形成熔敷层（堆焊层），因而它具有熔化焊的结合性质。,其不同点如下：电弧堆焊是将焊丝或焊条或焊粉在电弧中熔化，依靠熔滴过渡、电弧推力等将熔化的液态金属堆敷在基体金属表面，电弧产生于电极和钢基体之间，基体金属的熔化在所难免；而熔敷焊是将熔敷层原态金属带或圈预置
8、于基体金属之上，热源对熔敷层金属而非基体金属加热，基体金属仅受热传导和辐射热的作用，界面温度较低，通过控制加热速率来控制熔敷层的温度梯度，进而控制界面温度，可保证基体金属不发生熔化，而实现液态金属和固态基体的冶金结合。,与钎焊方法相比，两者都是固相与液相金属发生冶金结合，都依靠钎剂或保护剂去除界面的氧化物，都具有焊接温度低的特点，但钎焊依靠毛细作用使钎料（第3种金属）在去膜后的基体表面铺展填满钎缝实现焊接，而熔敷焊无钎料及填缝过程，熔敷金属作为母材全部熔化并与基体母材实现焊接，熔敫金属在强制或自由状态下成形。,典型铜-钢熔敷焊界面,典型熔敷焊钢侧热影响区组织,五、实验方法和步骤 1、将已焊好试
9、件切成的试片，然后把试片四周用砂轮打去毛刺，并把四个角打磨成圆角。 2、用金相砂纸打磨纸上。试片研磨完生，用清水冲洗，进行机械抛光，抛光后再用清水冲洗试片。 3、将抛光好的试片，用腐蚀液进行腐蚀，大约经过510s左右，立即用清水冲洗，然后用无水乙醇轻轻擦去水分，并用吹风机吹干。 4、把已制备好的试片在显微镜下进行观察与分析分清焊接接头各区域后，仔细辨认各区域组织的特征，在显微镜下，测定焊接热影响区各区域的宽度，把各区的宽度及组织填入表。绘制各区域组织示意图。,六、 实验报告要求 1. 根据金相观察画出焊接接头显微组织示意图。 2. 分析焊接接头各区域显微组织特征。 3. 分析接头常见缺陷的种类
10、及产生原因。 4. 分析铜晶粒大小及变化原因。,七、实验注意事项 1. 试样磨制时需要注意平整度； 2. 各区域照片拍摄需注意各区域组织的典型性。,八、思考题 1. 5CrNiMoV钢与H90铜焊接接头界面形成的微观机理是什么? 2. 影响熔敷焊接头质量的主要因素有哪些?,实验三 LF21铝合金的钎焊接头观察,一、实验目的 1. 观察与分析LF21钎焊接头的显微组织； 2. 了解焊接工艺对接头组织特征及焊接质量的影响。 二、实验内容 1. LF21钎焊接头试样制备； 2. 接头组织观察。,三、实验仪器设备和材料 1. 设备：真空钎焊炉 1 台 金相显微镜 1 台 吹风机 1 个 2. 材料：腐
11、蚀液 采用5%NaOH水溶液 1000mL 钎焊试片 6对 乙醇、丙醇、棉花、各号金相砂纸等 若干,四、实验原理钎焊的生产过程包括很广，如钎焊前准备、零件装配和固定、钎焊、钎焊后清理及质量检验等。其中钎焊过程应包括熔态钎料的填充过程及钎料与母材的相互作用。 ( 1 ）熔态钎料的填充过程：能实现这一过程的必要条件是钎料的润湿作用和毛细作用。影响钎料润湿作用的主要因素有：钎料和母材组成；钎焊湿度；母材表面氧化物；母材表面粗糙度；钎剂。( 2 ）钎料与母材的相互作用。这种作用可归为两种：一种是固态母材向液态钎料的溶解；另一种是液态钎料向母材的扩散。这些相互作用对钎焊接头性能影响很大。,对钎焊材料的基
12、本要求： a ）合适的熔化温度范围，一般比母材的熔化温度低 b ）在钎焊温度下具有良好的润湿作用，能充填充接头间隙 c ）与母材的物理、化学作用应保证它们之间形成牢固的结合 d ）成份稳定尽可能减少钎焊温度下元素的损耗；少 含或不含 稀有金属和贵重金属 e ）能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等要求 钎料可分为:软钎料（易熔钎料，熔点低于450 )硬钎料（难熔钎料，熔点高于450 ) 软钎料主要包括：铋基、铟基、锡基、镉基、锌基和铅 基等钎料。硬钎料主要包括：铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、钯基、镁基、钼基和钛基等钎料。,a. 615 b.620,典型LF21钎焊界面,五、实验方法和步骤1
13、、将试件加工成已焊好试件切成的试片，然后把试片表面采用300#砂纸打磨。 2、将试片采用清水冲洗然干净后，投入5%NaOH溶液进行清洗3-5分钟。 3、进行装夹，采用HL400钎料进行钎焊实验。搭接面可采用10mm宽度，焊后切开钎缝，进行观察试样磨制。,4、采用100#、280#、400#、600#砂纸依次磨制试样，然后进行Al2O3抛光处理，用腐蚀液进行腐蚀，大约经过510s左右，立即用清水冲洗，然后用无水乙醇轻轻擦去水分，并用吹风机吹干。 5、把已制备好的试片在显微镜下进行观察与分析 分清焊接接头各区域后，仔细辨认各区域组织的特征，在显微镜下，测定钎缝中心区域和边缘区域的宽度，把各区的宽度及组织填入表。,六、 实验报告要求 1. 根据金相观察画出焊接接头显微组织示意图。 2. 分析接头区域显微组织特征。 3. 分析接头常见缺陷的种类及产生原因。 4. 分析母材与钎缝边缘溶蚀原因。,七、实验注意事项 1. 钎焊时需注意压力的调整，使试件与钎料紧密接触。 2. 试样磨制时需要注意平整度； 八、思考题 1. 钎焊时需考虑哪些工艺参数? 2. 钎料中Si元素如何对接头发生影响?,
