Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами

Поэтому в реальных условиях кристаллизации ванны при сварке покрытыми электродами окисление углерода будет происходить в значительно меньшей степени, чем это следует из термодинамических расчетов
...
Частицы нерасплавившегося сердечника, попадая в ванну, служат очагами зарождения газовых пузырьков, поэтому такой способ ограничения азота в металле шва не всегда можно использовать
...
Составы опытных порошковых проволок, %При сварке сталей с повышенным содержанием кремния или углерода проволокой рутилового типа в швах образуются поры
...
Введение алюмосиликатов, содержащих кристаллизационную влагу, в сердечник проволок рутилового типа благоприятно с точки зрения предупреждения пор, так как обеспечивает интенсификацию газовыделения из ванны, оптимальный уровень окисленности металла и дополнительную защиту металла от азота парами воды
...
Поры при сварке порошковой проволокойДля снижения пористости при сварке открытой дугой проволоками рутилового типа необходимо улучшить защиту металла от азота воздуха
...
Расчленение сердечника краями ленты позволяет ввести в проволоку большее количество шлако- и газообразующих материалов, сохранив при этом равномерное плавление сердечника и оболочки
...
Легирование проволоки титаном или алюминием позволяет значительно увеличить напряжение дуги, так как титан и алюминий связывают значительные количества азота в нитриды и предупреждают выделение пузырьков газа
...
Поры при сварке порошковой проволокойДля снижения пористости при сварке открытой дугой проволоками рутилового типа необходимо улучшить защиту металла от азота воздуха
...
Расчленение сердечника краями ленты позволяет ввести в проволоку большее количество шлако- и газообразующих материалов, сохранив при этом равномерное плавление сердечника и оболочки
...
Поэтому легирование проволоки титаном и алюминием с целью предупреждения пористости может быть рекомендовано лишь в тех случаях, когда требования к пластичности металла невелики
...
В проволоке двухслойной конструкции в одном случае сердечник равномерно распределялся между обоими слоями (двухслойная однородная), а в другом — шлакообразуюшие составляющие находились в наружном слое, а раскислители и железный порошок — во внутреннем (двухслойная разнородная)
...
Несовершенная шлаковая защита облегчает абсорбцию металлом водорода в случае повышения его концентрации в атмосфере дуги, вследствие увлажнения сердечника или наличия ржавчины на кромках свариваемого изделия
...
Меры борьбы с пористостью сводятся к применению проволок двухслойной конструкции, комплексной газошлаковой защите металла, дополнительной защите зоны сварки углекислым газом или смесями газов на основе аргона, легированию швов титаном и алюминием
...
Математическое моделирование процессов образования пор в сварных швахВысокие температуры и скорости реакций, протекающих при сварке, малые объемы и большие удельные поверхности реагирующих фаз, неравновесные условия протекания реакций взаимодействия значительно усложняют проведение экспериментов
...
Во время остановки между периодами роста кристаллов происходит распад концентрационного уплотнения под действием двух факторов:а)диффузии в жидкой фазе, которая снижает концентрацию водорода непосредственно у фронта кристаллизации и обогащает слой жидкого металла вдали от фронта кристаллизации;б)уменьшения концентрации водорода в жидкой фазе на межфазной границе, происходящего пропорционально уменьшению содержания водорода в твердой фазе
...
Итоговое распределение газа в металле шва, вызванное слоистой кристаллизацией, характеризуется двумя особенностями;1)существованием обогащенного водородом слоя, находящегося в закристаллизовавшемся металле, на месте обогащенной в процессе остановки жидкой фазы;2)наличием обедненного водородом участка на границе кристаллизационного слоя со стороны твердого металла
...
Фактором, лимитирующим рост пузырька из первоначально образовавшихся зародышей, является процесс транспортировки растворенного в жидком металле газа к границе раздела газ—жидкость
...
Зависимость критического радиуса акр пузырька от относительной концентрации С азота (/) и водорода (2) в расплаветалл осуществляется двумя способами: диффузией и конвекцией
...
В расчетах исходили из представлений о наличии вблизи фронта кристаллизации пограничного слоя жидкого металла, не участвующего в конвективном перемешивании основной массы металла сварочной ванны, и из предположения о том, что образовавшийся зародыш пузырька в течение некоторого времени растет в этом слое
...
В первоначальных расчетах предполагалось, что площадь поверхности контакта пузырька, растущего на фронте кристаллизации с твердой фазой, значительно меньше, чем с жидкой
...
В последнем условии учтено, что химический потенциал газа в пузырьке гораздо выше, чем в твердом металле, так что диффузионный поток из газовой фазы в твердую (в металл) можно считать пренебрежимо малым
...
Результаты численных экспериментов по перераспределению газов при кристаллизации сварочной ванны и росту газовых пузырьков использованы для анализа причин образования пор в сварных швах [22]
...
В участке концентрационного уплотнения, который прилегает к границе раздела фаз, концентрация растворенного газа превосходит его равновесную растворимость ^ в жидком металле:С,(0) С,
...
Рост пузырька прекращается, если площадь его поверхности, которая приходится на обедненный участок, становится больше чем площадь поверхности пузырька в обогащенном слое
...
Вычислительный эксперимент позволяет понять физическую природу процесса пересыщения металла шва водородом, который ранее наблюдался в экспериментах |28|
...
Концентрация растворенного газа превосходит предел его растворимости в жидком металле — СЛ(0) Скорость роста пузырьков газа вблизи линии сплавления при плоском фронте кристаллизации значительно выше скорости кристаллизации
...
Изменение относительной степени пересыщения межкристаллитной жидкости С, критического радиуса пузырька газа аф и поперечных размеров жидкой фазы 4 по длине двухфазовой зоныТаблица 3
...
Содержание газов в металле при сварке различными типами порошковых проволок и наличие пор в швеПри небольшом пересыщении газа в сварочной ванне могут возникнуть условия для образования пор при ячеистом и дендритном характере кристаллизации
...
С увеличением скорости сварки вероятность образования пор по оси шва увеличивается, и наоборот, увеличение степени пересыщения приводит к ускорению роста пузырьков, т
...
Получение плотных швов при сварке покрытыми электродами и порошковыми проволоками может быть достигнуто путем снижения содержания газов в сварочной ванне ниже предела растворимости в твердом металле при температуре плавления
...
При увлажнении электродного покрытия основного вида содержание водорода в сварочной ванне возрастает выше его предела растворимости в твердом железе при температуре плавления и попадает в наиболее опасную с точки зрения образования пор концентрациошгую зону скачка растворимости (12
...
Плохое смачивание капель электродного металла и ванны шлаками электродов этого вида создает условия для непосредственного контакта металла с газовой фазой и повышенной абсорбции азота
...
Такая ситуация реализуется при обеспечении содержания водорода в сварочной ванне, значительно превышающем предел его растворимости в жидком железе при температуре плавления, т
...
В литературе их называют «трещины в основном металле», «подваликовые трещины», «трещины в закаленной зоне», «холодные трещины в зоне термического влияния» и т
...
Ввиду преимущественного возникновения ХТ в соединениях из восприимчивых к закалке мартенсит-ных и перлитных сталей трещины этого типа иногда называли закалочными
...
Кроме того, они раскрыты шире и четко ориентированы в одном направлении, потому что в момент образования трещины усадочные напряжения в температурной зоне ХТ значительно выше
...
Индуцированные водородом трещины в зоне термического влияния угловых (й) и стыковых {б) швов: 1 — внешняя продольная трещина на границе сварного шва; 2 — подваликовая трещина; 3 — трещина в корне шва; 4 — поперечная трещинаных трещин является их задержанное зарождение и замедленное развитие
...
Они возникают по истечении некоторого времени после окончания сварки, и затем медленно, на протяжении нескольких часов и даже суток, распространяются в металле
...
Если же в соединении при сварке накопилась большая энергия упругой деформации, то после начального периода замедленного развития холодная трещина растет мгновенно (взрывообразно) и со значительным звуковым и механическим эффектом распространяется на все сечение соединения
...
Поскольку различные исследователи оперировали разными группами сталей, то были получены разные коэффициенты при легирующих элементах, отражающие их влияние на прокаливаемость
...
Различные плавки одной и той же стали обладают разной прокаливаемостью в зависимости от размеров зерен аустенита, неконтролируемых количеств растворенных примесей, включений оксидов, нитридов и сульфидов [7|
...
Чем выше Сэкв, тем меньше эта скорость охлаждения и тем больше должна быть удельная погонная энергия сварки, чтобы исключить образование закалочных структур
...
Помимо структуры на процесс образования холодных трещин влияют размер действительного аустенит-иого зерна, степень микрохимической неоднородности закаленной структуры и сегрегация по границам зерен, количество и характер неметаллических включений, тип металла шва и т
...
Водород никак не влияет на твердость, хотя в существенной мере определяет показатель склонности к трещинам,При этом для точного предсказания твердости в ЗТВ сварного соединения данной стали необходимо не только знать ее химический состав, но и полностью учитывать ее начальную микроструктуру, образующуюся при последовательности процессов ее обработки
...
В этом последнем случае формула может быть первоначально использована для предсказания твердости и как дополнительная возможность установления предельной подвалико-вой твердости, чтобы избежать или уменьшить специфические трудности при сварке
...
Максимальное значение подваликовой твердости можно оценить с помощью простой формулы для углеродного эквивалента только в том случае, если известно время охлаждения от 800 до 500 °С
...
Такие формулы могут быть использованы для выбора сталей, которые при данных и хорошо контролируемых условиях, включая сварочные процедуры и геометрию свариваемых деталей, могут применяться с меньшим риском холодного растрескивания
...
И наоборот, они могут быть использованы для данной стали, чтобы сориентироваться в выборе приемлемой сварочной процедуры, ограничивающей риск холодного растрескивания
...
Однако слишком прямолинейное применение граничного критерия по любой формуле может привести к ошибкам как при разработке новых сталей, так и при совершенствовании сварочных процедур
...
Для этого используют специальную машину, в которой плоские образцы доводят до необходимой температуры путем программированного нагрева током, нагружают в требуемом температурном интервале в процессе охлаждения и затем выдерживают при постоянной растягивающей нагрузке до разрушения
...
Такие испытания позволяют определить влияние на растрескивание различных видов обработки и оценить стойкость металла против образования холодных трещин
...
Показателем склонности к трещинам служит критическая жесткость образца пробы, задаваемая расстоянием от оси шва в его центральной части до начала бокового пропила, при котором образуются трещины
...
Цилиндрический образец-вставку (имплант) диаметром до 10 мм выполняют с острым надрезом или с резьбой в верхней части и монтируют в отверстие пластины толщиной около 20 мм (рис
...
В одних случаях она может привести к требованию излишнего запаса этой стойкости и неоправданного применения таких дорогих и трудноосушествимых технологических приемов повышения стойкости, как предварительный подогрев и последующая термообработка соединений и т
...
Последнее может быть обусловлено тем, что в ряде случаев напряженное состояние и деформации реаль-ной конструкции оказываются намного большими, чем в технологической пробе
...
Это объясняется трудностью в данном случае независимого изменения и оценки указанных факторов, что не позволяет устанавливать четкую взаимосвязь между ними и показателями сопротивляемости трещинам
...
Во-первых, максимальная температура нагрева при моделировании, как правило, ниже максимальной температуры в околошовной зоне, практически приближающейся к температуре ликвидуса основного металла
...
Однако это значение не может быть использовано для оценки свойств сварною соединения, так как в нем не учитывается состав сварного шва и другие факторы, от которых существенно зависит стойкость против образования ХТ
...
Эти результаты рассматривались как доказательства того, что водород в общем случае не определяет сопротивляемость сварных соединений образованию закалочных околошовных трещин
...
В экспериментах с аустенитными и ферритными наплавками авторы [И] обнаружили интенсивное выделение пузырьков водорода вблизи аустенитного наплавленного металла и поэтому заключили, что в околошовной зоне сварных соединений с аустенитным швом водорода может быть значительно больше, чем в околошовной зоне соединений с фер-ритным швом, отличающихся низкой сопротивляемостью образованию трещин
...
На этом основании был сделан вывод, что высокую сопротивляемость сварных соединений с аустенитным швом образованию ХТ нельзя связывать с низким содержанием водорода в околошовной зоне
...
Из практики известно множество экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что снижение содержания водорода в металле шва способствует значительному повышению стойкости околошовной зоны против образования трещин
...
По Кот-треллу, трещин в околошовной зоне можно не опасаться, если распад аустенита в стали при сварочном термическом цикле завершается до температуры 290 °С при сварке обычными электродами и 245 °С при сварке низководородными электродами
...
Однако для обоснования таких фактов, как высокая стойкость сварных соединений с аустенитным швом против образования отколов, устранение отколов при замораживании сварных соединений, исследователи неизбежно прибегали к водородной гипотезе в той или иной ее трактовке
...
Мало обоснованным казалось также привлечение водородной гипотезы для объяснения влияния замораживания; не находил объяснения и такой установленный факт, как то, что при усиленном легировании металла ферритного шва стойкость околошовной зоны против образования трещин резко повышалась [10]
...
Положительное влияние аустенитного металла шва и отрицательное влияние водорода объяснялось изменениями, главным образом, структуры и свойств металла околошовной зоны
...
То, что этот процесс после размораживания более интенсивный, чем до замораживания, говорит о том, что при замораживании произошла определенная подготовка к локализации пластической деформации по границам зереи
...
Холодные трещины появляются в результате замедленного разрушения перегретого и закаленного в специфических условиях металла околошовной зоны под действием сложных напряжений, возникающих в этой зоне
...
Для этого следует всеми средствами смешать мартенситное превращение в околошовпой зоне в область высоких температур и замедлять охлаждение при мартен-ситном превращении, а также по возможности ограничивать ее перегрев
...
По мере развития исследований природы ХТ в сварных соединениях закаливающихся сталей общепризнанными оказались три фактора, ответственные за появление этого опасного дефекта: мартенситная структура; водород, растворенный в шве и ЗТВ; высокий уровень растягивающих напряжений, возникающих вследствие неравномерного нагрева металла при сварке
...
Необходимы были дополнительные исследования кинетики пластических деформаций, приводящих к зарождению очаговых микротрещин и их развитию до критического размера
...
В работе (14] изучались особенности замедленного разрушения образцов-вставок, имитирующих сварные соединения низколегированных высокопрочных сталей, в зависимости от условий охлаждения и содержания водорода в шве
...
Это обусловливает ударное воздействие отдельных «игл» на поверхность зерен с образованием на ней ступенек, которые в условиях меж-зеренного скольжения способствуют возникновению субмикрот-рещины
...
Особенно благоприятные условия для развития микротрещин существуют в местах стыковки трех крупных зерен, так как для этих участков характерны повышенные напряжения
...
Абсорбция водорода па поверхности субмикротрещин, образующихся при деформировании наводороженного металла, может значительно ослаблять межатомные связи и тем самым благоприятствовать их возрастанию
...
Металлографическим анализом была обнаружена сложная картина развития интенсивной локальной деформации: наблюдались следы зернограннч-ного проскальзывания и впутризеренной деформации, Регистрировались полосы сдвигов, характерных для мартеиситного превращения, и следы усиленной пластической деформации возле неметаллических включений
...
Первый из них — формирование границ крупных аустенитных зерен в условиях интенсивной внутризеренной и зернограничной пластической деформации, а также значительной сегрегации примесей по границам зерен и связанное с этим значительное ослабление межатомных связей; второй — резкая интенсификация процесса релаксации временных напряжений в результате протекания сдвиговых процессов и появления связанных с ними локальных перенапряжений на участках дефектной структуры, являющихся источниками развития процессов разрушения
...
При охлаждении происходит усиление неравномерности распределения водорода в аустенитных зернах и повышение его концентрации на границах зерен в зоне наиболее значительных структурных искажений, в местах расположения сегрегирующих примесей и неметаллических включений
...
Скорость его перераспределения в условиях ТДЦС будет определяться дрейфовой диффузией, связанной со скоростью развития сдвиговых процессов при мартенситном превращении и последующем охлаждении
...
Известно, что дрейфовая диффузия водорода протекает с большой скоростью и способствует значительной неравномерности его распределения в металле с максимальной концентрацией на границах зерен
...
При этом возрастает суммарный охрупчивающий эффект, связанный с зерногранич-ными примесными сегрегациями и водородом, концентрациякоторого в приграничной области крупного аустенитного зерна может быть достаточно высокой даже при сравнительно небольшом его общем содержании
...
Совместное охрупчивающее действие указанных факторов в сочетании с интенсивным процессом микропластической деформации при мартенситном превращении определяет вероятность образования ХТ
...
Для образования очаговых микротрешин требуется за счет диффузии и других механизмов транспорта создание достаточно высокой концентрации атомарного водорода в отдельных микрообъемах ЗТВ
...
В связи с тем, что для адсорбции водорода в вершине вновь образовавшейся трещины (что сопровождается снижением критического значения поверхностной энергии) требуется некоторое время, развитие трещины имеет импульсный (скачкообразный) характер
...
В процессе замедленного разрушения кремнистого железа и низколегированной высокопрочной стали 14Х2ГМП были обнаружены два вида звуковых сигналов: резкий, короткий щелчок — образование трещины; нарастающий и затухающий шум (гул) — перераспределение упругой энергии [19]
...
На диаграмме растяжения они обнаруживали три основных периода с разным уровнем деформаций: интенсивная релаксация при у—а-превращепии; сравнительно медленное возрастание внутренних растягивающих напряжений до максимального уровня; ускоренное снижение напряжений до уровня напряжения сс, при котором происходило полное разрушение
...
На границах крупных зерен, где вследствие сегрегации примесей и из-за высокой плотности дефектов структуры ослаблены межатомные связи, появляются благоприятные условия для развития микротрешин
...
Весьма характерное для данных условий возникновение микротрещин по границам одного зерна с двух сторон свидетельствует об одновременном, но медленном росте этих трещин под действием нормальных растягивающих напряжений
...
Третий период — ускоренное разрушение — наступает, когда микротрещины в рабочем объеме образца достигают такого (критического) количества и размеров, которого достаточно для начала разрыва перемычекмежду ними
...
Эта критическая концентрация является функцией отношения локального напряжения в месте зарождения трещины (или в ее вершине) к пределу текучести материала и зависит от микроструктуры
...
Критический уровень напряжения для некоторой комбинации микроструктуры и локального содержания водорода должен быть превышен в месте зарождения трещины (или в вершине распространяющейся трешины)
...
Концентрация напряжения вблизи вершины трещины может также действовать, вызывая дополнительное локализованное движение дислокаций (и дальнейший перенос водорода в эту область)
...
Таким образом, комбинированным переносом — как движением дислокаций, так и диффузией — содержание водорода в вершине трещины увеличивается быстрее, чем это могло бы быть только при объемной диффузии
...
При достижении критического уровня водорода в области концентрации напряжения в вершине трещины последняя распространяется до тех пор, пока она входит в область, где содержание водорода опять падает ниже критического уровня
...
Концентрация напряжения, действующего в вершине трещины, вызывает, тем не менее, дополнительный пластический сдвиг до тех пор, пока либо дислокационное скопление деакти-вирует источники, либо количество транспортируемого водорода в эту область достигнет критического уровня, необходимого для дальнейшего распространения трещины
...
Стало очевидным также и то, что решение проблемы холодных трещин в сварных соединениях должно базироваться на точном знании механизма водородной хрупкости (ВХ) конструкционных сталей [21]
...
Взаимодействие водорода с железом всегда начинается с поверхности металла, а в некоторых гипотезах влияние водорода на механические свойства железа прямо связывается с изменением характеристик поверхности в результате попадания на нее водорода 122]
...
Этот сигнал от ближайшего к поверхности металла монослоя адсорбированных частиц должен регистрироваться отдельно от сигнала, возникающего в объеме металла
...
Предельно малые толщина и масса адсорбционного слоя налагают очень жесткие требования на разрешающую способность и чувствительность метода исследования
...
Значение ее, равное работе удаления электрона с верхнего заполненного энергетического уровня в вакуум, строго творя, является объемной характеристикой, поскольку определяется положением уровня Ферми в объеме металла
...
Но она зависит также и от асимметрии потенциала на границе металл—вакуум, что оправдывает ее использование для исследований электронной структуры поверхности
...
Этот метод позволяет с помощью регулируемого ионного пучка очищать исследуемую поверхность от загрязнений и с высокой чувствительностью анализировать моноатомные слои на поверхности металла без каких-либо ограничений по атомной массе элемента, а также определять химические соединения [26, 27)
...
В каком виде водород растворяется в объеме металла? Как расположены частицы водорода в кристаллической решетке? Как частицы водорода перемещаются в объеме металла? Как они распределены в реальной структуре металла? Как распределена электронная плотность в присутствии водорода?В литературе уже давно ведется дискуссия относительно зарядового состояния атомов водорода в металле
...
Было обнаружено также, что пропускание постоянного электрического тока через стальные образцы может приводить к перемещению большей части водорода к положительному концу образца
...
Отсюда как бы следовало, что водород в стали может находиться не только в виде протонов, но и отрицательных ионов, а их количественное соотношение зависит от состава стали и ее структуры
...
Было установлено, что во всех случаях водород мигрировал к катоду, причем электропереносу поддавалась только определенная часть общего содержания водорода
...
Значение эффективного заряда переноса было положительным, экспоненциально уменьшалось с повышением температуры и не зависело от концентрации водорода в железе
...
Поэтому был предложен иной механизм такого процесса, согласно которому ответственными за электроперенос водорода в железе являются локальные дефекты кристаллической решетки — вакансии
...
Водород, растворенный в регулярной части кристаллической решетки, увлекается движущимися вакансиями, что в результате может проявиться как его электроперенос
...
При таком механизме экспериментально определяемые параметры электропереноса отражают диффузию железа в железе и никак не связаны с зарядовым состоянием водорода
...
При допущении, что в металле существуют свободные протоны и что их поведение имеет качественную аналогию с поведением электронов, прогнозировалась возможность протонной эмиссии в процессе эффузии водорода из металла
...
В результате экспериментальной проверки этого предположения был сделан вывод о возможности протонной эмиссии, а следовательно, и о существовании протонной формы водорода в железе
...
При термоэмиссии полной аналогии в поведении свободных электронов и протонов не может быть: заряд электрона, выходящего из объема металла в вакуум, не изменяется, в то время как атом водорода может перезарядиться дважды — при выходе из объема на поверхность металла, где условия его взаимодействия с электронами существенно различаются по сравнению с объемом, и затем при испарении атома с поверхности в вакуум
...
Вывод о необходимости сосредоточиться на определении наиболее активной формы водорода фактически означает возврат к исходной постановке задачи, поскольку вопрос о зарядовом состоянии водорода как раз и возник из необходимости определить механизм его аномального влияния на свойства металла
...
Экспериментально было установлено существенное ускорение диффузии водорода в некоторых металлах под воздействием гамма-излучения с невысокой энергией (менее 0,1 мэВ)
...
Поскольку в данном случае энергия излучения была недостаточна для реализации известного механизма усиления диффузии за счет возникновения в металле большого числа радиационных дефектов, авторы предположили, что водород существует не только в виде разрозненных атомов, но и химически связанных двухатомных пар, которые названы кластерами, хотя и наделены всеми признаками молекул водорода
...
Гамма-излучение разрушает эти кластеры, обогащая двухкомпонентную смесь (протонов и кластеров) легкоподвижной составляющей, что и приводит к ускорению массопереноса
...
Это предположение обосновывается расчетами, однако не анализируется возможность образования и последующего разрушения гамма-излучением других энергетически выгодных форм связывания водорода
...
Одна из таких форм — химические соединения, которые могут возникать в результате реакции как с основным металлом, так и с примесями или легирующими элементами
...
Поскольку железо не относится к числу гидридообразующих металлов, химические соединения водорода в объеме стали могут быть продуктом его взаимодействия с примесями углерода, кислорода или с гидридообразующи-ми легирующими элементами, Считается, что последние удерживают водород в состоянии твердого раствора [36|
...
В ее тетраэдрические пустоты из чисто геометрических соображений не может помещаться сфера с радиусом, превышающим 0,29 атомных радиусов железа, не вызывая значительной деформации
...
При этом допускается возможность присутствия не способного диффундировать молекулярного водорода в замкнутых пустотах металла, поверхность которых, насыщенная пленкой ликвирующих примесей, ограничивает или исключает растворение молекулярного водорода в решетке металла
...
Последний остается в стали до тех пор, пока не станет подвижным вследствие освобождения из ловушек при достижении определенной температуры нагрева, и дальнейшее его поведение, как показали эксперименты, подчиняеться второму закону Фика
...
Обсуждаются все формы, существование которых можно представить: протонная, атомарная, молекулярная, в виде отрицательных ионов, гидридов и химических соединений с примесями
...
Причиной такого положения является то, что для определения состояния водорода в металле необходимы прямые экспериментальные данные, однако их получение для такой необычной примеси, как водород, связано со значительными трудностями
...
Рассматриваются такие факторы: особенности растворимости водорода в железе; диффузионные аномалии; взаимодействие растворенного водорода с дефектами кристаллической решетки; химическое взаимодействие водорода с компонентами стали; адсорбционные явления; давление водорода и других газов в микропустотах; воз-действие водорода на силы связи атомов железа в кристаллической решетке; хемосорбция водорода на внутренних поверхностях [43]
...
Например, ВХ наблюдается и тогда, когда нет условий для возникновения давления водорода в несплошностях, либо концентрация водорода в металле слишком мала для повышения давления до критического уровня [46]
...
Такие эксперименты достаточно сложны, так как дскогези-онное действие водорода в решетке металла необходимо выявить на фойе как взаимодействия его с различными дефектами кристаллической структуры, так и существующих в объеме внутренних напряжений
...
Такое соотношение является наиболее существенным возражением против декогезион-ной гипотезы и, по мнению авторов [49], с очевидностью свидетельствует о ее несостоятельности
...
Термодинамические оценки с использованием уравнения Гиббса показывают очень сильный эффект уменьшения поверхностной энергии, обусловленный адсорбцией
...
В классической работе Петча [51] механические характеристики, рассчитанные на основе теории Гриффитса с учетом этого эффекта, находились в хорошем согласии с данными эксперимента, что подтверждало правильность объяснения ВХ как результата адсорбции водорода
...
Однако такие представления не получили развития в связи с недостатками классической теории Гриффитса, которая предполагает наличие готовых трещин в исходном материале, не объясняя их происхождение
...
Однако, по мнению автора [40], все эти возражения снимаются, если адсорбционный механизм дополнить транспортировкой атомов водорода к источникам зарождения разрушения
...
При этом предполагается, что главным эффектом, определяющим свойства металла в присутствии растворенного водорода, является транспортировка атомов водорода движущимися дислокациями в процессе пластической деформации, В результате на границах зерен, межфазных границах и у других препятствий, где накапливаются дислокации, концентрация водорода становится достаточной для резкого ускорения разрушении по тем или иным механизмам
...
Возможность конденсации водорода на дислокациях подтверждается термодинамическими расчетами и результатами прямого наблюдения распределения водорода методом электронно-микроскопической авгорадиографии [52]
...
Основным же аргументом в пользу дислокационной гипотезы служит то, что с ее помощью, в отличие от других гипотез, легко объясняются многие особенности ВХ, включая такие аномальные, как зависимости степени ВХ от температуры и скорости деформации [40]
...
Таким образом, дислокационная гипотеза детально описывает только подготовительный этап образования водородной трещины, не объясняя наиболее существенный момент — механизм падения разрушающего напряжения: все то, что происходит в дальнейшем после доставки водорода к месту зарождения трещины, считается как бы очевидным
...
В ее рамках удается описать достаточно подробно и последовательно перенос водорода дислокациями к месту зарождения трещины, которая, как предполагается, должна возникать после достижения критического уровня водорода при данной локальной концентрации напряжения
...
Панасюка [39] и основанная на представлении о том, что при температурах проявления ВХ, согласно расчетам, большая часть водорода в металлах сосредоточена у дислокаций, причем в зоне ядра дислокации его атомная концентрация может достигать значений порядка единицы
...
При наличии заторможенного скопления дислокаций это приводит к увеличению силы взаимного притяжения одноименных дислокаций, обусловленного взаимодействием их ядер
...
При определенном сочетании количества дислокаций в скоплении значения внешних напряжений и концентрации водорода в ядрах дислокаций приводят этот процесс к зарождению микротрещины и дальнейшему ее росту путем поглощения дислокаций скопления
...
Предполагается также действие еще одного фактора ВХ металлов — неравновесного давления водорода, молизованного в микротрещине после его освобождения из дислокаций, хотя оценка этого давления {по известному общему количеству атомов связанного с дислокацией водорода) подтвердила, что на этапе роста зародышевой микротрещины роль давления незначительна
...
Таким образом, устраняется основное возражение против классического варианта декогезионной гипотезы, связанноес малым значением средней по макрообъему атомной концентрации водорода, а также объясняется микромеханизм зарождения индуцируемого водородом разрушения
...
Тем самым создается более широкая основа для объяснения механизма ВХ, что выгодно отличает дислокационно-декогезионную гипотезу от тех, которые были предложены ранее
...
Последнее предположение вызывает особый интерес, поскольку в данном случае элементарный акт пластического деформирования привлекается для объяснения противоположного эффекта — охрупчивания
...
В связи с тем, что движением дислокаций обеспечивается не только микро-, но и макропластическая деформация, то увеличение их подвижности под действием водорода должно было бы привести не к охруп-чиванию, а к увеличению макропластичности
...
Предложенная в них модель водородной хрупкости ОЦК-сплавов железа — конструкционных сталей — учитывает сильные стороны известных гипотез водородной хрупкости и в то же время позволяет преодолеть их слабые или недоказанные положения
...
Новая модель, описанная ниже, основана на экспериментальных результатах изучения системы железо—водород методом масс-спектромстрии вторичных ионов и на концепции микроскола, разработанной Ю
...
Количественные критериистойкости против образования индуцированныхводородом трещинВлияние водорода на механические характеристики конструкционных сталей определяют различными методами
...
Такие измерения необходимы втех случаях, когда образец теряет правильную геометрическую форму в месте разрыва и поэтому оценка влияния водорода по соотношению (4
...
По мнению авторов [65], критерий а = Ан / А0 следует считать наиболее удобным для оценки влияния водорода по сравнению с аналогичными соотношениями таких параметров, как временное сопротивление разрушению и относительное удлинение, поскольку он зависит от характеристик и прочности, и пластичности
...
Хотя конечность радиуса в вершине надреза приводит к условности значения А"1Н, но при постоянном радиусе она пригодна для сравнительной оценки степени ВХ различных сталей
...
Если их прочностные свойства существенно различаются, то степень сохранения работоспособности при наводороживании оценивают отношением А"1н к пределу текучести ненадрезанных образцов
...
В этом случае критерием хрупкости служит отношение времени до разрушения при данной нагрузке наво-дороженного образца ко времени до разрушения при той же нагрузке ненаводороженного образца
...
Если сталь становится склонной к замедленному разрушению только под влиянием водорода, то ВХ характеризуют отношением разрушающего напряжения на-водороженного образца при длительном иагружеиии и временного сопротивления разрушению ненаводороженного образца
...
Было установлено, что в образцах, наво-дороживаемых под нагрузкой, трещины могут возникать только при напряжениях, превышающих напряжение начала микродеформации
...
В этом случае количественным критерием влияния водорода служит соотношение среднего для каждой амплитуды и температуры числа циклов до разрушения наводорожениых и ненаводо-роженных образцов
...
Для оценки влияния водорода на свойства сталей используют двухосное растяжение, реализуемое с помощью образцов — мембран и возрастающего давления газа [70, 71]
...
Регистрация таких параметров акустической эмиссии, как общее число импульсов, их интенсивность, экстремумы амплитуды и энергии, распределение по частоте и амплитуде, дает возможность изучать особенности процесса ВХ, недоступные для анализа другими методами
...
Выяснилось также, что трещины растут скачками, равными размеру зерна или размеру нескольких зерен, а в зоне устойчивого роста трещин акустическая эмиссия обусловлена межкристаллнтным растрескиванием
...
В работах [59—62] было показано, что мерой хрупкой прочности металла есть сопротивление микросколу Лмс — минимальное напряжение хрупкого разрушения при одноосном растяжении
...
Поэтому отношение наводороженных иобразцов без водорода может характеризовать степень водородной хрупкости |79—81|,Экспериментально определяют при низких температурах в интервале вязкохрупкого перехода
...
Схема экспериментального определения степени падения хрупкой прочности бм; а и б — результаты механических испытаний на одноосное растяжение стандартных образцов в ненаводороженном и наводороженном состоянии соответственно; в — зависимости сопротивления микросколу отстепени деформации для ненаводороженных (Ячсе) и наводороженных (Я"а
...
Типичный набор температурных зависимостей механических характеристик стали дает возможность определить значения и ЛМС1„Численное значение получается непосредственно из графиков по точке пересечения температурных зависимостей предела текучести а02 и среднего напряжения разрушения 5*
...
Природа водородной хрупкостиТаким образом, для определения параметра бн, характеризующего степень падения хрупкой прочности, необходимо по данным механических испытаний рассчитать значения о,с для интересующего интервала температур
...
После деления, при фиксированных значениях деформации е, значения а]с на а1С получается оценка Зн — падение хрупкой прочности металла под влиянием водорода
...
При этом большинство из них относится к разряду критериев сравнения и поэтому они не могут служить мерой влияния водорода на механические свойства сталей
...
Природа водородной хрупкостиВ соответствии с концепцией микроскола [59—621 критической стадией разрушения является переход к автокаталитическому росту внутризеренпых зародышевых микротрещин (субмикротрешин), возникающих в локальном поле дислокационных ансамблей при пластической деформации
...
К тому же макроразрушение вызывает не любая возникшая субмикротрещина, а лишь та, что в суммарном поле дислокационного скопления и внешних напряжений теряет устойчивость в момент ее образования
...
Геометрическая классификация процессов разрушения металла: 1— элементарный дефект в кристаллической решетке (дислокация); 2 — зародышевая микротрещина (субмикротрешина); 3 — критическая микро-трещина; 4— микротрещина в зерне металла; 5— макротрещина; 6— трещина в конструкции [60]Таким образом, при рассмотрении водородного охрупчива-ния внимание было сосредоточено на главном звене механизма разрушения — поведении в присутствии водорода зародышевой микротрещины, возникающей в процессе деформации
...
С началом пластической деформации водород, обладающий аномально высоким коэффициентом диффузии в железе, легко транспортируется движущимися дислокациями к месту зарождения микротрещины
...
Геометрическая классификация процессов разрушения металла: 1— элементарный дефект в кристаллической решетке (дислокация); 2 — зародышевая микротрещина (субмикротрешина); 3 — критическая микро-трещина; 4— микротрещина в зерне металла; 5— макротрещина; 6— трещина в конструкции [60]Таким образом, при рассмотрении водородного охрупчива-ния внимание было сосредоточено на главном звене механизма разрушения — поведении в присутствии водорода зародышевой микротрещины, возникающей в процессе деформации
...
Схема зарождения микротрешины по Зинеру—СтроХорошо развитая дислокационная теория предлагает множество моделей дислокационных перестроек, которые могут привести к образованию предельно острой зародышевой трещины (субмикротрешины) атомных размеров
...
Поскольку основные этапы эволюции субмикротрешины инвариантны по отношению к различным видам дислокационных перестроек [59], можно представить возникновение субмикротрешины по классической модели Зинера—Стро (рис
...
Дальнейшее поведение субмикротрешины в поле внешних напряжений определяется энергией системы дислокационный кластер—субмикротрешина: она может захлопнуться, остаться в состоянии упругого равновесия или неограниченно расти
...
Водород, освобождаемый из дислокаций в момент зарождения трещины и попадающий в ее объем, будет прежде всего хемосорбироваться на образовавшихся ювенильных поверхностях в отрицательно заряженном состоянии (рис
...
Схема влияния водорода на субмикротрещинуние соотношения составляющих энергии системы дислокационный кластер—субмикротрешина и облегчит преодоление трещиной потенциального барьера, препятствующего ее распространению
...
В этом случае даже небольшое число атомов водорода, необходимое для заполнения моноатомного слоя на поверхности образующейся трещины, может приводить к потере ею упругого равновесия в результате уменьшения поверхностной энергии
...
Поэтому переход субмикротрешины в нестабильное состояние автокаталитического распространения окажется возможным при меньшем уровне нормального внешнего напряжения, чем в отсутствие водорода, а на макроуровне уменьшение разрушающего напряжения проявится как охрупчивающее влияние водорода
...
Если количество освобождаемого из дислокаций водорода окажется достаточным не только для заполнения хемосорбционного слоя, но и для создания давления в объеме субмикротрешины, то появится дополнительное напряжение, снижающее сопротивление разрушению
...
Схема зарождения микротрешины по Зинеру—СтроХорошо развитая дислокационная теория предлагает множество моделей дислокационных перестроек, которые могут привести к образованию предельно острой зародышевой трещины (субмикротрешины) атомных размеров
...
Поскольку основные этапы эволюции субмикротрешины инвариантны по отношению к различным видам дислокационных перестроек [59], можно представить возникновение субмикротрешины по классической модели Зинера—Стро (рис
...
Дальнейшее поведение субмикротрешины в поле внешних напряжений определяется энергией системы дислокационный кластер—субмикротрешина: она может захлопнуться, остаться в состоянии упругого равновесия или неограниченно расти
...
В результате атомы растворенного водорода, легко взаимодействующие с дефектами структуры металла, распределяются неравномерно в различных энергетических ловушках
...
В конструкционных сталях ловушками водорода являются точечные дефекты, их комплексы, дислокации, поверхности раздела, объемные дефекты, выделения второй фазы, неметаллические включения и т
...
Тем самым не подтверждаются представления, в которых водородную хрупкость связывают с торможением или, наоборот, с ускорением движения дислокаций под действием водорода
...
Совершенно очевидно, что такая примесь водорода не могла повлиять на какие-либо объемные свойства металла, а изменилось только его сопротивление образованию трещин
...
Повышенная чувствительность ферритных сталей к ВХ обусловлена более высоким (на несколько порядков) коэффициентом диффузии водорода в ОЦК-решетке по сравнению с ГЦК-структурой аустенитных сталей
...
Кроме того, при разрушении ОЦК-решетки в вершине трешины отрыв реализуется раньше сдвига, что приводит к последовательному разрыву межатомных связей по механизму скола
...
Водород, локализуя отрицательный заряд на поверхности и в вершине трешины, облегчает отрыв по плоскости спайности и тем самым усиливает «хрупкое» поведение ОЦК-решетки
...
Зависимость чувствительности к ВХ от дефектной структуры стали также обусловлена высокой диффузионной подвижностью водорода: растворяясь в объеме, он легко заполняет дефекты (ловушки водорода) и удерживается в них в соответствии с энергией связи в ловушках и их емкостью
...
Зависимость степени ВХ от микроструктуры стали определяется условиями эволюции дислокационной структуры: видом дислокаций, их исходной плотностью и условиями размножения, движения, торможения и гибели
...
С повышением средней концентрации (общего содержания) водорода степень заполнения ловушек (в том числе дислокаций) увеличивается, возрастает эффективность его переноса подвижными дислокациями к месту их торможения и зарождения микротрещины
...
Запас энергии, сосредоточенный в результате пластической деформации в дислокационном скоплении, и водород, перенесенный дислокациями, облегчают переход зародышевой микротрешины к автокаталитическому распространению в поле действующих напряжений
...
Для заполнения адсорбционного монослоя на поверхностях зародышевой микротрешины необходимо небольшое количество атомов водорода, сравнимое с числом поверхностных атомов железа
...
Обратимый характер ВХ обусловлен тем, что дислокации являются обратимыми ловушками водорода: из-за сравнительно низкой энергии связи водород может легко удаляться из них, не вызывая никаких структурных изменений
...
Действующими напряжениями определяются перенос водорода дислокациями, поведение зародышевой микротрешины и возможность ее эволюции до макроскопических размеров
...
При малой скорости деформации медленно движущиеся дислокации увлекают за собой сконденсированные на них атомы водорода, а с увеличением скорости слабо связанные водородные атмосферы не успевают следовать за дислокациями
...
Особенности температурной зависимости степени ВХ определяются двумя факторами: сильным влиянием температуры на коэффициент диффузии водорода и сравнительно низкой энергией связи водородных атмосфер с дислокациями
...
Действие этих факторов затрудняет перенос водорода при снижении температуры: уменьшение коэффициента диффузии приводит к отрыву слабо связанных водородных атмосфер от движущихся дислокаций
...

Применение взрыва в сварочной технике
Поверхностные явления при сварке металлов
Металлургия дуговой сварки: Процессы в дуге и плавление электродов
Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами
Дефекты сварных швов
Інженерія поверхні: Підручник
Соединение металлов в твердой фазе

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами