Диссертация (1025447), страница 10
Текст из файла (страница 10)
4.4.Средняя площадь зерен в околошовной зоне: проценты на графике – изменениеотносительно базового варианта91Анализ средней величины ширины первичных кристаллов металла швапоказывает, что введение лигатуры, в состав которой входят наноразмерныечастицы, приводит к снижению величины этого показателя (Рис.
4.2, 4.5). Приэтом наилучший результат достигается при применении карбида вольфрама: привведении 0,34 масс.% соединения средняя величина ширины кристаллитовстановится почти в 2 раза (на 110 %) меньше, чем в базовом варианте. При этомстоит отметить, что относительно введения никеля в том же объемном проценте(0,04 об.%) средняя ширина кристаллитов стала меньше на 86 %, чтосвидетельствует о модифицирующем влиянии наноразмерных частиц карбидавольфрама на структуру металла шва.Рис. 4.5.а92бвгдежРис. 4.5.Микрошлиф (х100) металла шва сварных соединений, полученных безприменения лигатуры (а, х50), а также при использовании лигатуры Л/Ni (б,в), Л/Ni-WC (г, д) и Л/Ni-TiN (е,ж).б, г, е -кг= 0,03 об. %, в, д, ж -кг= 0,04 об.
%93Так же помимо воздействия на значение средней ширины кристаллитовметалла шва, нанормазмерные частицы оказывают влияние и на разбросзначений этого показателя (Рис. 4.3), что характеризует равномерностьструктуры.Так,введение0,34масс.%карбидавольфрамаснижаетотносительный разброс значений ширины кристаллитов металла шва на 49 %,что должно положительно сказаться на механических свойствах металла шва.Введение нитрида титана также способствует уменьшению среднейширины кристаллитов металла шва: введение 0,18 и 0,27 масс.% снижаетсреднюю ширину кристаллитов металла шва на 66 и 95 % по сравнению сбазовым вариантом соответственно.
Однако диссоциация соединения приводитк увеличенному разбросу значений ширины кристаллитов: относительныйразброс значений ширины становится больше на 24 и 13 % соответственно.Макроструктура металла шва имеет ярко выраженную столбчатуюструктуру. Микроструктура металла шва (Рис. 4.5) представляет собойферритно-перлитную смесь.
Внутри столбчатых кристаллов наблюдаютсяферритно-перлитные участки, когда как на периферии преобладает ферритнаясоставляющая. Применение наноразмерных частиц не вносит изменения вморфологию структурных составляющих. Детальный анализ границ первичныхкристаллов проводили при анализе микроструктуры на большем увеличении(х500, Рис. 4.6). Проведенный анализ показывает, что феррит, образующийся пограницам столбчатых кристаллов видоизменяется при введении наноразмерныхчастиц. При анализе базового варианта феррит на границе первичных кристалловимеет ярко выраженный реечный вид, применение лигатуры в виде никеляприводит к измельчению феррита, который можно интерпретировать какблочный феррит. Введение наноразмерных частиц приводит не только кизмельчению ферритной составляющей, но и переводит ее в иглообразнуюформу.94абвгдРис.
4.695ежРис. 4.6Микрошлиф (х500) границы кристаллитов металла шва сварных соединений,полученных без применения лигатуры (а), а также при использованиилигатуры Л/Ni (б, в), Л/Ni-WC (г, д) и Л/Ni-TiN (е,ж).б, г, е -кг= 0,03 об. %, в, д, ж -кг= 0,04 об. %Анализ площади зерен (Рис. 4.7) в околошовной зоне показал в основномнезначительное уменьшение (не более 40 - 50 %) их средней площади посравнению с базовым вариантом. Этот показатель практически не зависит оттипа присадки и уменьшение размеров зерен связано только с наличиемлигатуры, которая забирает на себя часть тепла на плавление, что, как известно[6], существенно улучшает качество сварного соединения.96абвгдРис. 4.797ежРис. 4.7.Микрошлиф (х100) околошовной зоны сварных соединений, полученных безприменения лигатуры (а, х50), а также при использовании лигатуры Л/Ni (б,в), Л/Ni-WC (г, д) и Л/Ni-TiN (е,ж).б, г, е -4.2.кг= 0,03 об.
%, в, д, ж -кг= 0,04 об. %Результаты испытаний металла шва сварных соединений на ударнуювязкостьОбразцы сварных соединений были подвергнуты испытанию на ударныйизгиб при температуре «минус» 20 °С в соответствии с ГОСТ 6996, типобразца - X. Результаты испытаний представлены в Таблице 4.2 и наРис. 4.8 – 4.10. Полученные значения были подвергнуты анализу с цельювыявления влияния наноразмерных частиц на ударную вязкость металла шва.Анализ проводили по следующим показателям: среднеезначениеударнойвязкостидлякаждоготипашва(KCVср, Дж/см2); относительный разброс значений ударной вязкости для каждого типа шва(ΔKCV, %).98Таблица 4.2.Результаты испытаний на ударную вязкость металла шваКн, масс.%KCVср, Дж/см2ΔKCV, %-50,121,2-56,436,50,2963,213,0Л/Ni-TiN0,1859,836,0Л/Ni-53,634,50,3467,927,70,2756,229,7Лигатурабазовыйкг ,об.%-Л/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-WC0,030,04Л/Ni-TiNЗначения ударной вязкостиДж/см2Kкг, об.%KCVнтд0,30,4Рис.
4.8.Результаты испытаний на ударную вязкость при температуре «минус» 20 °С:KCVНТД = 50 Дж/см2 – минимальное значение ударной вязкости согласно НТД;■ – разброс значений ударной вязкости;■ – минимальное значение ударной вязкости99Kкг, об.%0,3+12%+36%+7%+19%+26%+13%Дж/см20,4Рис. 4.9.Среднее значение ударной вязкости: проценты на графике – изменениеотносительно базового вариантаKкг, об.%0,3+40%+31%+63%+70%-39%+73%%0,4Рис. 4.10.Относительный разброс значений ударной вязкости: проценты на графике –изменение относительно базового варианта100Среднее значение ударной вязкости металла шва сварных соединений,выполненных по базовой технологии составило 50 Дж/см2, при относительномразбросе 50%. Таким образом, базовая технология обеспечивает требованияотраслевых НТД. Следует отметить существенный разброс полученныхзначений, что приводит к получению значений меньше требуемого уровня.Введение через лигатуру никеля приводит к незначительному росту среднегозначения ударной вязкости на 13 % и 7% (при введении 0,03 об % и 0,04 об.%никеля соответственно), однако при этом наблюдается существенное увеличениеотносительного разброса значений ударной вязкости на 73% и 63%,соответственно, по сравнению с базовым вариантом.
При введении такогоколичества лигатуры, в металл шва вводится 1,10 и 1,56 масс. % никелясоответственно. Такое влияния никеля на ударную вязкость металла шва можетбыть связано с негативным влиянием совместного легирования никелем имарганцем металла шва.
Известно [97], что при легировании наплавленногометалла марганцем и никелем оба эти элемента выступают как стабилизаторыаустенита. Поэтому содержание никеля должно быть сбалансированноотносительно марганца, иначе есть риск появления мартенсита в структуреметаллашва,чтоприведеткпадениюпластическиххарактеристик.Оптимальным соотношением для получения максимальных результатов прииспытании на ударную вязкость металла шва между содержанием марганца иникеля является 1,5 – 1,6.Применения лигатуры Л/Ni-WC в количестве 0,03 об. % и 0,04 об. %приводит к росту среднего значения ударной вязкости металла шва на 26 % и36%соответственно.Следуетотметитьсущественноеуменьшениеотносительного разброса значений ударной вязкости: на 39% по отношению кбазовому варианту при введении 0,03 об.
% лигатуры (Рис. 4.10). Однакоувеличение количества вводимой лигатуры до 0,04 об. % приводит к увеличениюотносительного разброса значений ударной вязкости на 31% по отношению кбазовому варианту. Применение наноразмерных частиц в виде лигатурыпозволяет снизить негативное влияние совместного легирования металла101сварочной ванны никелем и марганцем, а также повысить показатели ударнойвязкости при минимальном их введении в опробованном диапазоне. Такимобразом, целесообразно ограничить количество вводимой лигатуры до 0,03 об.%,что соответствует введению 0,29 масс.
% наноразмерных частиц карбидавольфрама.Применения лигатуры Л/Ni-TiN в количестве 0,03 об. % и 0,04 об. %приводит к росту среднего значения ударной вязкости металла шва на 19 % и12% соответственно (Рис. 4.9). Однако при этом сохраняются высокие значенияотносительного разброса значений ударной вязкости на 36% и 29%соответственно. (Рис.
4.10). Таким образом, не смотря на формирование газовыхвключений в металле шва, значение ударной вязкости остаются на уровне и дажевыше базового варианта.4.2.1. Фрактографические исследования поверхности изломаФрактографический анализ изломов включал себя анализ соотношенияхрупкой и вязкой составляющей по ГОСТ 30456 и ГОСТ Р ИСО 148, а такжеанализ поверхности излома на растровом электронном микроскопе.Для всех образцов после испытаний на ударную вязкость были полученыданные по соотношению хрупкой и вязкой составляющих, которые указаны вТаблице 4.3 и на Рис.
4.11.Анализ полученных результатов свидетельствует об увеличении доливязкой составляющей при использовании лигатуры всех составов. При этомследует отметить существенный рост этого показателя при использованиилигатуры Л/Ni-WC. Применение лигатуры Л/Ni (не более 10%) увеличиваетдолю вязкой составляющей не значительно, при этом увеличение количествавведённого никеля не оказывает влияния на изменения этого значения. По всейвидимости, изменение ударной вязкости и доли вязкой составляющей связано ссоотношением между никелем и марганцем, которое остается неизменным сувеличением количества лигатуры (такое соотношение составляет 0,23). Долявязкой составляющей в образцах, полученных из металла шва сварных102соединений, выполненных с применением лигатуры Л/Ni-TiN, в первую очередьсвязана с перераспределением легирующих элементов и соизмерима с таковымпоказателем для металла шва, полученного с применением лигатуры Л/Ni.Таблица 4.3.Соотношение вязкой и хрупкой составляющей в изломахДоля хрупкойДоля вязкойсоставляющей Х, %составляющей В, %62,337,757,7542,2548,2551,75Л/Ni-TiN59,2540,75Л/Ni57,6842,3248,6151,3951,5948,41Лигатурабазовыйкг , об.%-Л/NiЛ/Ni-WCЛ/Ni-WCЛ/Ni-TiN0,030,04Доля вязкой составляющей в образцах, полученных из металла шва сварныхсоединений, выполненных с применением лигатуры Л/Ni-WC превышает 50%,что на 35 % выше по сравнению с базовым вариантом и на 20% по сравнению сметаллом шва, выполненным с применением лигатуры Л/Ni.На Рис.
4.12 представлены изображения хрупкой составляющей изломов,полученных с использованием электронной микроскопии. Анализ зоныразрушения проводился в соответствии с РД 50-672-88. Видно, что висследуемой зоне присутствуют фасетки квазискола, что не позволяетинтерпретировать эти зоны как чисто хрупкие. Следует заметить, что прииспользовании лигатуры растет зона вязкого разрушения по границам фасеток(не менее, чем в 4 раза), причем наибольшая ширина вязкого разрушениянаблюдается для образцов, в состав которых были введены частицы карбидавольфрама (средняя ширина зоны 108 мкм).103%Kкг, об.%0,30,4Рис.
4.11.Доля вязкой и хрупкой составляющей в изломах:■ – хрупкая составляющая, %;■ – вязкая составляющая, %Рис. 4.12а104бвгдежРис. 4.12.Фрактография поверхности (х500) хрупкого участка излома образцов,вырезанных из металла шва сварных соединений, полученных безприменения лигатуры (а), а также при использовании лигатуры Л/Ni (б, в),Л/Ni-WC (г, д) и Л/Ni-TiN (е,ж).б, г, е - кг = 0,03 об. %, в, д, ж - кг = 0,04 об. %1054.3.Результаты химического анализаНа полученных изломах при проведении фрактографического анализатакжепроводилсяхимическийанализметодомрентгеноспектральногомикроанализа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
