灰鑄鐵焊接性分析

灰鑄鐵在化學成分上的特點是碳高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學性能上的特點是強度低，基本無塑性。焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應力較大的特殊性。這些因素導致焊接性不良。主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織。 另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。
一、焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織
以含碳為3%，含硅2.5%的常用灰鑄鐵，分析電弧焊焊后在焊接接頭上組織變化的規(guī)律。
1、焊縫區(qū)
　　當焊縫成分與灰鑄鐵鑄件成分相同時，則在一般電弧焊情況下，由于焊縫冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度，焊縫主要為共晶滲碳體+二次滲碳鐵+珠光體，即焊縫基本為白口鑄鐵組織。
　　防止措施：焊縫為鑄鐵 ①采用適當?shù)墓に嚧胧﹣頊p慢焊逢的冷卻速度。如：增大線能量。②調(diào)整焊縫化學成分來增強焊縫的石墨化能力。
　　異質(zhì)焊縫：若采用低碳鋼焊條進行焊接，常用鑄鐵含碳為3%左右，就是采用較小焊接電流，母材在第一層焊縫中所占百分比也將為1／3～1／4，其焊縫平均含碳量將為0.7%～1.0%,屬于高碳鋼（C＞0.6%）。這種高碳鋼焊縫在快冷卻后將出現(xiàn)很多脆硬的馬氏體。
　　采用異質(zhì)金屬材料焊接時，必須要設(shè)法防止或減弱母材過渡到焊縫中的碳產(chǎn)生高硬度組織的有害作用。改變C的存在狀態(tài)，使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，例如使焊縫分別成為奧氏體，鐵素體及有色金屬是一些有效的途徑。
2、半熔化區(qū)
特點：該區(qū)被加熱到液相線與共晶轉(zhuǎn)變下限溫度之間，溫度范圍1150～1250℃。該區(qū)處于液固狀態(tài)，一部分鑄鐵已熔化成為液體，其它未熔部分在高溫作用下已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。
1）、冷卻速度對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響
　　V冷很快，液態(tài)鑄鐵在共晶轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變成萊氏體，即共晶滲碳體加奧氏體。繼續(xù)冷卻則為C所飽和的奧氏體析出二次滲碳體。在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。由于該區(qū)冷速很快，在共析轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，可出現(xiàn)奧氏體→馬氏體的過程，并產(chǎn)生少量殘余奧氏體。
　　其左側(cè)為亞共晶白口鑄鐵，其中白色條狀物為滲碳體，黑色點、條狀物及較大的黑色物為奧氏體轉(zhuǎn)變后形成的珠光體。右側(cè)為奧氏體快冷轉(zhuǎn)變成的竹葉狀高碳馬氏體，白色為殘余奧氏體。還可看到一些未熔化的片狀石墨。
　　當半熔化區(qū)的液態(tài)金屬以很慢的冷卻速度冷卻時，其共晶轉(zhuǎn)變按穩(wěn)定相圖轉(zhuǎn)變。最后其室溫組織由石墨+鐵素體組織組成。
　　當該區(qū)液態(tài)鑄鐵的冷卻速度介于以上兩種冷卻速度之間時，隨著冷卻速度由快到慢，或為麻口鑄鐵，或為珠光體鑄鐵，或為珠光體加鐵素體鑄鐵。影響半熔化區(qū)冷卻速度的因素有：焊接方法、預熱溫度、焊接熱輸入、鑄件厚度等因素。研究灰鑄鐵試板焊件、熱輸入相同時，隨板厚的增加，半熔化區(qū)冷卻速度加快。白口淬硬傾向增大。
2）化學成分對半熔化區(qū)白口鑄鐵的影響
　　鑄鐵焊接半熔化區(qū)的化學成分對其白口組織的形成同樣有重大影響。該區(qū)的化學成分不僅取決于鑄鐵本身的化學成分，而且焊逢的化學成分對該區(qū)也有重大影響。這是因為焊逢區(qū)與半熔化區(qū)緊密相連，且同時處于熔融的高溫狀態(tài)，為該兩區(qū)之間進行元素擴散提供了非常有利的條件。某元素在兩區(qū)之間向哪個方向擴散首先決定于該元素在兩區(qū)之間的含量梯度（含量變化）。元素總是從高含量區(qū)域向低含量區(qū)域擴散，其含量梯度越大，越有利于擴散的進行。
　　提高熔池金屬中促進石墨化元素（C、Si、Ni等）的含量對消除或減弱半熔化區(qū)白口的形成是有利的。
　　用低碳鋼焊條焊鑄鐵時，半熔化區(qū)的白口帶往往較寬。這是因為半熔化區(qū)含C、Si量高于熔池，故半熔化區(qū)的C、Si反而向熔池擴散，使半熔化區(qū)C、Si有所下降，增大了該區(qū)形成較寬白口的傾向。
3、奧氏體區(qū)
　　該區(qū)被加熱到共晶轉(zhuǎn)變下限溫度與共析轉(zhuǎn)變上限溫度之間。該區(qū)溫度范圍約為820～1150℃，此區(qū)無液相出現(xiàn)該區(qū)在共析溫度區(qū)間以上，其基體已奧氏體化，加熱溫度較高的部分（靠近半熔化區(qū)），由于石墨片中的碳較多地向周圍奧氏體擴散，奧氏體中含碳量較高；加熱較低的部分，由于石墨片中的碳較少向周圍奧氏體擴散，奧氏體中含碳量較低，隨后冷卻時，如果冷速較快，會從奧氏體中析出一些二次滲碳體，其析出量的多少與奧氏體中含碳量成直線關(guān)系。在共析轉(zhuǎn)變快時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。冷卻更快時，會產(chǎn)生馬氏體，與殘余奧氏體。該區(qū)硬度比母材有一定提高。熔焊時，采用適當工藝使該區(qū)緩冷，可使A直接析出石墨而避免二次滲碳體析出，同時防止馬氏體形成。
4、重結(jié)晶區(qū)
　　很窄，加熱溫度范圍780～820℃。由于電弧焊時該區(qū)加熱速度很快，只有母材中的部分原始組織可轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織。冷卻很快時也可能出現(xiàn)一些馬氏體。