Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 47
Текст из файла (страница 47)
е. ниже 1 100 Со — СО453 285% 5 температуры плавления стали 1152 К на ~300 К. Сульфид железа 900 почти не растворяется в твер- 21,5% $ дом железе. 918 К Прн кристаллизации шва 700 10 20 30 40 ГСЯ выделяется из него и со- Б, % (мас.) единлетса с дРУгими НРимеса- Рис 9 з1 Сводная диаграмма плав- ми в виде легкоплавкой серии- кости Ге — 8, СО-8,%- Я стой эвтектики (рис.
9.31) или в виде отдельных включений разного вида. Эвтектики могут быть двойными либо тройными, например: — ГеБ + Ге (Т„„= 1228 К); — 2ГСБ. 8802+ ГеЬ (Т = 1253 К). В процессе направленной кристаллизации металла шва, протекающем в интервале температур ликвидус-солидус, эти легко- плавкие сернистые эвтекгики оттесняются растущими криегаллитами мепшла шва к границам между кристаллитами и к месту их стыка (в центральной частп сварочной ванны) и становятся частью так называемых межкристшглитных прослоек.
К моменту окончания крцсталлнзации мепглла шва такие межкристаллитные прослойки могут быть еще в жидком состоянии (Т„< Т,). Если возникнут растягивающие напряжения от усадки шва и временных сварочных деформаций в шве, то возможно появление на этих участках горячих трещин кристтшлизацнонного типа (рис.9.32). Рн«. 9.32, Макросгруктура центра шва ( 200) в зоне срастания ярк«тал- антов нередкими гранями «в правей части — горячая трещина) Одновременное присутствие в металле шва у~лерода и кремния увеличивает склонность шва к кристаллизационным трещинам в результате снижения температуры затверлевання лнкватов и увеличения температурного интервала хрупкости.
Участки швов с сернистыми лнкватамн, не разрушившиеся при кристаллизации, имеют пониженные механические свойства и потенциально склонны к разрушению как при высоких, так л прн низких температурах. Особенно вредно влияет сера на свойства коррозионно-стойких сталей и сплавов никеля, 454 9.102. Десульфурации сварочной ванны Для снижения содержания серы в жпиле шва нужно вводить в сварочную ванну такие элементы, которые имели бы к сере большее сродство, чем железо, Кроме того, образуклииеся сульфиды этих элементов должны удовлетворять следующим требованиям: обладать более высокой, чем у железа или никеля.
температурой плавления и це создавать сульфндных легкоплавких эвтектнк. По степени возрастания химической прочности образующихся сульфидов, т. е. их энтальпии, элементы, вводимые для десульфурацни сварочной ванны, располагаются в следующей последовательности: А[, Са, )4а, Мп, Мй. Однако использование их для связывания серы сопряжено с трудностями, так как все эти элементы имеют н более высокое сродство к кислороду, т, е, связываются им в оксиды, праятиче" скн не удаляющиеся из кристаллизующегося шва и образующие включения. Из числа перечисленных элементов наибольший интерес с тгой точки зрения представляет марганец, поскольку: !) он имеет сравнительно высокое сродство к сере; 2) как правило, он присутствует в свариваемых сталях в сравнительно болыиих количествах (0,5...0,65 %); 3) Мп мало растворим в Ге н образует тугоплавкий и пластичный сульфнд Мпб шаровидной формы ()'ля = ) 693 К), 0 0,2 0,4 0,6 0,я равномерно распределяющийся преиму- Мп, % (мас.) щественно в объемах зерен; Рис, 9.33.
Оннжение доли 4) при концентрации марганца в ста- меч в сульфнлной фазе ли более 0,6 %, он способствует перехо- [Реву[Май) при увеличеду серы из Геб в Мпб, т. е. в шлак. ннн концентрацпн [Мп) Марганец полезен главным образом в стали как элемент, переводящий серу в более благоприятную форму существования в стали (рис. 9.33). Кроме того, сульфид марганца слабо растворим в металле и хорошо в шлаке; поэтому он в значительном коллчестве переходит в шлак. Остав|пийся в металле Мпб распределяется в мелкодисперсном виде достаточно равномерно в объеме зерен н не образует легкоплавких эвтектик.
В сварочной практике связывают и удаляют серу чаще всего двумя способами: с помощью Мп и МпО, а также СаО. Рассмотрим первый из элементов-десульфураторов — марганец. Основная реакция связывания серы марганцем уравнением [РеБ1 + [Мп) 4:х (МпБ) + [Ее) описывается с константой равновеспя [Ге)(Мп8) К = — —. [РеБ1[мп! Учитывая, что для стали [Ге) = 1, получаем [ГеБ! = — — 'К'. (МНБ)с [Мп! Для этой реакции константа равновесия имеет вид ,. (М.Б)[Р 01 [РеБ)(МпО) ' откуда (МпБ)[реО) (МпО) Преимущество реакции (9.83) по сравнению с реакцией (9.31) состоит в том, что константа равновесия Кс растет с увеличением температуры, т. е. с ростом температуры реакция сдвигается в сторону большего выхода (МпБ) и [Ре01. Рассматривая реакции (9.81) и (9.33) совместно, можно отметить, что превращению РеБ в МпБ способствуют: лучшая раскис- 456 Следовательно, чем больше марганца, тем меньше ГеБ в металле При этом чистый Мп вводят в сварочную проволоку или в основной металл.
Однако эффективность связывания серы в сульфид марганца по реакции (9.31) мала, так как вправо реакция заметно развивается лишь при пониженных температурах, когда протекающие процессы замедлякпся. В итоге в металле шва оказывается значительное количество РеБ. Поэтому реакция (9.8! ) дополняется второй реакцией сульфида железа с дополнительно введенным оксидом марганца: [ЕеБ1 + (Мпо) 4:2 (МпБ) + [Ре01.
(9.35) данность ь1еталла (т. е. уменьшение [Ре01)., увеличение содержания марганца в металле; высокая концентрация (МпО) в шлаке. В углеродпстых сталях обычно отношение [Мну[81 равно 20...25, что позволяет избежать кристаллнзационных трещин, В легпрованных сталях это соотношение должно быль существенно выше. чтобы получить швы без трещин. Вторым элементом-десульфуратором служит кальций. Ввод кальция дает следующие положительные результаты.
Во-первых, газообразный кальций активно реагирует одновре» менно с серой и кислородом расплавленной стали, образуя свойственные только ему специфические соединения — окснсульфиды. Даже при весьма низкой концентрации в металле (не выше 0,0001 %) кальций вследствие своей поверхностной активности оказывает заметное влияние на процесс рафинирования, особенно прн совместном введении кальция и присадок редкоземельных элементов — церия и лантана.
Во-вторых, при использовании кальция как элемента-десульфуратора аозможно связывание серы известью СаО. Эта реакция приводит к образованию весьма прочного и тугоплавкого сульфнда юьльцня, практически не растворимого в метание. Процес протекает в соответствии с реакцией [РеБ) + (СаО) ~:я (СаБ) + [Ге01. (9.85) Константа равновесия реакции (9.35) растет с увеличением температуры„ при этом процесс интенсивнее развивается вправо— в сторону образования в шлаке СаБ. Лучшее раскисление металла н введение в шлак окиси кальция будет способствовать уменьшению содержания ГеБ в металле.
Увеличение содержания СаО в шлаке приводит к росту константы распределения 1. = (БУ[Б), что обеспечивает более полный переход серы из металла в шлак. Установлено, что наличие кремния и алюминия в металле значительно ускоряет процесс десульфурацин сварочной ванны, причем сера удаляется одновременно с кислородом. Это является следствием как прямого испарения серы в виде соединений А12Бз (температура возгонки равна 1323 К) и 888 (температура возгонки равна 1213 К), так и включения ее в состав образующихся шлаковых частиц, 9ЛОЗ. Снижение содержания фосфора в металле шва Фосфор, как и сера, является вредной примесью, ухудшающей механические свойства стали, особенно при пониженной температуре, т.
е. вызывающей ее хладноломкость. Это объясняется тем, что в сталях фосфор образует частично ра т нмые в ф фосфиды РезР (или Гезр) по реакци~ ЗРЕ+ Р~:я РеЗР (15,63% Р). Фосфо фор относится к числу сильно лнквирующнх прлмесей которые неравномерно распределяются в металле. Лнквацию фосфора усиливает углерод. При этом возможно образование легкоплавкой эвтектики тройного типа Ре + Р + С, ещ бел е ее снижающей е хруп- прочность и пластичность шва в температурном интервале х и- кости в сталях (Твя ~ 1173 К).
Особенно низкой является температура плавления фосфидной эвтектики (Х;м = 923 К) и соответственно низкой является ее стойкость против обр в образования горячих трещин при сварке никелевых сплавов. Удаление фосфора из сварочной ванны основано на его окислении в составе фосфндов и последующем связыванпн фосфорного ангид и а Р О р д 2 5 в прочное комплексное соединение, легко переходящее в шлак. Окисление фосфора развивается в сварочной ванне в соответствии со следующей реакцией: 2РеЗР+ зреОГ:х Р205+ 11Ре. Затем идет процесс связывания шлаком фосфорного ангидрида. По возрастающей силе сродства к ангидриду РзО5 основиые И амфотериые оксиды можно расположить в следующей последовательности: РезОЗ +~~!2~ ~3 + Ре(3 + МпО ь М8О ь СаО (9 88) т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
