Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Замедленное разрушение свежезакаленной стали связано с микропластическим течением по гра|зицям зерен. Последнее объясняется наличием в структуре мартенсита такой стали высокой плотности незакрепленных, способных к легкому скольжению краевых дислокаций.
Микропластнческая деформация проявляется преимущественно в виде сдвигов по границам и в приграничных зонах аустенитных зерен [9). Эти данные позволяют предположить, что очаги холодных трещин образуются в соответствии со схемой Зпнера, только относительное смещение соседних зерен обусловлено не вязким течением [21, 24), а микропластической деформацией в приграничных зонах и по границам зерен, Ри . 20. Межкристаллический характер очага холодных трещин и смешанный характер их развития: и, б — очаги трещин «частокол» и «ламелярной»; в — очаг Л и участок и развития поперечной трещины в околощовной зоне (свободная поверхность); г и д — то же, на взломе трещин «откол» и «частокол» 14 п/р. Винокурова В. А., т.
3 418 419 Технологическия прочность металлов при сварке Рис. 21, Сопоставление зон срастания кристаллитов в шве (а) и оплав- ленных зерен в околошовной зоне (в) с границами действительных аустенитных зерен (б и г) Технологическая прочность в процессе превращений Торможение процесса замедленного разрушения и образования трещин при отрицательных температурах связано с термоактивированным характером микро- пластической деформации и объясняется снижением еескорости более, чем в 10шраз по сравнению с деформацией при 20 'С. Повышение сопротивляемости холодным трещинам в процессе выдержки после сварки в течение нескольких суток при 20' С и нескольких часов при 100 — 200 'С связано с сегрегацией углерода на дислокациях и их закреплением, скорость которой определяется составом стали и тем» пературой.
Подтверждением этому является совпадение кинетики развития обоих процессов во времени. Другие послезакалочные процессы в мартенсите (разупорядочение твердого раствора с образованием кубического мартенсита, распад с выделением промежуточных карбидов и т. д.) не получают развития до закрепления дислокаций атомами углерода г9!. Очаги трещин могут иметь субмикроскопические (несколько десятков дислокаций) или микроскопические (диаметр зеРна) размеры. Образование и развитие очагов в макрогрещины подчиняются различным закономерностям.
Предполагается, что процесс образования очагов представляет собой упругий разрыв атомных связей при достижении локальными напряжениями теоретической прочности и контролируется в основном поверхностной энергией, имеющей порядок 1Ов— 104 эрг/сыз. Развитие микротрещины связано с возникновением около ее вершины области пластической деформации и контролируется в основном энергией пластического течения, которая может быть оценена приведенной величиной — некоторой эффективной поверхностной энергией порядка 10' — 10' эрг/смз. Гаким образом, для развития микротрещин требуются более высокие напряжения, чем для их образования. Поэтому в некоторых случаях они могут существовать в сварных соединениях, не влияя на их работоспособность при эксплуатационных нагрузках, меньших критических.
Субмикротрещины, видимо, вообще могут «зарастаты в результате упорядочения дефектной структуры металла в процессе «отдыха». При нагрузках выше критических микротрещины получают развитие, что приводит к разрушению конструкций. Влияние водорода на склонность сталей к образованию холодных трещин при сварке согласуется с явлением обратимой водородной хрупкости (с1, Обрагимая водородная хрупкость обусловлена атомарным (или ионообразным) водородом, образу|ощим пересыщенный твердый раствоп в местах концентрации трехосных растягивающих напряжений, в первую очередь в зонах вокруг острия субмикротрещин. При повышении содержания водорода снижается критический размер субмикротрещин и соответственно уменьшается сопротивляемость их развитию в микротрещины.
Водород наиболее заметно снижает сопротивляемость стали трещинам !9, 22] в случае образования в сварных соединениях смешанной перлитно-мартенситной, бе'нитной или структуры низкоуглеродистого мартенсита (в том числе низкотемпературного у мартенситно-стареющих сталей). При структуре среднеуглеродистого мартенсита влияние водорода незначительно или практически отсутствует. Это отражает одну из особенностей обратимой водородной хрупкости, заключающуюся в том, что она проявляется, если другие факторы (температура, структурные превращения и т. п.) не создают в металле предельной степени хрупкости или вообще его не охрупчивают. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СТАЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЮ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН Применяемые в настоящее время методы приведены в табл, 3. Один из косвенных методов — расчетное определение эквивалента углерода С„„(табл 3, д.1.1). Различные исследователи предложили более десятка выражений 1ля С, „существенно отличающихся коэффициентами при легирующих элементах.
В практике часто применяется выражение [22) Мп Я 1М1 Сц й(о Ч Сэ««= + б +24+ !О+ б + 4 +14 421 Технологическая прочность в процессе превраи4ений 420 Технологическая прочность металлов при сварке я. Методы оценки сопротивляемости сталей образованию холодных трещин при сварке Сущность и назначение метода Вид критерия и его использование Характер критерия А. Косвенные Количественный " 1. Эквивалент углерода С . Сопоставление с критическим значением 1. Расчет склонности стали к образованию трещин по химическому составу !.
Критерий трещннообразования Р . Сопоставление с критическим значением То же 2. Расчет склонности сварного соединения к образованию трещин по химическому составу и жесткости соеди- нения Качественный Полуколичественный «е То же 1. Определение склонности стали к трещинам путем сварки лабораторных технологических проб Полуколичественный "е Количественный Количественный 1. Минимальное напряжение, при котором образуются трещины Для сравнения материалов между собой нли с эталонным, для сопоставления с допустимым показателем 2. Определение сопротивляемости стали трещинам путем испытаний сварных образцов на замедленное раз- рушение 1.
Минимальное разрушающее напряжение Для сравнения материалов между собой и с эталонным Количественный Количественный Количественный ее Количественные критерии имеют числовые выражения; связаны с изменением одного из факторов, обусловливающих трещины, и однозначно оценивают сопротивляемость трещинам. " Полуколичествеиные критерии связаны с изменением нескольких активных факторов, но являются числовым выражением одного нз ннх.
3. Определение сопротивляемости замедленному разрушению путем испытаний образцов основного металла с имитацией сварочного термодеформационного цикла 4. Определение группы стойкости сварных соединений против трещин путем сварки специализированных [отраслевых) технологических проб 5. Определение запаса стойкости против трещин путем сопоставления действительного показателя сопротивляемости стали трещинам с допустимым для конструкций данной категории Б.
Прямые 1. Наличие или отсутствие трещин 2. Относительная длина трещин 3. Критическая скорость охлаждения 4. Критическая начальная температура 5. Критическое число усадочных валиков б. Критическая геометрическая жесткость образца пробы Критерии 1 — 6 используются для сравнения материалов между собой или с эталон- ным 1. Комплекс условий сварки, при которых не образуется трещин. Для выбора материалов и технологии сварки конструкций 1. Относительное превышение действительного показателя сопротивляемости над допустимым. Для выбора материалов н технологии сварки сварных конструкций Рис. 22. Рекомендуемый тепловой режим сварки в зависимости от параметра рш для низколегированных сталей состава (ого): С 0,07 — 0,22; З! 0 — 0,6; Мп 0,4 — 1,4; Сг 0 — 1,2; Ы 0 — 1,2; Мо 0 — 0,7; Сп О-0,5; Ч 0 — 0,12;  Π— 0,005; )ЧЬ н Т1 по 0 — 0,5; à — время охлаждения от 300 до 100' С; [Н) = 1 —; 5 сме!100 г [351 400 700 д2 0«Т 0 Ф Рв„% дике МИС путем наплавки сварочных материалов ня образец 10)4 25л 110 мм в медном зажимном приппособлении и помещения его в вакуумное измерительное устройство до полного выделения диффузионного водорода !1, 40); /го характеризуется силой сопротивления, соответствующей переме!цению кромки соединения на 1 мм и отнесенной к единице толщины металла и длины шва.
Коэффициент й„в ряде случаев может быть рассчитан с помощью методов теории упругости или определен экспериментально нагружением соединения. Лля различных по жесткости свар. ных соединений Яо = 50 —: 400 кгс/(мм'мм). Если Рп, > 0,285, го в сваРных соединениях (с Х-, 'у'- и [/-образными разделками) вероятно образование холодных трещин. Величина Рп, служит основанием для назначения теплового режимэ сварки (времени охлаждения /,р от 300 до 1ОО 'С), исключающего трещины при сварке низколегированных сталей мартеновской выплавки с ов = 60 —:80 кгс/меев (рнс. 22). Сварочные технологические пробы представляют собой образцы определенной формы и размеров, которые свяривают в соответствии с установленной технологией.
Эффективность проб характеризуется способностью воспроизводить трещины в материалах с низкой склонностью к трещинам. По возрастанию эффек!ивнос!и (или «жесткости») применяемые пробы можно ориентировочно расположить " [Н) = 1,27Нгл+2,2 смй100 е, где Н„л — концентрация водорода по ш!и,.крипо вой пробе. Стали с С „= 0,45 не склонны к холодным трещинам при сварке. Прп С,к > 0,45 появляется потенциальная возможность их образования в определенных условиях. Значения С,кв характеризуют прокаливяемость стали, т. е. некоторую критическую скорость закалки на заданную твердость. Для сварных соеди пений за допустимую твердость принимаютдо Н !/350, так как при ней ня практике не наблюдается холодных трещин; С,„„-' 0,45 соответствует составам сталей„ которые во всем диапазоне сварочных скоростей охлаждения не закаливаются до твердости выше Н[7 350. Однако для сталей, имеющих С,», > 0,45, его нельзя считать показателем склонности к трещинам.
Такие попыгки на основании предполагаемой связи С,к„с максимальной твердостью металла сварногосоединения не обоснованы. Параметр трещинообразования, предложенный японскими исследователями [35], 5! Мп Сг % Сп Мо Ч ~Н) /гад +20+ 20 +20+ 20+ 20 !5 10 + 60 +40.!Оз где !Н) — содержание диффузионного водорода в металле шва, смз/100 г; /ео — коэффициент жесткости соединения, кгс/(мма мм); б — толщина металла, мм (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
