Фазовые и структурные превращения при сварке сталей

Фазовые и структурные превращения при сварке сталей [c.511]

Фазовые и структурные превращения при сварке конструкционных сталей нередко вызывают понижение технологической прочности, механических и эксплуатационных свойств металла сварных соединений. Под технологической прочностью понимают способность материалов без разрушения выдерживать термомеханические воздействия в процессе сварки. В условиях указанных воздействий часто существенно понижаются механические свойства металла, что вместе с довольно высокими сварочными деформациями и напряжениями может служить причиной образования трещин. [c.511]

При нагреве до Гтах ниже неравновесной Ас фазовые и структурные превращения происходят в том случае, если сталь перед сваркой находилась в метастабильном состоянии для этого диапазона температур. Метастабильны исходные состояния стали после холодной пластической деформации, закалки и низкого отпуска, закалки и старения. В холоднодеформированной стали развиваются процессы возврата и рекристаллизации обработки. Последний процесс приводит к разупрочнению соответствующей зоны сварного соединения. В низкоуглеродистой стали при нагреве свыше 470 К возможно деформационное старение, приводящее к снижению пластичности стали. В закаленных и низко-отпущенных сталях происходят процессы высокого отпуска, в результате чего сталь в этой зоне разупрочняется. В мартенсит-но-стареющих сталях при T zk выше их температур старения протекает процесс перестаривания, заключающийся в коагуляции интерметаллидов и приводящий к разупрочнению соответствующей зоны соединения. [c.517]

Структурные превращения металла в зоне термического влияв ия происходят в соответствии с температурой, до которой нагревается металл при сварке, и скоростью охлаждения. Участки металла, расположенные на разных расстояниях от оси сварного шва, нагреваются неодинаково. Если сопоставить кривую распределения максимальных температур с диаграммой состояния железо— углерод, позволяющей определить фазовые и структурные превращения стали с определенным содержанием углерода, то станет очевидным, что зона термического влияния неоднородна по структуре. [c.382]

Например, в сталях перлитного класса эти изменения связаны с мартенситным превращением, в титане и его сплавах — с гидридным превращением. Превращения этого типа сопровождаются резким изменением удельного объема. Поэтому при сварке металлов и сплавов, претерпевающих фазовые и структурные превращения, развитие внешних напряжений обусловлено не только неравномерным нагревом и охлаждением отдельных участков сварного соединения, но и изменением удельного объема в процессе фазовых превращений. [c.77]

Основными показателями свариваемости низкоуглеродистых бей-нитно-мартенситных сталей являются сопротивляемость сварных соединений холодным трещинам и хрупкому разрушению и механические свойства зоны термического влияния, которые прежде всего связаны с фазовыми превращениями и структурными изменениями происходящими в стали при сварке. Структурные изменениях в стали при воздействии термического сварочного цикла оценивают по термокинетическим диаграммам непрерывного распада аустенита. [c.291]

В тех случаях, когда металл шва и околошовной зоны в процессе охлаждения претерпевает фазовые или структурные превращения, связанные с изменением его удельного объема и значительным ухудшением пластических свойств, трещины могут возникать и в области низких температур — ниже 200 °С. Подобные явления имеют место, например, при сварке закаливающихся сталей. Такие трещины называются холодными. Они могут быть поперечными (в шве, чаще в околошовной зоне), а также располагаться параллельно границе сплавления (отколы). [c.320]

Склонность металла к росту зерна. Ферритные стали весьма чувствительны к нагреву, при котором значительно укрупняется зерно феррита. Отсутствие в таких сталях фазовых или структурных превращений делает последующее измельчение зерна в процессе охлаждения невозможным. Поэтому снижается прочность, пластичность и кислотостойкость металла, а в холодном состоянии проявляется хрупкость. Рост зерен феррита, особенно интенсивный в околошовной зоне, возможен и в металле шва. Чтобы предупредить его, следует создавать тепловой режим сварки, исключающий перегрев металла. С этой точки зрения выгодны режимы с малой погонной энергией и специальные технологические приемы (сварка короткими участками, валиками малых сечений, с перерывами и т. д.). Для получения металла шва с достаточно измельченным зерном целесообразно применять сварочные материалы, содержащие элементы-модификаторы (И, А1 и др.). [c.343]

Наличие третьего участка (рис. 10, 3) и тип структурных изменений в нем зависят от исходного состояния основного металла перед сваркой. При сварке отожженного металла третий участок в зоне термического влияния практически отсутствует. При сварке сталей или сплавов титана после упрочняющей термической обработки типа закалка , закалка и отпуск или закалка и старение , а также в нагартованном состоянии (после ковки или прокатки) в этом участке, как правило, происходит разупрочнение. В первом случае оно обусловлено процессами распада пересыщенных твердых растворов (отпуском мартенсита или старением высокотемпературных остаточных фаз) и последующей коагуляцией упрочняющих фаз (карбидов в сталях и интерметаллидов и химических соединений в сплавах титана). Во втором случае к разупрочнению преимущественно приводят процессы рекристаллизации обработки. Этот третий участок принято называть участком или зоной разупрочнения, отпуска или рекристаллизации. Наиболее резкое разупрочнение металла обычно имеет место у границы этого участка с участком неполной перекристаллизации, где максимальные температуры нагрева близки к нижней критической точке фазового превращения Г ,ф,п. Поэтому основными параметрами термического цикла участка разупрочнения являются максимальная температура нагрева = н.ф.п и длительность (или р) пребывания металла при сварке выше температуры отпуска (или [c.39]

Механизм образования напряжений и деформаций при сварке. Классификация напряжений. Остаточные напряжения при сварке возникают в результате появления термопластических деформаций, которые образуются от неравномерного распределения температуры в изделии. Такие деформации бывают упругие и упругопластические. Последние являются источником остаточных напряжений при сварке и структурных и фазовых превращений (происходящих в основном при сварке легированных сталей) при относительно невысоких температурах, сопровождающихся местными изменениями плотности и объема металла. [c.89]

СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛЯХ ПРИ СВАРКЕ [c.69]

Основными показателями свариваемости низкоуглеродистых бейнитно-мартенситных сталей являются сопротивляемость сварных соединений холодными трещинам и хрупкому разрущению и механические свойства зоны термического влияния, которые прежде всего связаны с фазовыми превращениями и структурными изменениями в стали при сварке. На основе этих показателей определяют технологические и конструктивные условия получения сварных соединений, удовлетворяющих эксплуатационные требования к сварной конструкции. [c.184]

Фазовые превращения и структурные изменения легированной стали и сплавов титана в условиях непрерывного нагрева и охлаждения при сварке с учетом изменений физической и химической неоднородности высокотемпературных фаз, а также факторы и явления, определяющие степень этой неоднородности характер исходной структуры взаимодействие мигрирующих границ с примесями и легирующими элементами при собирательной рекристаллизации перераспределение легирующих элементов и примесей между матрицей и новыми твердыми и жидкими фазами, образующимися при высокотемпературном нагреве гомогенизация взаимодействие дислокаций, возникающих вследствие пластической деформации, с легирующими элементами и примесями и т. д. [c.6]

Монография состоит из семи глав. В гл. I рассмотрены основные положения теории фазовых превращений в металлах и сплавах в твердом состоянии, а также закономерности превращений железа, титана и их сплавов в изотермических условиях. В гл. II показаны условия их протекания в зоне термического влияния при сварке плавлением. В гл. III описаны новые методы и аппаратура для изучения кинетики фазовых превращений и изменений структуры и свойств металлов в неравновесных условиях при сварке и термомеханической обработке, а также для исследования задержанного разрушения и образования холодных трещин. В гл. IV приведены результаты исследования превращений при непрерывном нагреве, кинетики роста зерна и гомогенизации аустенита и Р-фазы сплавов титана при сварке. В гл. V рассмотрены основные закономерности фазовых превращений в условиях непрерывного охлаждения при сварке. В гл. VI изложен механизм задержанного разрушения сталей и сплавов титана, установлены критерии оценки этого явления и показано влияние легирующих элементов, параметров термического цикла и жесткости сварных соединений на" сопротивляемость этих материалов образованию холодных трещин при сварке. В гл. VII приведены характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и систем легирования, сформулированы критерии выбора технологии и режимов их сварки и показаны пути регулирования структуры и свойств сварных соединений как в процессе сварки, так и при последующей термической, термомеханической или механико-термической обработке. [c.10]

На рис. 26.1 приведена схема зон структурных изменений применительно к сварке углеродистой стали. Максимальные изменения структуры металла, его химического состава, а также вероятность возникновения различного рода дефектов наблюдаются в шве и зоне сплавления. Участок перегрева характеризуется существенным увеличением зерна, наличием полных структурных и фазовых превращений. На участке полной перекристаллизации температура нагрева выше температуры фазовых превращений, однако интенсивность превращений меньше, чем на участке перегрева, так же как и меньше время пребывания металла при этих температурах, поэтому существенного увеличения зерна здесь не происходит. В рассматриваемых зонах закали-вак)щихся сплавов возможно образование типичных закалочных структур. Связанное с этим снижение пластичности металла может служить причиной появления таких дефектов, как трещины, способствовать уменьшению прочности изделия. [c.496]

Сварное соединение можно разделить на три основные зоны, имеющие различные микроструктуры А — зона основного металла, Б — зона термического влияния, В — зона иеталла шва (рис. 38). Металл шва (наплавленный металл) пмеет структуру литой стали. Зоной термического влияния называют прилегающий к шву участок основного металла (околошовная зона), в котором произошли структурные фазовые превращения (изменение формы и размера зерен) вследствие нагрева в процессе сварки, до температуры выше критической (723°С). При ручной дуговой сварке штучными электродами ширина зоны термического влияния составляет 3—6 мм. Обычно зона термического влияния имеет низкие механические свойства, поэтом у качество сварного соединения частично определяется свойствами и протяженностью зоны термического влияния. [c.84]

Под сварным соединением понимается металл шва и околошовная зона основного металла. Околошовной зоной называется узкий участок основного металла вдоль шва, который в процессе сварки не расплавлялся, но подвергался воздействию высоких температур. V некоторых сталей на участке околошовной зоны при нагреве до критической температуры (723°С) и выше происходят структурные фазовые превращения (изменение формы и размеров зерен). Это явление называется вторичной кристаллизацией. Участок околошовной зоны таких сталей, на котором произошла вторичная кристаллизация, называется зоной термического влияния. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами ширина зоны термического влияния может составлять 3—6 мм. В металле шва могу [c.88]

Приведенные выражения справедливы только в узких интервалах температур Т — То, где а можно считать величиной, не зависящей от температуры. На самом деле температурный коэффициент линейного расширения зависит от температуры и, кроме того, резко изменяется при всех структурных и фазовых превращениях в металле. В качестве примера рассмотрим характер объемных изменений при охлаждении металла ванны для случая сварки малоуглеродистой стали. [c.298]

Сложность сварки хромоникелевых высоколегированных сталей во многом определяется их структурным классом и состоянием, фазовыми превращениями, которые могут протекать при сварочном нагреве и охлаждении, и специфическими требованиями к свойствам, которыми должны обладать сварные соединения жаропрочных, хладостойких, кислотостойких и высокопрочных сталей. [c.265]

Коррозионное растрескивание в значительной мере определяется структурой материала. Так, эксперименты с монокристаллами железа и реальными сталями показали, что только поли-кристаллические материалы склонны к коррозионному растрескиванию [8, 19]. Известно, что даже незначительные загрязнения границ зерен металла, повышение концентрации дислокаций в металле и другие подобные явления понижают стойкость материалов к растрескиванию. При термической обработке и сварке деталей склонность к коррозионному растрескиванию зависит от фазовых и структурных превращений в системе Fe -С. Так, отпуск при температурах 150-400 °С (в зависимости от химического состава стали), обусловливающий образование структуры отпущенного мартенсита, повышает склонность материала к коррозионному растрескиванию [8]. В целом считается, что термодинамически менее устойчивые структуры (Miap-тенсит) более склонные к коррозионному растрескиванию, чем устойчивые отожженные. [c.42]

Холодные трещины образуются в металле шва и око лошовной зоны из-за резкого изменения механических свойств, а также характера напряженного. состояния вследствие фазовых и структурных превращений. В образовании холодных трещин при сварке сталей существенную роль играет водород, который выделяется из твер-ддго раствора в имеющиеся в металле микрообъемы (пустоты). В них выделивщийся атомарный водород соединяется в молекулы и создает в окружающем объеме металла внутреннее давление, которое образует высокое напряжение, способствующее образованию трещин при нагрузке и даже без нагрева. [c.61]

При сварке полиморфных металлов и пх сплавов в шве и зоне термического влияния протекают фазовые и структурные превращения. Полной вторичной перекристаллизации подвергаются шов и околошовная зона, нагреваемая при сварке выше температуры аллотропического превращения. В условиях быстрого охлаждения в этих участках возможна закалка с образованием метастабиль-ных структур и резким снижением пластических свойств сварного соединения (мартенсит в легированных сталях перлитного и мартенситного класса, углеродистых сталях, титане, цирконии и их сплавах). В околошовной зоне вследствие высокотемпературного нагрева наблюдается перегрев и 1нтенсивны1"1 рост зерна. В этой зоне пластические Boii TBa ос Ювного металла обычно снижаются иаиболее резко, особенно в тех случаях, когда перегрев сочетается с последую-)цей закалко . [c.153]

Например, в сталях перлитного и мартенситного класса эти изменения связаны с мар-тенситным, а иногда и промежуточным превращениями в титане, цирконии и их сплавах — с гидридным превращением. Превращения этого типа сопровождаются резким изменением удельного объема (фиг. 20). Поэтому при сварке металлов и сплавов, претерпевающих фазовые и структурные превращения, развит11е напряжений первого рода обусловлено не только неравномерным нагревом и охлаждением отдельных участков сварного соединения и разницей в их теплофизических и механических свойствах, но и изменением удельного объема в процессе фазовых превращений. [c.157]

При сварке в сплавах титана происходят сложные фазовые и структурные превращения. Ч)твствительность к сварочному термическому циклу выражается в протекании полиморфного превращения а <-> Р резком росте размеров зерна Р-фазы и перегреве на стадии нагрева образовании хрупких фаз при охлаждении и старении неоднородности свойств сварных соединений, зависящих от химического и фазового состава сплавов. Вследствие низкой теплопроводности и малой объемной теплоемкости титана время пребывания металла при высоких температурах значительно больше, чем для стали, что является причиной перегрева, резкого увеличения размера зерен Р-фазы и снижения пластичности титана. Превращение Р а в зависимости от состава сплава и температурно-временных условий сварки может сопровождаться возникновением стабильной а-и метастабильных а -, а"-, а -, со-, Р-фаз, а также уфэзы. а -фаза характеризуется зака- [c.128]

Условия сварки, режим сварки, направление теплоотвода, скорость кристаллизации и охлаждения, объем сварочной ванны оказывают заметное влияние на структуру сварных швов. При сварке углеродистых и конструкционных сталей, как известно, условия сварки сказываются не столько на первичной, сколько на вторичной структуре шва. При сварке хромоникелевых аусте-нитных сталей и сплавов фазовые превращения, т. е. вторичная кристаллизация, сводятся, обычно только к выпадению избыточной фазы по границам зерен (кристаллов) аустенйта или по границам полигонизации. В то же время под влиянием изменений условий сварки первичная структура хромоникелевых сварных швов претерпевает весьма суш,ественные изменения. Большая скорость кристаллизации обусловливает развитие структурной микронеоднородности в сварном шве, а также межслойной ликвации и способствует подавлению зональной ликвации. [c.118]

Как известно, шероховатость или чистота поверхности при механической обработке определяется в первую очередь прочностными свойствами обрабатываемого материала. При сварке плавлением воздействие термического цикла сварки вызывает в металле структурно-химические изменения, обус-ловливаюшие неоднородность прочностных свойств сварного соединения. Так, сварные соединения, выполненные из закаленных низколегированных сталей, характеризуются двумя основными участками неоднородности в зоне термического влияния (1 — разупрочненный участок, обусловленный сварочным нагревом стали до температуры Ас 2 - участок полной перекристаллизации, нагревающийся выше температуры конца фазового а—у превращения вплоть до температуры плавления). Регламентируемый уровень прочности сварных соединений из стали 09Г2С соответствует разупрочнению участка 1 на 11—13 % и упрочнению участка 2 на 8—10 %. Для стали 16ГМЮЧ соответственно 15—17 % и 10—13 %. В отдельных случаях относительное разупрочнение свариваемых сталей может превышать 40%. [c.91]

Фазовые превращения при термической обработке сталей и их сварке протекают в переменных температурно-временных условиях, поэтому для анализа их кинетики целесообразно использовать диаграммы анизотермического превращения аустенита (рис. 5.2, а), а для анализа состава конечных структур — структурные диаграммы (рис. 5.2, б). Схематизация, принятая на рис. 5.2, позволяет определить такие важные параметры, характеризующие кинетику процесса у - а-превращения, как длительность охлаждения до появления в структуре бейнита (Тд), феррита (Тф), перлита (т ) и сопоставить их с длительностями охлаждения Тбоо-боо и 800-500. соответствующими заданным термическим циклам сварки. [c.77]

Ж ные фазовые изменения. Термический цикл резки характеризуется большими скоростями нагрева до высоких температур и столь же большими скоростями охлаждения (рис. 8). В этом случае под действием теплового удара узкая зона металла нагревается до температур выше аустенитного превращения и частично до температуры плавления. При этом скорость нагрева при резке более чем в 2—3 раза превышает скорость нагрева, например при электродуговой сварке (380—400 град1сек в интервале 300—900°С). Под действием такого термического цикла в з.т.в. происходят фазовые изменения с образованием структур закалки. Последнее усугубляется наличием на кромке металла с повышенным содер-ж анием углерода и других элементов. Эти структурные изменения зависят не только от состава металла, но и от его толщины и режима резки. Даные, характеризующие влияние толщины и группы разрезаемой стали на глубину зоны температурного влияния, приведены в табл. 7. [c.28]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...