Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 86
Текст из файла (страница 86)
3). С повышением содержания никеля в шве ширина прослоек заметно снижается, и при его количестве более 35оуо прослойки не выявляются (рис. 4). При сварке с подогревом протяженность хруп- %У/' ких прослоек расширяется. На структуру и свойства зоны сплавления рассматриваемых соединений влияют «диффузионные» прослойки, вызванные миграцией углерода на линии раздела З0 в более легированную составляющую соединения.
Развитие этого процесса приводит к образованию обезуглсроженной прослойки со стороны менее легированной составляющей и науглерожепной — со стороны более легированной. Наибольшее развитие прослойки получают в сварных соединениях углеродистых сталей с высоколегированными аустснитными или ферритными сталями с повышенным содержанием хрома и других У0 энергичных карбидообразующих Рис. 3. Изменение содержания никеля в зоне с плавления перлитной стали с аустенитным швом: ~ — металл шва Э-07 Х20Н9; 2 — металл шва на никелевой основе; х,, хр— швркпа крпсталлиаацпопных хрупких прослоек элементов во время термической обработки или в процессе высокотемпературной эксплуатации.
Непосредственно после сварки их интенсивность мала. По своему механизму рассматриваемый процесс относится к процессам диффу- зии в многокомпонентных системах, направление и скорость которых определяются не градиентом концентрации элементов (в данном случае углерода) па границе раздела, а градиентом химического потенциала системы — ее активностью.
В данном случае он обусловлен разной термодинамической активностью карбидов Л в контактируемых материалах и связан с реакцией образования на границе раздела со стороны легированной составляющей 200 устойчивых специальных карбидов (маро 2 ганца, хрома, молибдена, вольфрама, ва- 100 надин, ниобия и титана) за счет углерода, поступающего из нелегированной состав- ~ ~~,~о ®, ляющсй, где он связан в сравнительно малоустойчивом карбиде цементитного типа. По существующей классификации этот процесс относится к процессам реактивной (реакционной) диффузии 110).
Распределение углерода в зоне сплавлеция меняется в зависимости от температуры нагрева. При термической обработке типа отжита (выше точки Аса), когда растворимость углерода в аустените велика, со стороны углеродистой стали наблюдается постепенное снижение концентрации углерода, а со стороны леги- рованной составляющей — ее повышение с разрывом непрерывности на границе а (рис.
5 а), Прн температурах ниже точки Аст для углеродистой стали при ничтожной растворимости углерода ь феррите, со стороны углеродистой ст л а н выявляется полностью обезуглероженная прослойка, а со стороны легированной 7(„«„,нкн 400 Рис. 4. Влияние содержания пикеля в металле аустеннтн< 1о шва на ширину хрупких кристаллизационных прослоек в зоне сплавления с перлитной сталью: 1 — беа подогрева; 2 — подог рев до 500Я С Рис.
5. Распределение углерода в диффузионных прослойках зоны сплавления сварного соединения углеродистой (7) и легированной (12) стали в зависимости от температуры выдержки: а — выгпе точка Ас, (для углеродистой стали); б— виже точка Ас,; в — ниже 500' С Рис.
6. Влияние температуры отпуска при выдержке 5 ч на ширину диффузионных прослоек в зоне сплавления углеродистой стали со сталью 12Х18Н10Т: 1 и 2 — обсзуглероженяая прослойка в сталях 20 я 1О соответственно; 3 — науглсрожеяпая прослойка в стали 12Х18Ы!ОТ л,п 1« 1,2 50 О дб д« 520 500 б5 338 Сварка разнородных сталей, металлов и сплавов 339 Сварка разнородных сталей яй лв бО Ф;% Рис. 7. Влияние содержания никеля в аустснитноп шве (15% Сг) на ширину диффузионных прослоек в зоне сплавлення с углеродистой сталью (0,36% С) после высокогсмпературных выдержек: ! — обезугчероженная прослойка в углеродистой стллн 560' с, 1000 ч.„2 — то же, бзО' С, 1000 гч 3 — чеу~л~пожснная прослоака в аустенптнам шве ьзэ' С, 10ьо ч составляющей — науглероженная прослойка с содержанием до 1,5 — 2,0% С (рнс.
5, б). При низких температурах нагрева (ниже 500 'С для углеродистой стали) полностью обезуглероженные прослойки обычно не образуются, что может быть связано с очень низкой скоростью диффузии углерода в легированной составляющей вблизи границы раздела (рис. 5, в). Фазовый состав легированной составляющей соединения не меняет характера процесса, а влияет лишь на его интенсивность. На направление процесса не влияет и какой частью сварного соединения — основным металлом или швом являются входяшие в него составляющие. Направление и интенсивность процесса определяются лишь разницей в содержании карбидообразующих элементов в свариваемых материалах и температурно-временными условиями нагрева. В соответствии с общими закономерностями диффузии рост ширины обезуглероженных и науглероженных прослоек подчиняется экспонепциальной зависимости от температуры и параболической во времени.
Их расчет затруднен из-за недостаточности сведений об активности углерода в сталях. Имеются отдельные попытки такого расчета применительно к биметаллу с плакируюшим слоем. Если известно изменение ширины прослоек после относительно кратковременных выдержек при температурах отпуска, то с помощью параметрической зависимости моткно определить их после длительной эксплуатации при меньших температурах 112). Наибольшего развития обезуглероженные прослойки достигают после нагрева при температурах, близких к нижней критической точке Ас1 (рис.
6). Дальнейший рост температуры вызывает уменьшение нх ширины в связи с изменением фазового состава нелегнрованной стали. Чем меньше содержание углерода в низколегированной стали, тем больше ширина обезуглероженной прослойки, однако разница в свойствах прослойки и основного металла при этом меньше.
При использовании в качестве менее легированной составляющей сварного соединения нязколегированной стали, содержащей такие элементы, как хром, молибден и особенно ванадий, ниобий или титан, протяженность диффузионных прослоек в зоне сплавления заметно снижается. При содержании в менее легированной стали 5% Сг и более прослойки мало заметны и их влияние можно не учитывать. Снижается ширина прослоек и в контакте низкоуглеродистой стали с иизколегированной при содержании в последней менее 5% Сг. В связи с заметным влиянием диффузионных прослоек на прочность сварных соединений актуальной является разработка мер по уменьшению интенсивности их развития. В соединениях перлитной стали с аустенитной или при сварке закаливающихся сталей аустенитными электродами такой эффективной мерой является использование сварочных материалов с повышенным содержанием никеля (рис.
7). Это является рациональным и применительно к устранению хрупких кристаллизационных прослоек. Для уменьшения ширины диффузионных прослоек можно также рекомендовать: а) предварительную облицовку кромок перлитной стали более стабильными перлитными швами; в) введение промежуточных кондак структивных элементов из более стабильных перлитдв ных сталеи; в) ограничение температуры эксплуатации в зоне сварного соединения; г) отказ от отпуска сварного соединения или снижение его температуры. Свойства сварных соединений Механические свойства и жаропрочность.
Стали различных классов имеют близкнс модули упругости. Поэтому при нагружении в упругой стадии сварные соединения разнородных сталей можно рассматривать как однородное тело. Их свойства при разрушающих нагрузках зависят от направления приложения усилий. Если соединение нагружается поперек шва, то его свойства определяются свойствами наименее прочных участков оспоиюго металла или шва.
1!ри приложении усилия вдоль шва прочность и пластичность соединения являются промежуточнымн между свойствами входящих составляющих. При наличии в них хрупких участков возможно преждевременное разрушение изделия. 11ри опенке свойств рассматриваемых сварных соединений особого внимания заслуживает вероятность преждевременных хрупких разрушений в зоне сплавлення. В соединениях сталей одного структурного класса между собой такие разрушения не характерны и могут возникать преимущественно при высоких температурах в условиях ползучести.
В наибольшей степени они проявляются в соединениях разных структурных классов и прежде всего в соединениях перлитной, мартенситной или ферритной стали с аустенитной, когда в зоне сплавлення образуются развитые хрупкие кристаллнзацнонные и диффузионные прослойки.
При использовании в таких соединениях в качестве менее легированной составляющей перлнтной малопрочной стали (например, низкоуглеродистой) появление в зоне сплавления развитых кристаллизацнонных прослоек (при содержании никеля в аустенитном шве менее 25%) не приводит в исходном состоянии после сварки к хрупким разрушениям в зоне сплавления. Если сваривать сталь повышенной прочности, то и в исходном состоянии после сварки возможны хрупкие разрушения в зоне сплавления только из-за образования кристаллизационных прослоек. Переход к таким разрушениям приводит к повышению переходной температуры хрупкости соединения Т„ (кривая 1 на рис.
8) выше температуры эксплуатации (Т,). Отпуск после сварки или высокотемпературная выдержка, приводя к дополнительному развитию в зоне сплавлення диффузионных прослоек, усиливают склонность сварных соединений к хрупким разрушениям, способствуя дополнительному повышению переходной температуры хрупкости (кривые 2 и 3). В этих случаях таким разрушениям подвержены и соединения малопрочной перлитной стали с аустенитной. Использование сварочных материалов с повышенным запасом аустенитности типов Э-1!Х15Н25М6АГ6, Э-27Х15Н35ВЗГ2Б2Т и особенно материалов на никелевой основе уменьшает вероятность хрупких разрушений в зоне сплавления как в исходном, так и в отпушенном состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
