ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности технологии сварки комбинированных конструкций из сталей различных структурных класОсобенности технологии сварки комбинированных конструкций из разнородных сталей одного структурного класса из "Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки " Таким образом создается химическая, структурная и механическая неоднородности в сварном соединении. [c.386] При формировании сварочной ванны доли участия аустенитной и перлитной сталей неодинаковы. Они обусловлены различиями в температуре их плавления, теплопроводности и теплоемкости (см. табл. 10.2). Как правило, аустенитная сталь составляет 60 %, а перлитная - 40 % объема шва в условиях равного теплового воздействия. [c.386] В процессе затвердевания первых слоев металла возникает кристаллизационная прослойка, которая образуется из расплавленных объемов свариваемых частей, перемешанных турбулентными потоками в ванне. Кристаллизация имеет направленный характер и начинается на оплавленных зернах перлитной и аустенитной стали, играющих роль теплоотводов и плоских зародышей. Их рост осуществляется по принципу ориентационного и размерного соответствия путем единичного или группового оседания атомов жидкости во впадинах кристаллической решетки зародышей, что обеспечивает связь шва с основным металлом. [c.386] При этом различна роль легирующих элементов, входящих в состав ванны. Элементы-ферритизаторы (Сг, Ti, Мо), атомный объем которых больше, чем Fe, способствуют росту кристаллитов с ОЦК-решеткой, а аустенизаторы (С, Mi, N, Мп) - с ГЦК-решеткой. Последняя имеет более плотную упаковку и большие размеры отличается от ОЦК-решетки скоростью и направлением роста. Это приводит к преимущественному оседанию одних атомов и отталкиванию других. В результате избирательного роста перед передними гранями растущих кристаллитов концентрируются в жидком слое инородные атомы, что приводит к остановке роста, переохлаждению жидкого слоя, примыкающего к межфазной поверхности, и зарождению кристаллитов с решеткой другого типа. [c.386] На рис. 10.3 представлена микроструктура зоны сплавления перлитной стали с аустенитным швом, подтверждающая этот механизм. Столбчатые кристаллиты перлитной стали постепенно прекращают свой рост в аустенитном металле. При этом в зоне сплавления образуется кристаллизационная прослойка, т.е. промежуточный слой сопрягающихся между собой деформированных кристаллических решеток. Так в зоне сплавления перлитной и аустенит-ной сталей участок кристаллизационной прослойки с содержанием Сг 3. .. 12 % и Ni 2. .. 7 % имеет особую структуру высоколегированного мартенсита. [c.387] Толщина переходных кристаллизационных прослоек изменяется от 0,05 до 0,6 мм в зависимости от скорости охлаждения шва, а также от степени его аустенитности. Чем выше концентрация никеля в шве, тем раньше стабилизируется аустенитная структура с ГЦК-решеткой и тоньше переходная кристаллизационная прослойка от перлитной стали к ау-стенитнои (рис. 10.4). [c.387] Повторный нагрев шва при термообработке, выполнении последующих проходов или высокотемпературной эксплуатации приведет к распаду мартенсита, выпадению карбидов хрома и формированию аусте-нитно-карбидной структуры, также имеющей малую пластичность. Применением плавящегося электрода или присадки изменяют доли участия сталей и регулируют структуру шва (табл. 10.3). Той же цели служит разделка кромок или их предварительная наплавка с регламентированным составом. При электронно-лучевой сварке также возможно регулирование состава шва путем применения легирующих накладок, подкладок или подачей проволочной присадки в зону сваривания. [c.388] Она вызывает дополнительное локальное расплавление основного металла, который не может участвовать в турбулентном перемешивании ванны из-за высокой вязкости кристаллизующегося шва у стенок ванны. Этот нафев стенок ванны вызывает преимущественное оплавление границ зерен, их обогащение по законам восходящей диффузии из объемов зерен легирующими элементами и примесями в связи с повышенной растворимостью элементов в жидкой фазе. [c.389] Последующая кристаллизация таких межзеренных прослоек обособленно от ванны создает микрохимическую неоднородность в околошов-ной зоне, негативно влияющую на сопротивляемость горячим и холодным трещинам, жаропрочные и коррозионные свойства сварного соединения среднеуглеродистых и высоколегированных сталей. Снижение такого перегрева может быть обеспечено металлургическими и технологическими средствами. Последнее достигается вводом в ванну внешних или внутренних стоков тепла (см. рис. 10.11, схема 3), применением электродов с высоким содержанием никеля, снижающим температуру плавления металла шва и сварочной ванны. [c.389] После образования кристаллической решетки по всему сечению шва доминирующее значение приобретают диффузионные процессы в твердой фазе, протекающие по двум противоположным законам выравнивания химического состава и восходящей диффузии, обусловленной химическим сродством элементов между собой. Последнее приводит к тому, что углерод, имеющий малый диаметр атома и большую скорость диффузии, диффундирует в зоны, где его концентрация выше, но имеются малоподвижные свободные карбидообразующие элементы. [c.389] Главное значение в этом процессе имеет скорость диффузии отдельных элементов в объемах с ГЦК- и ОЦК-решеткой. При всех температурах диффузионная подвижность углерода в a-Fe заметно выше, чем в более плотно упакованной решетке y-Fe. Коэффициент диффузии углерода в a-Fe выше, чем в y-Fe при 900 °С, в 39 раз, при 755 °С в 126 раз, и при 500 °С в 835 раз. Диффузионная подвижность других легирующих элементов, образующих твердые растворы замещения, значительно меньше и проявляется лишь при температуре свыше 1000 °С. [c.389] Такое соотношение приводит к обеднению углеродом перлитной стали и его сосредоточению в прилегающих слоях аустенитной стали, содержащей много хрома. Это создает условия для закалки металла и последующего образования карбидов хрома, содержащих 6 % углерода. [c.389] Три фактора управляют завершенностью этого процесса температура, время пребывания при высоких температурах и концентрация свободного углерода. Процесс начинается в условиях сварки и получает существенное развитие при повторных нафевах, при термообработке и высокотемпературной эксплуатации. Он приводит к образованию диффузионных обезуглероженных прослоек со стороны перлитной стали и обогащенных углеродом в аустенитной. [c.390] Кинетика роста толщины прослоек в соответствии с закономерностями диффузионного процесса определяется экспоненциальной зависимостью от температуры и квадратичной от времени выдержки. В координатах log Ь (Т) 5 (yfi ) рост толщины прослоек 5 отображается прямыми линиями. Результатом их развития является создание зон переменного состава, структуры и твердости. [c.390] Наиболее заметны результаты этих процессов при измерении твердости в поперечном сечении сварного соединения (рис. 10.5). При этом обнаруживается зона переменной твердости с минимумом в обезуглеро-женном слое перлитной стали и с максимумом в аустенитной стали в результате диффузии углерода к малоподвижным атомам хрома. [c.390] Характер изменения твердости имеет три разновидности в зависимости от степени аусте-нитности стали (см. рис. 10.5). [c.390] При малом значении отношения эквивалентов хрома и никеля ( rj/Ni,) ширина зоны переменной твердости 5 минимальна. [c.390] При увеличении r-j/Ni, растет ширина этой зоны. Максимуму Сгэ/ 11э соответствует экстремальный характер изменения твердости. В том же порядке увеличивается склонность к образованию холодных трещин, образующихся по перпым слоям аустенитного металла шва, претерпевающим закалку. Холодные трещины такого вида получили название отрыв , что в макромасштабе подразумевает отрыв аустенитного шва от перлитной стали (рис. 10.6). В закаленной ЗТВ перлитной стали образуются холодные трещины типа откол и частокол . [c.391] Принято считать, что минимизация ширины зоны переменной твер-ости до 0,15. .. 0,25 мкм позволяет устранить склонность к холодным рещинам. Это объясняется снижением объемного напряженного состоя-ия в сверхтонких закаленных слоях. [c.392] Вернуться к основной статье