Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Для каждой стали харжтерен определенный максимальный размер зерна т)шах. При сварочном нагреве пребывание в диапазоне температур Т,,Т обусловливает высокую скорость самоднффузионных и,рв" с процессов, что способствует растворению карбидов н окслдов. В этих условиям в углеродистых и большинстве низколегированных сталей в процессе сварки дуговыми способами аустенитное зерно в околошовной зоне вырастает до размера т(нз) л иногда достигает своего максимального размера 4„вх. Прн этом рост зерна происходит как на этапе нагрева, так и на этапе охлаждения.
В то же время большие скорости нагрева и относительно высокие скорости охлаждения ограничивают пребывание металла при высоких темпеРатурах. Соотношение приращений размера зерна на этих этапах зависит от состава стали и теплового режима сварки 9)(гб), а также от температуры подогрева, т. е. в конечном счете от параметра сварочного термического цикла — времени пребывания при температурах выше 1000 'С (з>) ооо). =5,5168 10 2 -0,1851-, С' -з,ы.ьэ~ з А =2,24.10 е (12.53) О, =~~1,088-4,98 — ~.10 ".
81 с,) 630 631 Прнменительно к с ке л мр углеродистых н низколегированных вавшись але размер аустеннтного зерна можно рассчита шись соотношением мегаллофнзнки (12.48). В ть„воспсльзовместо Т подставляют в данном случае вляют выраженне, определякицее темпе поле лля заланных истОчпнка теплОты н схсмы сварнваемого тсла: ературное где Б и С вЂ” со — содержанне серы и углерода в сталн, %. Уравнение (12.50) шают ком пьюте ой РЕ ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДОМ С ПОМОЩЬЮ рн " программы. Прн расчетах для спокойной ннзкслегнрованной стали значении 4ь см а таюк А /, Дс» Дж, могут быть о пределены регрессноннымп зависнмостями: с(о =(О 141313+ 6 0822С) '10 ' (12 52) В сталях л ми~р~ егнрованных и среднелегированных, В Состав которых также входят Сг, Мо, У, Х)э, Т( В А! элементы, и редкоземельные , рост зерна за время сваркн не успевает замршнться.
Температура Т„,повышается до 1200...1250 'С. В этом случае появляется возможность уменьшая высокотемп существенно ограннчить рост зерна, ературную часть сварочного термического цикла. ьма эффективно в этом отношенин прнмененне способов смркн с высокой конце лазерной н др.), в том чнсле н для нтрацнен знергнн (электронно-лучевой, углеродистых и ннзколегнрован- ных силей. Сле ет отм ду отметить, что на участке окалошовной зоны, неп д- ственно прнмыкающем к линии спл о зоны, непосред- роси зерна.
Это, по-видимому, связано с оплавл явлением данного уча- стка при нагреве до температур в интервале Т,...Т, (от темпе(жтуры солнлуса до температуры ликвндуса). Оплавление пропсхолит как прн нагреве непосредственно источником теплоты, так и прн крнсталлнэацин металла шм, Прн крнсталлизапнн шва вылеляюпшяся теплота затвердевання может прнвестп к дополннтельному оплавлепию околошовной зоны, еслн Тсж щ > Тл с и (Тс нзя н Тко.и — температуры солилуса меилла шва н лнквидуса основного мешала). В згом слУчае (Т, „м пРевышает Тао„) ПРонсходнт полное Расплавление части РассматрнВаемого участка ОкОПОШОВИОЙ зоны» которая фиксируется как зона расплавленного н не персмсшанного с метал" лом шва основного металла.
В результате оплавлення участка околошовной зоны исчезает зеренная структура, сформнровавшаяся па этапе сварочного нагрева. Новые границы аустеннтных зерен образуются прн затвердеваннн расплавленного металла на оплавленном участке околошовной зоны. Конечные размеры зерен завнсят от степени Оплавлення ОколошОвной зОны, Прн налнчии ЙОлнОстью расплавленнОй прослойкн, затвердеванне которой происходит после начала крнсиллизации шва, границы зерен на этом участке околошовной зоны представляют собой продолжение границ относительно крупных зерен в металле шва. В этом случае на участке околошовной эоны, примыкающем к линии сплавлення, наблюдается нанболее крупное зерно в околошовной зоне.
Прн частичном оплавленин граннцы зерен образуются по затвердевшнм расплавленным прослойкам между частями оплавленных зерен. Конечные размеры зерен могут быль соизмеримы с размерами остальных зерен в околошовной зоне нли более мелких. Во всех рассмотренных случаях возможно подрастанне аустеннтных зерен на этапе охлаждения. 06 этом свндетельствуют несовпадение границ новых зерен с оплавленнымн граннцами сирых зерен и больший размер новых зерен по сравнению с размерами старых зерен. При анализе згого явления необходимо четко отличать оплавленные старые границы от действнтельных границ аустеннтного зерна. После завершения аустеннтнзацин внутрн зерен аустеннта существует неравномерное распределение легнрующих элементов н примесей, особенно углерода н карбпдообразующих.
Углерод концентрируется в местах, где ранее располагались частицы цементнта, а также на участках зерна, где находятся еше не полностью растворнвшнеся специальные карбнды. Для сталей обыкновенного качества н высококачественных сталей после горячей обрабопщ работки давлением (прокатки, ковки) хнмичес характерна начальная кая неоднородность, связанная с волокнистой дов, оксидов, фосфидов). В зоне строчек имеет место повышенное содержание Я, Мп, 03„Т1, Р, А1. Полосчатая ми ем в зонах нх срастания в исходных слитках стал~.
При нагреве после завершения аустенитизации в лошовной зоны в и итизации в металле оконутри зерен развивается процесс гомогенизацин по углероду и другим элементам. Пере п ен гл .. рзспределение элементов про- тенциала в соответствии со значениями граю ента химического по- а " зерен. рн этом вначале возможновреа в разных участках . П н менное усиление МХН. Углерод п ерераспределяется нз юн, обога- карбндооб м, нек ид зукицими элементами, в зоны, обсншцен зшценные н разующнми, поскольку первые повышают, нжают термодннамнческую активность гл м, . а вторые по- содержания угл да его углерода. Прн повышении перераспределения углерода изменяется, чему также способств ет элементов.
Прн нагре . времени перераспределение других рн нахреве до температур свыше 1100 'С процесс гомогенизации в нап развивается элементов по телу зере . Г направлении равно ного мер распределения ветви охлажд зерен. омогеинзацня п родолжается также на першур 1эан иня диффузионн~й подения до тем сох е ости элементов нли температур начала фазо например карб карбидов в высоколегированных сталях. ератур начала фповых вылелений, Степень зав ше ер ния гомогенизации при сварке зависит от лн„, диффузионной подвижности элементов, времени .—.оеб при темп ах го ературах гомогенизации и исходной макро- н , времени .—.оебывання мической неодно й макро- н микрохи- ~ родности. Максимальная степень гомоген соответств ет а могенизации уст участкам околошовной зоны, нагреваемым Т, поскольк коэфф у эффициенты диффузии элементов агреваемым до Т„ с повышением темпе а ы в в увеличиваются наи ьшей скоростью гомогенизання происходит по гл нои последовательности).
Козффн м:,, г, о,Мп,%,3У(вп и ти . озффнцненты диффузии в железе при 1100 'С составля -!3 -!5 2 ют: для углерода Г0 м lс, для остальн ных эле- ментов 10 ...!О и /с. В мя . В мя пребывания прн температурах 632 гомогеннзации зависит от теплового режима сварки, а также от класс» применяемых сварочных материалов. Последнее связано с дополнительным нагревом околошовной зоны теплотой, выделякнцейся при затвердевании шва (аналогично влиянию сварочных материалов на степень оплавления околошовиой зоны), Степень влияния металла шва иа околошовную зону определяется его температурой солндуса Т, „ш.
Чем она выше температуры ликвидуса основного металла Тхо„, тем при более высоких температурах происходит дополнительный нагрев околошовной зоны. При переходе от сравнительно тугоплавкнх феррпто-перлитных сварочных материалов к более легкоплавким аустеннтным материалам время пребывания околошовной зоны прн температурах выше 1100 С уменьшается примерно в 1,5 раза. Весьма существенно на степень гомогенизацнн влияет исходное состояние стали. Наличие труднорастворимых крупных коагулированных частиц легированного цементита н специальных карбидов, например после отжига стали на зернистый перлнт, заметно снижает степень гомогеннзацнн. Одновременно с перераспределением элементов по телу зерна возможна их сегрегация на границах зерен (см.
Разд. 12.б). Однако учитывая высокую скорость сварочного нагрева и снижение степени равновесной сегрегации с повышением температуры, можно сделать вывод о том, что, по-видимому, этот процесс при нагреве не приведет к значительному накоплению примесей на границах. В процессе охлаждения, когда упомянутые условия изменяются, сегрегация может привести к существенному обогащению границ примесями (см. рис. 12.27), Развитие сегрегации на границах также возможно в следующих случаях: при последующих нагревах в процессе многослойной сварки и повторном нагреве при отпуске сварных конструкций.
Обогащение границ примесями — одна из причин хрупкого межкриствллнческого разрушения в околошовной зоне. Перераспределение элементов на оплавляемом участке околошовной зоны связано с появлением между оплавленными зернамн прослоек жидкой фазы. Характер МХН иа оплавленном участке околошовиой зоны подобен МХН в сварных швах, однако показатели МХН в околошовной зоне в 1,2-1,5 раза меньше. В среднелегированной стали показатели МХН для элементов в конечной структуре составляют; для Мо около 1,5; для Мп около 1,4 и для $ около 1,2.
При этом часто не наблюдается существенной неоднородности по углероду — видимо, сказывается влияние выравнн- 633 вающей диффузии в процессе гомогеннзацнн прн охлаждении. От применяемых сварочных материалов МХН мало зависит, хотя степень оплавления окалошовной зоны различна — очевидно, основным определяющим фактором перераспределения служит диффузия в твердой фазе. На Участке неполной паРекРнспншизацин (когда Ти««находитсл в интервале неравновесных температур А'сь ..А'сз) происходнт полное нли частичное превращение перлнтных участков в аустеннт и кот уляцня (укрупнение) зерен цементита и специальных карбидов при сохранении феррнта.
Конечная структура после охлаждения булат характеризоваться неравномерным размером зерен и неоднородностью структурных составляющих. Если свариваамая сталь находилась в исходном состоянии закалки н отпуска, то в этой зоне происходит разупрочнение, т. е. сннжение прочности и твердости. При нагреве до температуры Т„(когда она ниже неравновесной А 'с~) фазовые н структурные превращения происходят в случае, если сталь перед сваркой находилась в метастабильном состоянии для этого диапазона температур. Исходные состояния стали мета- стабильны после холодного пластического даформирования, закалки н низкого отпуска, закалки и старения и некоторых друтнх состояний.
В холоднодеформированной стали развивается процесс возврата и процесс рекристаллнзации обработки, который приводит к разупрочнению соответствующей зоны сварного соединения. В низкоуглеродистой стали при нагреве свыше 200 'С возможно дафармационнос старение, приводящее к снижению пластичности стали. В закаленных и низкоотпущенных сталях происходят процессы высокого отпуска, в результате чего сталь в этой зоне разупрочна ется. Степень завершенности процессов, развивающихся при нагреве метастабильного металла, н изменение свойств сварного соединения зависят от состава стали и времени пребывания в диапазоне определенных максимальных температур, которое обусловлено тепловым режимом сварки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
