Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 88
Текст из файла (страница 88)
12.20). 1) введением элементов — модификаторов первого рода (Тй Ъ', )~Ъ, Уг и др.); 2) введением модификаторов второго рода (поверхностно- активных примесей); 3) введением элементов, образующих избыточные фазы в твердых растворах (первичные карбиды, интерметаллиды и др.); 4) воздействием на сварочную ванну ультразвуковых колебаний, механических вибраций или электромагнитным перемешиванием металла сварочной ванны; 5) термической и термомеханической обработкой, прокаткой сварных швов. 12.6. Химическая неоднородность сварных соединений 12.6.1. Закономерности формирования химической неоднородности ции принято выражать через коэЧзчзцциелт распределения, равный отношению концентраций элемента в твердой и жидкой фазах 1г = Ств/С'ж.
Для большинства сплавов А < 1, т. е. растворимость элемента в твердой фазе меньше, чем в жидкой. При равновесной кристаллизации имеется достаточно времени 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 «мягкихо режимах, диффузия в твердой фазе не получает полного развития и поэтому концентрация Стнк булет отличаться от С'о.
Также не получает полного развития процесс отвода примеси от фронта кристаллизации в жид- Т Т, Т„ тво Ств Со сж ств» кую фазу. В этом случае устанавливается квазиравновсснос Рис. 12.21. Равновесная диаграмма состояния сплавов. образую,,,...,, „,„,,, -:;,-;,.;,,;„,:;;,,:,:. д.;-,л;;,'эб"-;з.ь'.,: .",,::!,',,';;,;"-1,",!,', 12.6.2. Виды химической неоднородности сварных швов Сжг Со (1 (12.4! ) в тве дой азе Стн, для этих условий Содержание примеси р ф может быть вычислено по формуле ~ тн~ 1СО(1 Ф (12.42) 3) межзеренную; 4) неоднородность в зоне сплавления; 2.
Конвективные потоки в расплаве, р асплаве малы, а средняя скорость 5) зернограничную; кристгсзлизации достаточно велика и диффу. р ка и дифф зионные процессы в е ного асп еделения при- В зависимости от базы анализа условно различак>т следующие неоднородности сварных швов; — макрохимическую неоднородность (иногда называемую зональной ликвацией) на базе 1 мм или более; оценивается отношением Са„х!Со, где Со — средний состав сплава; — микрохимнческую неоднородность (МХН) на базе от ! О до 3 10 мкм; оценивается отношением С,„,х!Сна„. В сварных швах различают следующие виды МХН (рис. 12.22): !) внутрикристаллитную; 2) межкристаллитную; 1. Кристаллизация протекает в условиях полного перемешивания расплава при ограниченной диффузии в твердой фазе. Концентрационное уп:ютне : отнение в этих условиях практически отсутствует, а кристаллизация про проходит при постоянном увеличении концентрации примеси в расплаве Сзк, по мере увеличения доли затвердевшего металла с в общем объеме: Го .кп Гтнл=-Го )-(! — () р — -' — '"1, й.) ((2.43) Гтво где и р — средняя скорость кристаллизации; 12 — коэффициен~ диффузии примеси в жидкости (при этом разме ха мер характеристичсРис.
12.24. Распределение примеси по длине оси кристаллитов 1, (), П и ского параметра — концен Ш вЂ” начальный, средний и конечный участки кристаллита). т а — концентрационно) о уплотнения 6, — равен ! — полное нерсмен4иаание расплава (Гкн„п) ~ Гпт); 2 отсутствие перел)ешиаа- !) .12 „), пенное накопление примеси и образование постоянного концентрационного уплотнения с максимальной концентрацией Со)14. Конец участка 1 соответствует стабилизации концентрационного уплотнения с этим значением максимальной концентрации в нем, ))а участке ! концентрация примеси в твердой фазе зависит от коэффициента распределения (с и может быть выражена как функция расстояния х от точки начала кристаллизации Гтв«<)) Гтвк)3) Гтяк)2) Гтвк(4) гле А — коэффициент — фф распределения; 2)ж — коэффициент диффузии примеси в расплаве; г— р .;, — мгновенные скорости движения межфазной границы (роста кристаллита). Из рис.
! 2.25, а и фо ф рмулы (! 2.44) следует, что в момент остановки процесса затвердевания (г)' > г~) твердая фаза обедняется примесьн> (-ЛС ). Возо — гп). обновление процесса кристаллизации (и. > гй) приводит к повышению солержания пр! примеси во вновь образуюшихся кристаллптах (+ЛС' ). тВ .
Г , 'кр р! гз и кр Гтв Гр -- .- .'~)(Д . ~~ ~,~~ ~ 2 З большей степени проявляется вблизи границы оплавления, при этом расстояние между слоями по мере приближения фронта кристаллизации к центру шва увеличивается. Для практики наибольший интерес представляет распрелеление примесей на последней стадии кристаллизации, так как именно оно определяет температуру неравновесного солидуса и такие важные технологические характеристики, как температурный интервал хрупкости и пластичность металла шва в процессе кристаллизации.
В условиях кристаллизации при сварке, когда крисгаллиты срастаются в центре шва своими вершинами, концентрация примеси может достигать больших значении: Стпк > С<ух. Межкригталлптная МХН определяется как отношение концентраций примеси в пограничной зоне и в центре крпсталлита (см. 4-5-6, рис. !2.22). При ячеистом нли денлритном типе кристаллизации в результате прямого и бокового росга кристаллптов сток /, (см. /О-//-/2 на рис. 12.22) в ' р .
. ) в течение определенного про- межутка времени /. н' аходится в контакте с основны, ным металлом. За врямя /к развивается ликвационный проце фф цесс диффузионного пере- распределения примеси из твердой в жи ф . Х жидкую фазу. Характер этого процесса аналогичен п оцссс ', р су, рассмотренному при анализе межзе- ренной МХН. Кон> ен а тр ция примеси в прослойке шва б нии сила шва в лизи ли' вления зависит от скорости дифф ффузии примеси в твердой фазе /Э „и времени контакта / . Например, мер, для механизированной сварки, если принять / =- ! — мм и гтв = Зб м/ч, то /„упса = !О с. В условиях сварочного термического цикла С а .;, как правило, суп!е- ственно меньше С //з О .о' .
Однако при сварке углеродистых сталей возможно образование б обезуглероженной прослойки в околошов- ной зоне вблизи линии сплавления. Зернограничная >>/Х// обусловлена различной плотностьн> дефектов в объемах и границах зерен. Концентрация примесных элементов по границам зерен (см, /3-/4-/5 на рис. 12.22) даже у рекристаллизованных сплавов всегда выше, чем в теле зерна. Объясняется это тем, что границы зерен представляют собой области с сильно искаженной кристаллической решеткой и атомы примеси, располагающиеся по границам зерен, вносят в систему существенно меньшие искажения, чем это было бы при их растворении в кристаллической решетке.
Это в равной степени относится к примесям внедрения (углерод, бор, водород, азот) и к примесям замещения (алк>миний, титан, ниобий). В результате длительной изотермпческой выдержки при температурах гомогенизации на границах и в телах зерен устанавливаются равновесные концентрации, связанные соотношением (? составляет 1 — 3 периода кристаллической решетки. Иногда локальность такого анализа может оказаться недостаточной, например при необходимости определения зернограничной МХИ.
В этом случае представление о степени химической неолнородности можно получить, применяя аналитические метолы расчета. 12.7. Образование и строение границ зерен в металле сварных соединений Тс.н ллФ Т ллФ лзяя Тглак Тс „Т Т а 12.7.1. Дислокационнаи модель границ зерен Р ис. 12.27. Гхсяза развипзя не авновссной Образование границ зерен структурное превращение прису границах зерен при нагреве (а) и охлаж. еи -. итому металлу (сварному шву. отливке) в период заверщенззя С„Г) г — равновесная колпслграиия в зерне и ла границах; С', „, С", „нс игранно- его кристаллизации из жидкого расплава. Границы образуются я нл границах согзгвсгсзвснло лля лзалой и болылоп гяоросгсл ~сограоня прнмссси н непосредственно при срастании первичных кргзсталлитов По ! (12.46) где Ь вЂ” модуль вектора Ьюр~ ерса дислокаций; 0 — угол разориентации.
Ьольшсугловая граница рассматривается как область скоплений дислокаций, а сопряжение узлов достигается в результате значительных локальных искажений кристаллической решетки. При произвольном значении угла 0 отсутствует какая-либо периодичность в расположении узлов совмещения и дефектов кристаллической решетки, и зто распространяется на приграничную зону относительно большой ширины (прпмерно до ! ОО периодов решетки) (рис. 12.28, б), При нескольких определенных углах разориентации, характерных для кажлого типа решетки, образуются так называемые специальные границы. Они имеют определенную ж'м и сильно зависит от состава соэнергии, которая равна 1...10 Дж'м и сильн х исталлических решеток.
се дних зерен и раюриентации их крист -.ис анины зерен распо лага- В момент образования физические гр ются в зоне срастания перви р личных к исталлитов ф р и по 'нонче совпа и. Зоны срастания (так ( ак назыдают с их разветвленными контурами. ваемые первичные границы) выя ыявляются как обогащенные примесями ликвационные участки, имеюпше отличную ог центральных участков кристаллитов степень травления реактивами. Интенсивность тр авлепия плавно изменяется по ширине зоны, составляющей 1...!ОО мкм (рис.
12.29). натяжения. Термическое р травление не связано с сегрегацией п имссей, поэтому оно выявляет ие««пр««- Степень миграции границ зерен определяется движущими спо выявляет границы в низколегированных сплаЯет — ' дами миграции, подвижностью гр'" еталлах, а также в случае больших скоростей охла ждения после затверде зла. металла в области температур высокой лиффузионной подвижноле затвердевания литого металла. сти атомов.
Движущая сила миграции появляется вследствие неравенства свободных энергий границ в данном неравновесном и рав- 12,7.2. Процессы видоизменения границ зе аниц зерен новесном 1после полного завершения миграции) состояниях. При прочих равных условиях лвижущая сила миграции зависит глав- В процессе о ным образом от конфигурации граничных поверхностей, харакзепроцессе охлаждения Расположение « процессе о .
Р о.южение «раниц зерен, как пра- ризуемой числом участков с повышенной кривизной в макро- и вило, изменяется в результате п о Р ' у те процесса их миграции. После за- микроскопическом плане. Движущая сила миграции на отдельных вершения охлаждения в больши .тках «раницы прон(«1«ционзльна их сумь~ар не совпадают с зонами с растания первичных кристаллитов -«1%2, «дс К«и Аа — радиусы кривизны в двух взаимно перпендипервичными р чными границами (см. Рис. 12.29, 12.30).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
