Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 22
Текст из файла (страница 22)
1, б). участке частичной перекристаллизации (2 на рис. 1, а) основной металл нагревается выше температуры Тн ф „, которая для стали соответствует началу превращения перлита в аустенит (критическая точка Ас,), а для большинства сплавов титана — началу с» -» р-превращения. Обычно структурные изменения в этом участке по сравнению с околошовной зоной в меньшей степени показывают отрицательное влияние на свойства сварных соединений. Однако при определенных исходной структуре, а также условиях нагрева и охлаждения при сварке в этом Участке возможно разупрочнение основного металла, обусловленное либо характером фазовых превращений в новых фазах, образующихся при последующем охлаждении, либо процессами возврата и коагуляции в старых фазах при нагреве, зз п1рг Ольн1анскогоз т, 1 Кристаллизация сварочной ванны б,с Кристаллизация ванньц фазовые изменения и режим сварки Наличие третьего участка (3 на рис.
1, а) и тип структурных изменений в нем зависят от исходного состояния основного металла перед сваркой. В случае сварки отожженного металла третий участок в зоне термического влияния практически отсутствует. Прн сварке стали или сплавов титана после закалки, закалки с отпуском или закалки с последующим старением, 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 (карбндов в стали и интерметаллндов и химических соединений в сплавах титана). Во втором случае к разупрочнению преимущественно приводят процессы рекристаллизации обра.
боткн. Этот третий участок принято называть участком нли зоной разупрочнення, Рис. 1. Строение зон сварного соединения сплава с полиморфным превращением при однопроходной сварке плавлением листов встык: и — распределение максимальных температур Т„,»„поперек шва и соответствующие им участки воны термического влияния; б — термические циклы на границах отдельных участков зоны термического влияния. Обозиачения максимальных температур: Т ел плавления; Т „р — начала интенсивного роста зерна; г„ф и т„ф — соответственно начала и конца фазового превращения при нагреве; Т вЂ” отпуска закаленного ет основного металла перед сваркой; Ти — начала рекристаллизации обработки н.р.о отпуска илн рекристаллизации.
Наиболее резкое разупрочнение металла обычно происходит у границы этого участка с участком неполной перекристаллизации, где максимальные температуры нагрева Т „близки к нижней критической точке фазового превращения Т„,ф.. Поэтому основными параметрами термического цикла участка разупрочнения являются максимальная температура нагрева 7в ах 7п ф и и длительность 1„т (или 1~,) пребывания металла во время сварки при температуре выше температуры отпуска То, (или начала рекрнсталлизацин обработки Т„. р, „) (см. рис. 1, б).
Склонность основного металла к разупрочнению при сварке — в ряде случаев одна из важных характеристик свариваемости высокопрочной стали (преимущественно мартенситной) и некоторых сплавов титана. Однако при выборе технологии и режимов сварки эта характеристика является вспомогательной. В основном свариваемость большинства материалов оценивают по изменениям фазового состава и структуры металла в околошовной зоне, от которых в наибольшей мере зависит технологическая и эксплуатационная прочность сварных соединений и конструкций. Однако в ряде случаев, особенно в сплавах без полиморфных превращений, решающее влияние на качество сварного соединения оказывают структура и свойства металла шва, а также образование в нем горячих трещин, По термомеханическим условиям протекания фазовых превращений сварка плавлением существенно отличается от термической обработки, литья н формирования слитка.
Если при термической обработке стали температура нагрева обычно превышает точку Асз не более чем на 100 †1' С, то при сварке максимальные температуры нагрева околошовной зоны близки к температуре плавления. Скорости йагрева при сварке в десятки н сотни раз выше, чем при печной термической обработке.
Поэтому при сварке интенсивно растет зерно аустенита, а степень его гомогенизации, как правило, невысока. Это существенно сказывается на устойчивости аустенита при охлаждении металла и температурных интервалах его превращения. Кристаллизация сварочной ванны происходит в более неравновесных условиях, чем отливок и слитков, что связано со значительно меньшим объемом затвердевающего металла, более высокими скоростями охлаждения и существенным влиянием кромок основного металла на характер роста кристаллитов, их ориентацию, размеры и неоднородность по составу.
Развивающиеся в процессе сварки деформации, хотя и более ограничены по величине, но отличаются более высоким темпом изменения. Кроме того, из-за неравномерного нагрева поля деформаций н напряжений при сварке характеризуются более высокой неоднородностью и значительными градиентами. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ Литая зона сварного соединения представляет собой металл, затвердевши й на подложке, которой являются оплавленные кромки основного металла. В соот. ветствии с теорией роста кристаллов затвердевание жидкого металла происходит путем образования новых атомных слоев твердой фазы. Эти слои сохраняют крислл графическую ориентацию подложки. Первые кристаллиты, прорастающие лиот линии сплавления в глубь ванны, имеют ориентацию оплавленных рекристал зованных зерен околошовной зоны, т. е. сильно разориентированы (4). Число кристаллитов сварного шва на линии сплавления равно числу оплавленны х рекристаллизованных зерен.
Между кристаллитами формируются больше- угловые границы, являющиеся продолжением границ рекристаллизованны р Зти границы можно представить как поверхности раздела различно ориентированных кристаллических решеток. Однако затвердеванне сварочной ванны может происходить не только в результате развития кристаллитов от подложки в глубь ванны, но также в результате образования вблизи от края ванны слоя новых кристаллитов в связи с развитием термического или концентрационного переохлаждения. В переохлажденном слое независимо друг от друга возникают зародыши кристаллизации. Чем больше степень переохлаждения расплава, тем больше образуется зародышей кристаллизации и соответственно больше новых кристаллитов.
До момента столкновения этн кристаллиты не взаимодействуют. Поэтому этот слой также характеризуется их беспорядочной ориентацией. При сварке на больших погонных энергиях рост зерен в околошовной зоне уменьшает число затравочных зерен, н от линии сплавления в глубь ванны прорастает соответственно меньшее число кристаллитов. В этих же условиях сварочная ванна окажется менее переохлажденной, и число новых центров кристаллизации, образующих в дальнейшем слой хаотически ориентированных кристаллитов, также будет меньшим. Размер кристаллитов в краевом слое сварного шва увеличится.
Могут существовать и такие условия охлаждения сварочной ванны (например, при сварке чистых металлов на малых скоростях или с сопутствующим подогревом), при которых расплавленный металл будет недостаточно пере- охлажден для образования у края ванны новых центров кристаллизации, и развитие получат только кристаллнты, растущие от подложки. Скорости кристаллизации по разным кристаллографическим направлениям различны.
Направлением преимущественного роста кристаллитов в металлах 4» 101 100 Кристаллизация ванны, фазовые изменения и режим сварки Кристаллизация сварочной ванны с решеткой гранецентрированного или объемно-центрированного куба является к (100), для гексагональной плотноупакованной решетки (1010).
По мере р ания процесса затвердевания сварочной ванны растущие от края ванны кристаллиты сталкиваются и вступают во взаимодействие. Более бла р лагоприятно ориентированные кристаллиты, у которых кристаллографические на р направления преимущественного роста близки или совпадают с направлением теплового таются за счет сосе них.
Эт плового потока, разрас- дних. Это происходит в результате отклонения границы между двумя кристаллитами в сторону неблагоприятно ориентированн В ез льтате конк рованного кристаллита. результате конкурентного роста часть кристаллитов исчезает, поперечное сечение оставшихся кристаллитов становится больше. Поскольк литы не об аз ются (п ь . оскольку новые кристал- р у я (переохлаждение, необходимое для поддержания процесса зарождения новых центров кристаллизации, уже снято), ничто не препятствует дальнейшему росту кристаллитов в глубь сварочной ванны. В сварном шве возйикает зона с кристаллитами избирательной ориентации, вытянутымй в направлении теплового потока подобно столбчатым кристаллитам слитков. Рис. 2. Траектории роста кристаллитов в сварочной ванне при схемах кристаллизации: а — пространственной; б — плоской Во всех металлах и сплавах, кристаллизующихся в неравновесных условиях, столбчатая зона с преимущественной ориентацией образу б дендритному росту.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
