ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структура и свойства сварных соединений металлов и сплавов из "Испытание металлов на свариваемость " Наиболее существенные изменения структуры и свойств основного металла при сварке происходят в сплавах с полиморфным превращением (второй и третий виды), а в металле щва — также и при кристаллизации. При сварке сплавов без полиморфного превращения структура и свойства сварных соединений определяются в основном превращениями первого н четвертого видов. Значительную и, как правило, отрицательную роль во всех случаях играют процессы развития неоднородностей, физической (рост зерна, огрубление тонкой структуры) и химической (макро- и микроскопическая ликвация в металле шва, сегрегация легирующих элементов и примесей в металле зоны термического влияния, диффузионное перераспределение их между разнородными фазами при частичном расплавлении или в твердом состоянии в температурном интервале неполного превращения и т. д.) [2]. При сварке плавлением эти процессы вследствие высокотемпературного нагрева получают значительно большее развитие, чем при сварке давлением в твердой фазе. [c.11] Кроме фазовых превращений, в металлах при сварке протекают процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации обработки, также приводящие к существенным изменениям структуры и свойств. При сварке плавлением они, как правило, вызывают разупрочнение основного металла в зонах, нагреваемых выше определенных температур. При сварке давлением, наоборот, эти процессы удается использовать для улучшения структуры и свойств, особенно в тех случаях, когда процесс ведут в режимах термомеханического упрочнения [2]. [c.11] При сварке плавлением сварные соединения имеют два ярко выраженных участка закристаллизовавшийся металл шва и зону термического влияния в основном металле. При сварке давлением в твердой фазе обнаруживается только вторая зона. При этом роль пластической деформации в формировании структуры и свойств сварных соединений настолько возрастает, что эту зону более правильно называть зоной термомеханического влияния. [c.12] Схематически строение зон сварных соединений на примере однопроходной сварки плавлением сплава с полиморфным превращением приведено на рис. 1. [c.12] Особый интерес к изучению процессов в околошовной зоне обусловлен тем, что именно в ней, как правило, наиболее резко изменяются структура и свойства основного металла. Эти изменения в большинстве случаев оказываются решающими при оценке свариваемости данного сплава или стали (снижение пластичности и ударной вязкости вследствие роста зерна, перегрева и полной или частичной закалки образование горячих и холодных трещин). [c.13] Основными параметрами терхмического цикла околошовной зоны являются максимальная температура нагрева Гтах. близкая к Гпл, скорость нагрева Шн в температурном интервале фазового превращения, длительности t +t пребывания металла при температуре выше температуры конца фазового превращения и скорость охлаждения Шо в температурном интервале соответствующего фазового превращения при охлаждении (рис. 1,6). [c.13] В участке частичной перекристаллизации 2 на рис. 1,а) основной металл нагревается выше температуры Гн. ф. п, которая для стали соответствует началу превращения перлита в аусте-нит (критическая точка Ас ), а для большинства сплавов титана— началу а- -р-нревращения. Обычно структурные изменения в этом участке по сравнению с околошовной зоной в меньшей степени оказывают отрицательное влияние на свойства сварных соединений. Однако при определенных исходной структуре, и также условиях нагрева и охлаждения при сварке в этом участке возможно разупрочнение основного металла, обусловленное либо характером новых фаз, образующихся при последующем охлаждении, либо процессами в старых фазах при нагреве. [c.13] Склонность основного металла к разупрочнению при сварке — в ряде случаев одна из важных характеристик свариваемости высокопрочных сталей (преимущественно мартенсит-пых) и некоторых сплавов титана. Однако при выборе технологии и режимов сварки эта характеристика является вспомогательной. [c.14] В основном свариваемость большинства материалов оценивают по изменениям фазового состава и структуры металла в околошовной зоне, от которых в наибольшей мере зависит технологическая и эксплуатационная прочность сварных соединений и конструкций. [c.14] Если при термической обработке стали в печи температура нагрева обычно превышает точку Асз не более чем на 100— 150 град, то при сварке максимальные температуры нагрева околошовной зоны близки к температуре плавления. Скорости нагрева при сварке в десятки и сотни раз выше, чем при печной термической обработке. Поэтому при сварке интенсивно растет зерно аустенита, а степень его гомогенизации, как правило, невысока. Это существенно сказывается на устойчивости аустенита при охлаждении металла и температурных интервалах его превращения. [c.15] Представляет интерес оценить влияние степени неравновес-ности условий фазовых превращений на формирование структуры II свойств сварных соединений, учитывая широкий диапазон изменения скоростей нагрева и охлаждения металла при сварке. [c.15] Такое сложное влияние скорости охлаждения на внутрикри-сталлическую ликвацию проявляется при кристаллизации как слитков и отливок, так и сварных швов. В слитках и отливках в зоне столбчатых кристаллов, остывающей наиболее быстро, внутрикристаллическая ликвация проявляется значительно слабее, чем в зоне равноосных кристаллов, которая охлаждается более медленно. Скорость диффузионного роста кристаллов ориентировочно составляет 10 см мин. Поскольку при образовании столбчатых кристаллов скорость роста колеблется от 10 до 10 см мин, в этом случае действует преимущественно механизм бездиффузионной кристаллизации, приводящий к снижению степени внутрикристаллической ликвации по мере увеличения скорости охлаждения. Поэтому при сварке вследствие более интенсивного охлаждения внутрикристаллическая ликвация в подавляющем большинстве случаев развита меньше, чем при кристаллизации слитков и отливок (даже в металлической изложнице). Исследования с применением радиоактивных изотопов прямым образом подтверждают это положение на примере внутрикристаллической ликвации таких ограниченно растворимых примесей, как сера и фосфор [5]. Следует также отметить, что распределение сегрегаций этих примесей происходит не только по границам кристаллитов, но преимущественно в их внутренних зонах — в междуосных пространствах дендритов. Участки сегрегаций имеют ширину 3—15 мкм и занимают 20—30% площади каждого столбчатого кристалла. [c.16] В макрообъемах шва такие примеси часто распределяются также неравномерно, слоями, расположенными эквидистантно границе сплавления. Это явление вызвано непостоянством скорости роста кристаллов из-за неравномерной подачи тепла в сварочную ванну, вследствие чего периодически нарушается баланс поступления и отвода тепла и изменяется скорость охлаждения. При этом возможна остановка процесса кристаллизации и даже частичное оплавление фронта твердой фазы. В этих условиях образование слоев легко объяснить чередованием бездиффузионного механизма кристаллизации и диффузионного. [c.16] Слоистость не нарушает характера и направления кристаллизации, так как даже в случае периодического оплавления фронта твердой фазы поверхности нерасплавившихся частей кристаллов служат двумерными зародышами, обеспечивающими рост кристаллов с прежней кристаллографической ориентировкой. [c.17] Текстура роста и степень дезориентировки столбчатых кристаллов всецело определяются конфигурацией сварочной ванны и формой зоны проплавления основного металла, перпендикулярно поверхности которой направлен отвод тепла, ориентирующий рост кристаллов. [c.17] Для технически чистых металлов, сплавов, образующих непрерывный ряд твердых растворов, а также большого числа сплавов с эвтектическим типом диаграммы состояния при сварке характерна структура крупных столбчатых кристаллов. [c.17] Образованию такой структуры, кроме интенсивного охлаждения, способствуют также сравнительно малый объем сварочной ванны наличие на границе сплавления шва с основным металлом готовых центров кристаллизации в виде крупных, выросших при нагреве зерен основного металла высокий перегрев металла в сварочной ванне и т. д. [c.17] Внутрикристаллическое строение металла сварных швов характеризуется структурами трех видов — ячеистой, дендритной и смешанной. Вид структуры определяется типом диаграммы состояния, содержанием легирующих элементов и условиями теплоотвода. Однако по сравнению со слитками и крупными отливками при сварке вследствие более резкого отвода тепла область существования ячеистых и смешанных структур шире, при этом величина ячеек мельче и дисперсность ликвационных участков выше. [c.17] Несовпадение сетки границ зерен в металле шва с формой ячеек и дендритов обусловлено подсолидусной миграцией границ из своих исходных неравновесных положений в более равновесные [6]. [c.18] С увеличением скорости нагрева температуры фазовой перекристаллизации стали Ас и Асз) постепенно повышаются, а интервал Ас —Лсз расширяется (рис. 5). Чем выше температура конца превращения перлита Ас к и феррита Лсзк в аустенит, тем мельче начальное зерно аустенита и выше температура начала интенсивного роста зерна. В сталях, легированных карбидообразующими элементами, температура Лсз повышается в большей степени, а рост зерна начинается при более высоких температурах, чем в сталях с малым количеством этих элементов. [c.18] Вернуться к основной статье