Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 75
Текст из файла (страница 75)
В зависимости от конкретных тепловых и кинетических условий крцсталлнзации металла шаа, химического состава сплава, градиента температуры в центральной части сварного шва возможно образование рааноосной структуры. Столбчатая и равноосная структура, в свою очередь, могут быть ячеистыми, ячеисто-дендритными, деидрнтными.
Тип струкгуры определяется содержанием примеси и значением критерия концентрационного переохлаждения Ф (см. (12.10а)). Можно не только получить все зги структуры в шве, но и управлять их развитием, изменяя условия роста, как зто следует из теории концентрационного переохлаждения. Такие параметры роси кристалла, как скорость кристаллизации ока и градиент действительной температуры в жидкой фазе 6ж, оказывающие наиболее существенное влияние на образующуюся структуру, можно рационально подблрать и изменять прн сварке.
Температурный градиент в жидкости может быть повышен увеличением тепловой мощности дуги (путем повышения напряжения нли силы тока) илн может быль понижен при использовании предварительного пологрева. Скорость кристаллизации можно регулировать изменением скорости сварки. На тип структуры шва большое влияние оказывает концентра' ционное переохлаждение. Это влияние можно оценить, рассматривая размер зоны максимального переохлаждения х„(см.
рис. 12.10). Прн небольшом концентрационном переохлаждении х„! образуется ячеисшя структура. В случае значительного концентрационного переохлаждения х з у кристалликов появдяклся ветви второго порядка и образуется столбчатая дендритная структура. Последние порции расплава могут иметь настолько большое концентрационное переохлажденние, что в них возможно зарождение новых кристаллитов в центре шва с равноосной дендритной структурой. Обобщенная зависимость типа структуры от содержания примеси (С) и значения критерия концентрационного переохлаждения (Ф) представлена на рис. 12.19, г, из которого следует, что при кристаллизации металлов с малым содержанием примеси в случае больших значений Ф в шве образуется ячеистая стр высоком с одержании примеси и малом значении Ф вЂ” денлритная.
струкзурз» при При сварке сплааоа часто в зоне сплавления образуется ячеистая структура, в середине шва — ячеисто-дендритная, а в центре шва — дендритиая структура (рис, ! 220). 1) введением элементов — модификаторов первого рода (Т), Ч» ИЬ, Ег и лр.); 2) введением модификаторов второго рода (поверхносгноактивных примесей); 3) введением элементов, образующих избыточные фазы в твердых растворах (первичные карбиды, интерметаллиды и др.); 4) воздействием иа сварочную ванну ультразвуковых колебаний, механических вибраций или электромагнитным перемешиванием металла сварочной ванны; 5) термической и термомеханнческой обработкой, прокаткой сварных швов.
Рис. 12,26. Ти ивовая первичная структура сварного шва инзколегироваиной стали: участки столбчатых крнсталлитов ячеистого (1), ячеисто-леилритного (2), денлритиого (3) типов; равиоосный кристаллит деилритного тапа (4) На тип первичной микроструктуры оказьаают влияние химический состав стали, способ и параметры режима сварки. Так, тип первичной микроструктуры в центральных зонах швов сварных соединений стали в основном зависит ог содержания углерода и скорости сварки. При изменении скорости сварки (0,14...1„4 см/с) низколегированных сталей с содержанием углерода 0,1...0,25 % первичная микроструктура изменяется с ячеистой иа ячеистодендритную, а при сварке среднелегированных сталей с содержанием углерода 0,3 % ц более — изменяется с ячеисто-дендритной на развитую дендритиую (в том числе в виде равноосных кристаллнтов).
Первичную микроструктуру сварного шва можно регулировать, используя различные металлургические и технологические приемы. Подавление столбчатой структуры с целью получения равноосных кристаллов в центральной части стальных швов возможно следующими способами: 12.б. Химическаи неоднородность сварных соединений 12.б.1. Закономерности формирования химической неоднородности Формирование сварного соединения при сварке плавлением сопровожллется сложными диффузионными процессами в жидкой и твердой фазах, которые приводят к изменению химического состава в различных зонах сварного шва, выделению или перераспределению примесей и легирующих элементов. При рассмотрении явления концентрационного переохлаждения уже указывалось на то, что состав кристаллизующейся твердой фазы будет отличен от состава исходного расплава.
Вследствие этого по мере увеличения количества затвердевшего металла состав остающегося расплава так же„как и состав образующейся твердой фазы, будет постоянно изменяться. Поэтому при неизменности общего количества примесей в кристачлизующемся объеме сварочной ванны содержание их в различных участках шва неодинаково, что может приводить как к изменению прочностных характеристик, так н к снижению показателей свариваемости.
В качестве примера рассмотрим процесс крлсталлизации расплава со средним содержанием примеси Со. В равновесных условиях процесс протекает в интервале температур кристаллизации ЛТ, в котором при любой текущей темпе)хзтуре весь объем жилкой и твердой фаз находится в равновесии.
На рнс. 12.21 приведен участок диаграммы состояния сплавов, содержащих примесь С, которые образуют непрерывный ряд твердых распюров. В начальный момент затвердевания сплава исходного состава Со при температуре То (на лиаграмме точка Ао на линни 595 СтвоСтвз са Сжз Сж С,% С,,„ Рис. 12.21. Равновесная дна~амин состояния сплавов, образующих непрерывный рял твердых растворов: 7„, Т,р и У;„- темнерлрура еоопмтетаенно лннаилуеа н еолилуеа, рааноаееното и нерааноаееного; Ге и Тл - температура начала и олончанин лрнеталлнзани[; Т, — теаушал температура ликвидуса) образующаяся твердая фаза имеет состав, соответствукзщий точке Во на линии солидуса, т.
е. содержит Стпо примеси, входящей в твердый распюр. При текущей температуре кристаллизации расплава Т; образующаяся из него твердая фаза, состав которой определяется соответствующей точкой В; на линии солидуса, будет содержать Стп; примеси. Поскольку это количество меньше, чем среднее, находящееся в расплава исходного состава, он обогащается компонентом С до содержания Сжь соответствующего точке А; на линии ликвидуса. Таким образом, вследствие того, что образующаяся твердая фаза всегда будет иметь меньшее количество примеси, чем ее средняя концентрация в расплаве, иа поверхности раздела жидкой и твердой фаз будет находиться слой жидкости, обогащенной примесью.
При температуре завершения кристаллизации Т„прослойки жидкой фазы будут иметь концентрацию Сжн. Распределение примеси нли легирующего элемента между твердой и жилкой фазами прн постоянной скорости кристаллиза- цин принято выражать через коэффиниенрн распределения, равный отношению концентраций элемента в твердой и жидкой фазах й = Стп/Сж.
Для большинства сплавов й < 1, т. е. растворимость элемента в твердой фазе меньше, чем в жидкой, При равновесной кристаллизации имеется достаточно яре~ели для диффузионного выравнивания концентрации в жидкой и твердой фазах. Поэтому после завершения кристаллизации наблюдается равномерное распределение примеси в твердой фазе Со Равновесная кристаллизация на практике реализуется Очень редко, В реальных неравновесных условиях кристаллизации сварных швов, даже в случае сварки на «мягких» режимах, диффузия в твердой фазе не получает полного развития и поэтому концентрация Стпа будет отличазъся от Со. Также не получмт полного развития прОцесс Отвода примеси От ф1зоита кристаллизаззнн В жид" кую фазу.
В этом случае устанавливается квазиравновесное состояине между твердой и жидкой фазами только в зоне фронта кристаллизации. Скорость протекания этого процесса зависит От температуры расплава, свойств примеси и жидкой фазы, а также от внешних воздействий — конвективного, электромагнитного или механического (перемешивания).
При отсутствии внешних воздействий недостаточная интенсивность диффузионных процессов для полного выравнивания концентрации в жидкости приводит к обряпованию участка концентрационного уплотнения около фронта кристаллизации со стороны жидкой фазы. Степень концентрации примеси и протяженность участка концентрационного уплотнения, как пшзвило, могут увеличиваться по мере роста объема твердой фазы. Последние порции жидкости могут быть настолько обогащены примесью, что ее концентрация в расплаве досппнет эвтекгнческой. Оттесняемая зранями растущих кристаллитов, она затвердеваег последней, образуя обогащенные примесью межкристаллитные прослойки. Начичие зон с увеличенной концентрацией примеси приводит к существенному снижению температуры окончания затвердевания сплава, определяемой как температура неравновесного соли- 12,6.2.
Вилья химической неоднородности сварных швов В зависимости от базы анализа условно различают следуклпие неоднородности сварных цгвов: — макрохимическую неоднородность (иногда называемую зональной ликвацией) на базе 1 мм или более; оценивается отношением Семя~СО, где Со — средний состав сплава; — микрохимическую неоднородность (МХН) на базе от 10 до 3 10 мкм; оценивается отношением С„сгяуСвяв. В сварных швах различают следующие виды МХН (рис. 1222): 1) внутрнкрнсталлнтную; 2) межкрнсталлнтную; 3) межзеренную; 4) неоднородность в зоне сплавления.„ 5) зернограннчную; 6) внутризеренную. Виды МХН обусловлены лнквацнонными (1-4), сегрегационными (5) процессами и распадом твердых растворов с выделением карбидных и интерметаллндных фаз (6).
Внутрикрггстодлилглал Лйгт' проявляется как различное содержание примеси в последовательно крнсталлизующнхся точках кристаллнта (точки т', 2, 3, 3' на рнс. 12.22). Степень неоднородности такого вила может быть различной н определяется разными вариантами условий кристаллизации сварного шва. 1. Кристаллизация протекает в условиях полного перемешнвания расплава прн ограниченной диффузии в твердой фазе. Концентрационное уплотнение в этих условиях практически Отсутствует, а кристалл спзллизация проходит при постояннОМ увеличении КОнцентрации примеси в расплаве Сж; по мере увеличения доли затвердевшего металла к в общем объема: С,„= Со(1- а?" (12.41) Содержание примеси в твердой фазе Ств, для этих условий может быть вычислено по формуле Сти, =(Со(1-д)" ', 2, Конвектнвные потоки в расплаве малы, а средняя скорость нсталлнзапии достаточно велика н диффузионные процессы в жидкости не обеспечивают в ней равномерного распределения примеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
