Диссертация (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 14

4.10), и определяют их площади.Доли площади хрупкой и вязкой составляющей в изломе позволяют сделатьвывод о том, по какому механизму произошло разрушение.В настоящей работе анализировали поперечное сечение разрушенныхобразцов Менаже после испытаний на ударный изгиб по оси сварного шва.Площади зон излома определяли с помощью программы «КОМПАС 3D – V12»фирмы «АСКОН». Фрактограммы изломов изучали с помощью сканирующегоэлектронного микроскопа JEOL JSM 6510–LV при увеличениях от 100 до 2000 [92,95].95а)б)Рис. 4.10. Структура поверхности излома стандартного образца типа I по ГОСТ9454-78 [103]: а – внешний вид; б – зоны излома по Ньюхаузу:1а и 1б – зона зарождения и стабильного роста трещины, соответственно(сдвиговый механизм разрушения); 2 и 4 – зоны пластичного (сдвигового)разрушения; 3 – зона хрупкого (кристаллического) разрушения.(При репродукции увеличено в 5 раз)Долю хрупкой составляющей в изломе определяли как отношение площадитретьей зоны F3 (Таблица 15) к общей площади излома F: X =F3× 100% .FСоответственно, вязкая составляющая в процентах равна В = 100 – Х [104].Анализу подвергали поверхность изломов образцов Менаже с (U-образнымконцентратором), после испытаний на ударный изгиб KCU-40.

Поверхностьизломов фотографировали с помощью фотоаппарата Nikon Coolpix 3700,полученные снимки использовали в виде растровых объектов в системетрёхмерного моделирования Компас 3D – V12 компании ЗАО «АСКОН».С помощью этого программного продукта с точностью до 0,001, былиизмерены площади изломов. Результаты замера площадей вязкой и хрупкойсоставляющей в зоне излома представлены в Таблице 15, а зависимость ударнойвязкости от технологии изготовления МХП и доли вязкой составляющей в изломеобразцов Менаже отражена на Рис.

4.11.96Таблица 15.Площади зон излома ударных образцов и значения ударной вязкостиГранулят без TiO2МХП, изготовленнаяпо существующейтехнологии(TiO2 = 0,4%)МХП, изготовленная попредлагаемойтехнологии(TiO2 = 0,4%)ЗоныповерхностиизломаПлощадь,мм2Относительнаядоля, %Площадь,мм2Относительнаядоля, %Площадь,мм2Относительная доля,%Зона 3 (Fхр)53,5467,044,355,435,2044,0Суммарнаяплощадь вязкихзон: 1а, 1б, 2 и 4(Fв)26,4633,035,744,664,856,0KCU-40, Дж/см26672113Рис. 4.11.

Зависимость ударной вязкости металла шва от доли волокна в изломеПри сравнении площадей зон вязкого (волокнистого) и хрупкого изломов наобразцах Менаже в зависимости от технологии получения МХП установленапрямая зависимость ударной вязкости металла шва от доли волокнистой97составляющей в изломе, представленная на Рис. 4.11, что хорошо коррелируется сданными В.

М. Горицкого [105].123а)б)Рис. 4.12. Электронные фрактограммы излома металла корневого шва (´1000):а) – зона 1а; б) – зона 3. Варианты изготовления МХП: 1 – гранулят без TiO2, 2 – встандартном смесителе, 3 – в планетарной мельницеНа Рис. 4.12 представлены фотографии изломов образцов металла шва,сваренных по трём сравниваемым технологиям, и распределение зон по типамразрушения. Согласно методу Ньюхауза при этом предполагается, что хрупкоеразрушение происходит в зоне 3, а в остальных зонах разрушение совершается посдвиговому механизму. Анализ электронных фрактограмм показал (Рис.

4.12), чтов зоне 1а, где разрушение происходит по сдвиговому типу, в швах, выполненныхбез добавок TiO2 и с МХП, изготовленной в стандартном смесителе (Рис. 4.12, а –1 и 4.12, а – 2), структура излома более грубая, чем с МХП, изготовленной в98планетарной мельнице (Рис. 4.12, а – 3). Фрактограммы зоны 3 мало отличаютсядруг от друга (Рис. 4.12, б – 1, 2, 3).Согласно работе Ньюхауза [103], в зоне 3 металл имеет хрупкий(кристаллический)излом,востальныхзонахпреобладаетсдвиговый(волокнистый) тип излома [92, 95].4.5. Металлографические исследования металла шваКак уже было отмечено, при фактической концентрации TiO2 = 0,4 % приизготовлении МХП по новой технологии в планетарной мельнице достигаетсямаксимальная стабилизация механических свойств и повышение на 20 – 25 %значений ударной вязкости металла шва.Для анализа структуры металла шва были сварены образцы 14×300×1000мм из стали 10ХСНД.При сварке использовали присадочный материал, вводимый в зазор стыка иизготовленный по трём технологическим вариантам:1.

гранулят из проволоки марки Св-10НМА, Ø 2 мм без добавки TiO2(образец №1);2. МХП с фактической добавкой 0,4 % (вес) TiO2, изготовленная потехнологии, применяемой на производстве (в стандартном смесителе)(образец №2);3. МХП с фактической добавкой 0,4 % (вес) TiO2, изготовленная впланетарной мельнице (образец №3).Анализ макро- и микроструктуры сварных стыковых соединений проводилис помощью микроскопа МИМ–10 на микрошлифах, изготовленных из образцов№1, 2, 3 и протравленных в 4% спиртовом растворе азотной кислоты.

Твёрдостьсварных соединений определяли на приборе Виккерса ТП-7Р-1. Исследованиемикроструктуры проводили в соответствии с ГОСТ 5693. Поверхностьисследуемых образцов исследовали при разных увеличениях ´ 100 и ´ 397 поосновным зонам сварного соединения согласно схеме, представленной на Рис.4.13.99Рис. 4.13. Схема анализируемых зон образцов №1, 2, 3 при микроструктурноманализе: 1 - основной металл; 2 - центр корневого шва; 3 - металл шва вблизилинии сплавления; 4 - основной металл в ЗТВ (корневая зона); 5 - центроблицовочного шва; 6 - металл облицовочного шва вблизи линии сплавления; 7 металл облицовочного шва вблизи линии сплавления; 8 - основной металл в ЗТВ(лицевая зона)4.5.1.

Результаты макроструктурного анализаМеталлографические исследования макрошлифов при увеличении ´20 показали,что макроструктура металла шва в анализируемых образцах №1, 2, 3 плотная, бездефектов и мало отличается друг от друга, имеет крупнокристаллическое столбчатоестроение (Рис. 4.14, а, б, в, соответственно). Отдельные дендриты, видимыеневооруженным глазом, направлены от линии сплавления с основным металлом кцентральной части шва (4-5 мкм). В центральной и нижней части шва наблюдаетсяучастоксвертикальнорасположеннымикристаллитами.Мелкиестолбчатыекристаллиты представляют собой колонию дендритов со строго ориентированнымиглавными осями. Группа мелких столбчатых кристаллитов образует макроструктурныйстолб. Дендриты, составляющие столбчатый кристаллит, характеризуются сравнительномалой разветвленностью осей. При этом из-за избирательного процесса кристаллизацииони неоднородны по химическому составу [107].100а) Образец №1(без TiO2)б) Образец №2(c участием МХП, полученной в смесителе «пьяная бочка», TiO2=0,4%)в) Образец №3(c участием МХП, полученной в планетарной мельнице TiO2=0,4%)Рис.

4.14. Макроструктура образцов № 1, 2, 3 (увеличение ´20)4.5.2. Результаты микроструктурного анализаИсследованиемикроструктурысварныхсоединенийвыполнялиприувеличении ´ 100 и ´ 397.Исходная структура стали 10ХСНД (Таблица 16, Рис. 4.13, зона №1)строчечная: феррит и перлит располагаются в виде полос с размером зерна 9баллов. При аустенизации в условиях сварочного термического цикла отмеченнаянеоднородность частично сохраняется и затем проявляется в неоднородномраспределении продуктов превращения аустенита.101В верхней части сварного шва образцов №1, 2, 3 (Таблица 16, Рис. 4.13, зона№5, 6, 7, 8) структура представляет собой перлит с небольшим количеством феррита,который расположен по границам бывших аустенитных зерен.

Следует отметить,что дисперсность перлитной структуры образцов №1, 2 практически одинакова, аигольчатость и направленность выражены чётче в образце №3, а также в образце №3в большей степени присутствуют выделения полигонального феррита.Структура в нижней части сварного шва образцов №1, 2 (Таблица 16, Рис.4.13, зона 2, 3, 4) представляет собой равноосные зерна феррита с перлитнымиучастками. Такая структура является следствием перекристаллизации металла швапри наложении второго прохода.

Механические свойства для данного типаструктуры удовлетворительные. Структура металла шва образца №3 болеедисперсная, чем у обр. №1, 2 и более равномерная, что является предпосылкой болеевысоких механических свойств, в том числе ударной вязкости.Структура металла ЗТВ (зона термического влияния) образцов №1, 2, 3одинаковая и представляет собой перлит и феррит с размером равноосных зеренферрита 1-2 мкм. Структура грубая, пакетного типа с небольшой разоориентировкой(Таблица 16, Рис. 4.13, зона 3, 4, 8).

Перечисленные особенности структурыявляются неблагоприятными факторами, облегчающими разрушение по границамзерен в области ЗТВ. Однако разупрочнение практически не сказывается наработоспособности сварного соединения и требуемые механические свойства (KCU)обеспечиваются. Исследование первичной структуры при больших увеличенияхпозволило сопоставить первичную микроструктуру со вторичной. Сравнениемикроструктур показывает, что вторичная структура (зерна феррита) значительномельче первичной (дендриты). Сетка границ ферритных зерен «дробит» дендритынезависимо от их химической неоднородности. Металлографический анализ показал,что наиболее распространенными морфологическими формами феррита в структуреметалла швов являются: блочный феррит (BF), пластинчатый феррит (FP),внутризеренный игольчатый феррит (IAF), феррит Видманштетта (FV), верхнийбейнит (UB) и нижний бейнит (LB). Процентное содержание каждой изморфологических форм в исследованных швах образцов приведено в Таблица 17.Таблица 16.№ зоныМикроструктура металла стыкового шва, образцов №1, 2, 3 (увеличение ´100, ´397)Образец №1 – МХП без добавления TiO2´100´397Образец №2 – МХП, полученная в смесителе TiO2 = 0,4 % Образец №3 – МХП, полученная в планетарной мельнице TiO2 = 0,4 %´100´397´100´3971210234№ зоныПродолжение Таблицы 16.Образец №1 – МХП без добавления TiO2´100´397Образец №2 – МХП, полученная в смесителе TiO2 = 0,4 % Образец №3 – МХП, полученная в планетарной мельнице TiO2 = 0,4 %´100´397´100´3975781036104Таблица 17.Характерные морфологические формы феррита в структуре швовХимические добавкив шовСоставляющие микроструктуры металла швов, %ВнутризеФерритПластинчаВерхнийренныйБлочныйВидманштетыйигольчатыбейнитферриттаферрит(UB)й феррит(BF)(FV)(FP)(IAF)Образец №1(без TiO2)Образец №2(c участием МХП,полученной всмесителе «пьянаябочка», TiO2=0,4%)Образец №3(c участием МХП,полученной впланетарноймельницеTiO2=0,4%)Нижнийбейнит(LB)< 1010-20< 1020-4020-40< 35< 10< 20< 2010-20< 10< 20< 10< 1020–4010–2010–15< 15Различие в микроструктурах образцов №1, 2, 3 состоит в характерераспределения феррита, его морфологии и дисперсности.