ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм и условия образования холодных трещин при сварке из "Испытание металлов на свариваемость " В течение длительного времени представления о природе холодных трещин основывались на закалочной и водородной гипотезах, которые применительно к условиям сварки были сформулированы в работах [78] и [79]. [c.152] Согласно закалочной гипотезе образование трещин при сварке, как и при закалке, обусловлено главным образом мар-тенситным превращением, которое протекает со значительным изменением объема и приводит к возникновению высоких внутренних напряжений первого и второго рода и одновременно к снижению способности металла воспринимать пластическую деформацию. [c.152] В основу этих гипотез была положена теория хрупкого разрушения Гриффитса, предполагающая существование в металле готовых зародышевых трещин. [c.153] В процессе исследований, уже на первой их стадии, было установлено, что образованию трещин способствуют повышение температуры нагрева и рост зерна, увеличение содержания углерода в мартенсите и общего содержания водорода в стали, снижение температуры начала и особенно конца превращения мартенсита, высокие скорости охлаждения металла в этом интервале температур, увеличение жесткости и толщины свариваемых или закаливаемых изделий и т. д. С повышением температуры отпуска склонность к образованию трещин понижается. При сварке опасность образования трещин выше, чем при закалке, из-за более неблагоприятного сочетания этих факторов и в первую очередь из-за интенсивного роста зерна при нагреве металла до температуры, близкой к солидусу, повышенного содержания водорода и более высоких напряжений первого рода, вызываемых местным неравномерным нагревом. [c.153] Значительным шагом вперед в раскрытии механизма образования холодных трещин при сварке и закалке было установление непосредственной связи между местным неравномерным нагревом и склонностью закаленной стали к замедленному разрушению под действием статической нагрузки при температурах, близких к комнатной [80]. [c.153] Испытания показали, что сопротивление замедленному разрушению резко уменьшается с увеличением скорости охлаждения образцов, т. е. с увеличением количества мартенсита в структуре. При скоростях охлаждения, превышающих критическую скорость закалки стали (wo = 25 град/сек), сопротивление замедленному разрушению наименьшее и практически не зависит от скорости охлаждения, несмотря на заметное изменение размера зерна. [c.154] Чем резче закалка, тем меньше вероятность увеличения степени порядка в строении границ. Очень важное значение имеют также локальные искажения на границах, возникающие вследствие мартенситного превращения. Чем ниже температура начала и особенно конца этого превращения, тем значительнее эти искажения, тем сильнее эффект межзеренного проскальзывания. [c.155] Кроме того, при обычных значениях свободной энергии поверхности границ сомнительно, чтобы концентрация напряжений в стыке зерен всегда была достаточной для возникновения трещин [85]. Следует отметить, однако, что с этой точки зрения схема Зинера объясняет межкристаллитную хрупкость при низких температурах все-таки лучше, чем при высоких, так как в последнем случае труднее создать высокую концентрацию напряжений. [c.156] Естественно, что для объяснения механизма зарождения полостей особое внимание было обращено на физические явления, способствующие снижению свободной энергии поверхностей раздела, прежде всего за счет увеличения плотности дефектов по границам зерен. Наибольший интерес для случая низкотемпературной межкристаллитной хрупкости представляют теории, связывающие образование зародышей полостей и их последующий рост с пересыщением металла вакансиями и их движением к границам зерен под действием градиента и напряжения (см. рис. 70) [2,85]. [c.156] Избыток вакансий в объеме металла образуется при закалке с высоких температур или при холодной пластической деформации. При закалке или сварке сталей значительные степени деформации и, следовательно, высокие концентрации вакансий могут возникнуть только при фазовом наклепе аустенита в процессе мартенситного превращения. С этой точки зрения такой наклеп в процессе превращения остаточного аустенита, в частности при обработке холодом, должен создавать вакансии в большем количестве, чем на ранних стадиях мартенситного превращения. [c.156] Таким образом, напряжения не только способствуют образованию полостей, но также их росту и раскрытию в трещины. [c.156] При напряжениях ниже ар(тт) субмикрополости вакансионного происхождения оказываются значительно меньше критического размера зародыша трещины. В этих условиях упруго-вязкое течение по границнм не вызывает разрушения. Напротив, начинают превалировать процессы упорядочения строения границ и происходит частичная релаксация напряжений и отдых. [c.157] Влияние температуры на замедленное разрушение поясняет схема, приведенная на рис. 71. [c.157] При низких отрицательных температурах холодные трещины не образуются вследствие повышения сопротивления сдвигу по границам зерен, а также снижения или полного отсутствия подвижности вакансий. При повышенных температурах замедленное разрушение предотвращается благодаря релаксации напряжений и отдыху [2]. [c.157] Вакансионный механизм зарождения микрополостей позволяет объяснить и существующие представления о влиянии водорода на хрупкость металлов, которые основаны на адсорбционном эффекте, снижающем критические размеры микротрещин. [c.157] Анализ показывает, что интенсивному образованию холодных трещин при температурах, близких к комнатной, в первую очередь способствует повышение температуры закалки, скорости охлаждения, напряжений первого рода, микронапряжений и увеличение их концентрации. Особенно сильное влияние температуры закалки обусловлено не только избыточной концентрацией вакансий, но и другими важными причинами. Например, у сталей с повышением температуры закалки укрупняется зерно, повышается концентрация углерода в твердом растворе и в связи с этим снижается температура мартенситного превращения, увеличивается объемный эффект превращения и возрастают связанные с ним напряжения. [c.157] При сварке сталей интенсивность образования холодных трещин в околощовной зоне выще, чем при закалке, не только из-за более высокой температуры нагрева, но и потому, что в процессе интенсивного роста зерна возможна сегрегация по границам некоторых легирующих элементов и вредных примесей, а в ряде случаев оплавление сегрегатов и выделение легкоплавких фаз (явление перегрева), приводящее к резкому снижению межкри-сталлической прочности. При закалке это явление обычно выражено менее резко, так как благодаря выдержке при высоких температурах устанавливается низкая равновесная концентрация примесей на границах. [c.158] Рассмотренный выще механизм замедленного разрушения справедлив применительно не только к закаливающимся сталям, но и к сплавам титана с высоким пределом текучести [2, 83]. При этом следует отметить, что избыточная концентрация вакансий в сплавах титана должна быть ниже, чем в сталях, в связи с малым объемным эффектом и высокой температурой -превращения. Это может служить одной из причин более длительного разрушения титановых сплавов с высоким пределом текучести по сравнению с закаленной сталью. Основные источники избыточной концентрации вакансий в титановых сплавах закалка с высоких температур (околошовная зона) и значительная локальная деформация по границам зерен и плоскостям спайности при выделении гидридной фазы. [c.158] Вернуться к основной статье