Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Превышение пределов растворимости приводит к образованию соединений металлов с примесями внедрения (оксидов, нитридов, карбидов и др.), располагающихся преимущественно по границам зерен и охрупчивающих их. Наиболее сильно охрупчивает кислород. Растворенный в твердом металле, кислород резко увеличивает твердость, а хрупкие окислы, имеющие слабую связь с металлом, располагаясь по границам зерен, часто катастрофически снижают прочность и пластичность металлов. Хладноломкнми эти металлы делают примеси.
Температура перехода металлов в хрупкое состояние резко повышается с увеличением концентрации примесей внедрения. В зависимости от содержания примесей температура перехода из вязкого состояния в хрупкое колеблется для хрома от — 70 до 600' С, для молибдена до 480 С, для вольфрама до 330' С. У металлов Ч1 группы в рекристаллизонанном состоянии температура перехода в хрупкое состояние примерно на 300' С выше, чем в деформированном. Причиной этого является неблагоприятное расположение неметаллических включений в рекристаллизонанном металле, в котором они находятся в виде сплошной пленки по границам зерен. Температура рекристаллизации равна примерно 0,4 Тпл К н составляет 950'С для хрома, 1150' С для молибдена, 1250 'С для вольфрама, В конструкциях эти металлы используются в виде сплавов.
Для сохранения пластичности и повышения прочности металлов Ч1 группы осуществляют легнрование: а) элементами (н количестве ( 1%), имеющими с этими металлами большое сродство и образующими растворы замещения; указанные элементы существенно ул!еньшают влияние примесей; Ег, Н1, Са, Ч, Ьа, образуя нитриды, очищают матрицу сплава от этой примеси; МЬ, Та, Т1, Ь хорошо снязывают также углерод; Т1, Хг, Ч, Ое, Ьа очищают от кислорода; б) металлическими элементами совместно с углеродом для гетерофазного упрочнения путем образования мелкодисперсной фазы н матрице сплава. Углерод, наряду с тем, что является раскислителем и модификатором, образует карбиды с этими элементами; в) элементами для образования твердого раствора; легирование допускается: для хрома — никелем, рением; для молибдена — рением, вольфрамом; для вольфрама — рением и молибденом.
34. Промышленные сплавы на основе молибдена П р и м е ч а и и е. Состояние материала: Р— рекристаллиэоваииое; Д— деформированное; Π— отожженное, Химический состав и свойства серийных сплавов приведены в табл. 33 и 34. Основными легируюшимн элементами являются элементы 1Ч группы — Т1, х.г, Н1. В небольших количествах вводится углерод (0,04 — 0,06ото) как раскнслитель, модификатор и для упрочнсния сплава за счет образования второй фазы.
Введение бора (0,001 †,003%) способствует увеличению пластичности за счет измельчения зерна и безоксиднрующего действия. Введение в металл Ре, Со, 1~1, 1г (молибденовые сплавы серии ТСМ) повышает пластичность вследствие концентрации этих 329 328 Сварка тигоплавких металлов и их салавов Сварка хрома, молибдена, вольфрама элементов в псграннчных областях н препятствия образованию окислов основного металла на границах в результате уменьшения энергии дефектов упаковки и усиления металлической связи. На металлы Ч1 группы благоприятно влияет рений (при содержании > 20 — 25%); одновременно он повышает прочность и пластичность и резко уменьшает склонность к хладоломкости в связи с интенсивным развитием двойникования прн деформации, очищением границ зерен от примесей, повышением предельной растворимости примесей.
Сплавы рения с вольфрамом, молибденом, танталом и ниобисм являются наиболее жаропрочнымн. В промышленном масштабе используются сплавы ВР-27ВП (% — 27% Ке), МР-47ВП (Мо — 47% Ке). Перспективны сплавы серии МВР27ВП системы Мо — % — Ке с содержанием рення 27%. Эти сплавы сочетают высокую жаропрочность, пластичность, свариваемость. Металлы П группы н сплавы на нх основе обладают наихудшей свариваемостью (за исключением сплавов с роняем) среди других тугоплавкнх металлов прежде всего в связи с ничтожной растворимостью и наиболее высокой чувствительностью к примесям внедрения. При сварке этих металлов наблюдаются следующие характерные особенности. Химическая активность металлов этой группы по отношению к примесям внедрения ниже, чем у тугоплавких металлов 1Ч и Ч групп.
Однако при высоких температурах, характерных для сварки плавлением, они активно реагируют с окислителями. Молибден и вольфрам не образуют оксидов, устойчивых при высоких температурах, Лишь оксид хрома Сг,Ог является пассивирующим при высоких температурах. Заметное окисление хрома начинается с температур выше 780' С. Окисление на воздухе молибдена и вольфрама начинается при температуре около 300'С.
При температурах ниже 475' С на молибдене происходит образование плотно прилегающей окисной пленки, Скорость окисления незначительна и определяется скоростями диффузии ионов металла и кислорода через пленку окисла. В интервале температур 475 †7" С наряду с образованием окисной пленки происходит испарение оксида молибдена, ускоряющееся с повышением температуры; при высокой температуре окисной пленки на поверхности молибдена не образуется, и наблюдается только испарение окисла. Пары воды вызывают быстрое окисление молибдена при температурах выше 700' С.
В азоте хром устойчив до 650' С, молибден до 1500' С, нитриды не устойчивы, вольфрам и рений не реагируют с азотом. Хром, молибден и вольфрам образуют тугоплавкие прочные соединения с углеродом, бором, кремнием. В отличие от металлов И и Ч групп эти металлы не образуют устойчивых гидридов. Водород в этих металлах образует твердые растворы внедрения и обладает большой подвижностью, десорбируясь прн охлаждении, поэтому этн металлы не склонны к водородной хрупкости.
Несмотря на меньшую, чем у металлов И и Ч групп, активность, требуется более тщательная их зашита (в связи с повышенной чувствительностью к примесям внедрения) путем сварки в высоком вакууме и инертных газах высокой чистоты. Металлы этой группы чрезвычайно чувствительны к термическому циклу сварки при наличии примесей, содержание которых в исходном материале, как правило, значительно выше предела растворимости. Увеличение зерна, перегрев, рекристаллнзация, появление примесных фаз на границах зерен под действием термического цикла приводят к резкому увеличению порога хладноломкости и склонности к горячим трещинам.
Температура порога хладноломкостн металла шва и рекристаллизованной зоны термического влияния, как правило, выше 20' С. Для рекристаллизованной зоны характерен провал пластичности. Высокая склонность к горячим трещинам связана: а) с наличием примесей внедрения, вызывающих охрупчивание металла н образование легкоплавких эвтектик по границам зерен; б) с высокими напряжениями и темпом деформаций в связи с большим модулем упругости. Свариваемость и свойства сварных соединений зависят от неоднородности свойств исходного материала в связи с неоднородным распределением (по площади и толщине) примесей внедрения, различными размерами, формой и количеством частиц второй фазы, состоянием твердого раствора. На участках с повышенным содержанием примесей при сварке происходит преимущественное образование трещин, местное снижение порога хладноломкости и пластичности. На свойства сварных соединений влияют параметры термического цикла, прежде всего скорость охлаждения, от которой зависит выделение второй фазы (карбндов, нитридов и др.), вид (глобулярный, игольчатый, пластинчатый) и зоны выделений (на границе, в теле зерна).
Оптимальные параметры цикла определяются природой сплава, толщиной металла, методом сварки. Влияние теплофизических характеристик этих металлов при сварке проявляется в следующем. Высокие температура плавления и теплопроводность вызывают необходйыость сосредоточенности источников энергии для сварки. Высокий модуль упругости в сочетании со значительной зоной упругопластнческих деформаций способствует появлению болыпих остаточных напряжений, однако малый коэффициент линейного расширения этих металлов уменьшает такое вли я н из.
Качественные сварные соединения получаются при использовании металлов высокой чистоты н однородности по примесям. Необходимо использовать также методы сварки, обеспечивающие образование сварного соединения без насыщения примесями внедрения. Основными из них являются методы сварки плавлением: электронно=лучевая, дуговая в среде инертных газов в камерах с контролируемой атмосферой, сварка полым катодом, лазером. Хорошее качество соединений достигается нрн диффузионной сварке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
