Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Традиционно принято различать несколько качественных стра мых свойств согласно техническим условиям на эксплуатацию данного типа сварных конструкций. Если все показатели свариваемости являются достаточными, т. е. все требования к эксплуатационным свойствал1 сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, то свариваемость материжюв считается достаточной.
Если не обеспечивается минимально приеьщемый уровень хотя бы одного показателя свариваемости, то свариваемость материала считается недостаточной. Следует отметить, что при таком подходе свариваемость одного и того же материала может быть оценена различно в зависимости от назначения сварного изделия. Наряду с экспернл1ентальными используются расчетные методы определения показателей свариваемости, в том числе специальные компьютерные программы, учигываюгцие химический состав, тип соединения, способ и режимы сварки и другие факторы. Х (Т~) Л '(Тг) В соответствии со вторым законом термодинамики только часть введенной в систему тепловой энергии может быть превращена в работу, т.
е. расходуется на приращение свободной энергии, а остальная часть идет на увеличение энтропии. Все самопроизвольные процессы (без притока энергии извне) развиваются в направлении уменьшения свободнои энергии. Развитию процесса соответствует отрицательное приращение свободной энергии (ЛГ < О), равновесию системы соответствует нулевое приращение (Лг = О) и минимум свободной энергии (Е = гал„). При этом имеет место увеличение энтропии системы. В термодинамических расчетах для твердых тел при постоянном объеме (!' =.
сопя!) используют свободную энергию, которая носит название изохорного тер- Ег Е Рис. 12.2. Ст .. С атистическое распределение Максвелла — Больцмана (рис. 1".2). Максимальное число частиц Л'„,ах(Т,) имеет энергию близкую к среднестатистической Е,. р д естатистической ~,. Чем выше температура, тем модинамического потенциала или энергии Гельмгольца: меньше д' (Т) и те „(,) и тем большее число частиц имеет энергию, пре- Е = Е' — То.
()гз ( . ) вышающую среднестатидд~чед(кю,(Г>,,Г...~...,. -,„...,е;.„г".::;.,-:,: з:,;! '"-;";;; нас!:"',:-:;-:-"зт":,"':":; '.',":;:-"- т, с ность металлов, их коррозионную стойкость, склонность к хруп- 1г — постоянная Больцмана; (~а— ким разрушениям, на технологическую прочность при сварке и ~ энергия активации образования 1339 многие другие механические и физические свойства металлов. вакансий (энергия, необходимая Можно выделить четыре основные вида дефектов кристалли- для разрыва межатомных связей 1300 чсской решетки: точечные (нульмерные). линейные (одномерные), удерживающих атомы узл поверхностные (двумерные) и объемные (трехмерные).
щетки; о еспечивается К точечньон дефекта.и (рис. 12.3) относятся: междоузелъные цией энергии отдельных атомов . ов). атомы — дислоцированные атомы, перешедшие в результате больЧем слабее межатомные связи Ч . б - 900 шнх флуктуаций кинетической энер- (это зависит от рода металла) и гни из узлов решетки в междоузель- 700 выше температура, тем выше ные пространства; вакансии — незаг полненные узлы решетки. Как П и медленном 1квазиизов ° а ~очечные дефекты могут рассматрн- термическом) охлаждении от тем- ваться инородные (примесные) атомы пературы плавления до нор 300 б внедрения (в междоузлиях) и замеще- мальной равновесная концент- ив (в Узла" Решетки) Раднусь! 'по- „,,„,,„„;, ~- ~м „„.„ся 100 Краевые лислокации обра- В реальном кристалле воз- АЬ Е 2» зуются вследствие появления в можно также образование сме- кристалле недостроенной атом- шанной (криволи»»ейной) дис- 0 ной плоскости (экстра»»лоско- локации, представляющей сости) из-за частичного сдвига четание краевой и винтовой под действием касательных иа-, дислокаций.
Ориентация смепряжений одной части «ристал- шанной дислокации по отно- В С ла по отношению к другой шению к смещаюшему усилию (рис. 12,5), Л иния дислокации имеет промежуточныи характео по соавнению с орнентапредставляет проекцию на се- циямн линейной и винтовой Рис. 12.5. Схема краевой лнслока- чение кристалла (в плоскости дислокаций.
Она реализует цнн Р»,» — проекция экстраллоско- рисунка) края внедренной экст- плавный переход между ними сг»», АВСŻŠ— контур Бюргерса; Раплоскости и обозначается ЕА(Ы вектоР БюРгеРса ом . ЛиниЯ дислокации в к' иная петля ' рз ны хазнаком э' . Линия исл виде ктрубкия проходит через рактером искажений на раз- Рис. 12.7. Распределение в окрестностях краевой дислокации (а) нормальных напряжений (б): ! акстраллоскосттц 2 — плоскость скольжения; 3 ядро дислокации радиусом та, 4 — линия дислокации Поскольку дислокации образуются в основном в результате Подвижность дислокаций объясняется тем, что при их движении последовательно преодолевается сопротивление межатомных сил связи только в зоне дислокации. Поэтому напряжение текучести реальных металлов т, составляет 1О ... 1О от теоретического значения т,(тсср), которое рассчитывается с учетом преодоления межатомных сил связи по всей плоскости сдвига.
В процессе движения дислокаций и взаимодействия между собой и различными препятствиями на пути их движения происходит размножение (генерирование) дислокаций. Так, пластическая деформация (наклеп) металла увеличивают плотность дислокаций на несколько порядков. К повертиогтвиыл< с)ефектаи криетеешического строения относятся искажения кристаллической решетки у поверхности металла, границы зерен, блоков, структурных составляющих. Объемные дефекты кристаллов представляют собой микроскопические поры, трещины, инородные включения зультате взаимодействий их полей напряжений происходят торможение, остановка, и при достаточном смешающем усилии дислокации огибают включения и отрываются от них, продолжая движение При этом вокруг включения остается дислокационная петля.
Чем больше концентрация включений и при этом выше их дисперс- Пя„=()О 4...)О ')С, (12.8) атомов и дефектов упаковки решетки. Неравновесная концентра- ция образовавшихся вакансий Сх „приближенно может быть оце- нена по соотношению ьом. В обоих случаях это приводит к снижению уровня напряже х лаждении б „не успевает установить У ний, а следовательно, к уменьшению потенциальной части сво-, ) ф сируется часть вакансий, соответствующих более бодной энергии; процесс развивается самопроизвольно прп ', 4' п „турам Па рис. 12.4 приведены расчетные 'значения иеран ность, тем выше эффект торможения движения дислокаций.
При перемещении в кристаллической решетке дислокации могут взаимодейсшовагь с лргсиеснымп атомами, которые диффундируют (происходит их сегрегация) в области напряжений около дислокаций, образуя так называемые облака Котзрслла. В области сжимающих напряжений скапливаются примеси, радиусы атомов которых меньше радиусов атомов основного металла, а в области растягивающих напряжений — примесные атомы с большим радиу- где с — относительная деформация, В случае быстрого охлаждения при заксшке или сварке в металле также фиксиру ф - руется неравновесная концентрация вакансий. При медленном охлаждении Сир уменьшается в результате аннигиляции вакансий на стоках, которгами служат внешние поверхности, границы зерен (субзереп) и дислокации.
При ускоренном ох- металле относительно малои ско ос Р тыо переползания дислокаций, кртргя„скоп обработки свариваемого металла, от способа и параметров электрическое сопротивление, а также смягчение пиков вну енних микронапряжений. ков внутренНа сталин полигонизации происходит образование аз е ование разделенных границами су зерен. Полигонизация представляет собой процесс развития возникшей при пластическом дефо ми й структуры. азмытые объемные сплетения дислокаций вокрут ячеек становятся более узкими и плоскими и превращаются в субграницы, а ячейки — в субзерна. Процесс развила г темпе ат ах бо р ур олее высоких, чем температура отдыха. С б иваегся при об аз ются в р .у результате поперечного скольжения и переползания дислокаций в нап явлении о. р достройки или сокращения экстраплоскостей.
Хаотически асп е р р деленные дислокации выстраиваются в узкие стенки. Тело с бзе на и у р рактически очищается от дислокаций. Решетки соседних с бзе ен по у 'р лучают небольшую разориентацию 1до нескольких ад сов). С гр' у ). Скорость полигонизации контролируется ператур от нормальной до температуры плавления (Тал = 1539 'С). Г!ри сварке происходит существенное повышение концентрации вакансий по сравнению с равновесной концентрацией. В сварном соединении равновесная концентрация вакансий резко снижается при удалении точки от зоны оплавления.
6 2 Плотность лислокаций в стали составляет: 1О см после от- 10 — 2 жига, !О см после интенсивной пластической деформации и !2 2 10 см после закалки. Сварное соелинение включает в себя зоны, испытавшие интенсивные термические и термомеханическне воздействия, поэтому в различных зонах сварного соединения плотность дислокаций может достигать значений, аналогичных полученным в процессе закалки. Характер распределения плотности дислокаций в сварном соединении может сильно меняться в зависимости от химического состава и предварительной термиче- образук1шейся фазы становится меньше свободной энергии исхолной фазы.
Выделяющийся избыток энергии расходуется на создание зародышей образующейся фазы. При этом могут происходить два отличающихся своим механизмом типа превращений: диффузионное и бездиффузионное (мартенситное). Под структурными превращениями (переходами П рода] понимают изменения формы, размеров и тонкой структуры существующих фаз, которые сопровождаются перераспределением легирующих элементов, примесей и дефектов кристаллической решетки. С труктурные превращения сопровождаются плавным изменением свободной энергии, энтропии и энтальпни, а также скачкообразным изменением теплоемкости.
Теплота при структурных превращениях не выделяется. ! 2.4.2. Особенность превращений в металлах при сварке Особенность фазовых и структурных превращений при сварке по сравнению со многими процсссамн,тепми, 1г(зт,":,. -,~.;-=„-, .;,...:-, .;,,; внутренней энергии материала с понижением температуры (рис. 12.8). При этом ниже определенной равновесной температуры Тел энергия твердого состояния становится меньше энергии жидкого состояния. Для Т начала кристаллизации необходимо бР зование или наличие готовых рис. 12.я. Зависимос~ь св бодзародьцпей твердои Фазы (или цен ной энергии твердого !)) и в кристаллизации) и их устойчи- жидкого (2) металла от темпевый рост.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
