Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 167 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 скачать книгу Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений Доля участия каждого из этих металлов в образовании сплавов смешения зависит ог их химического состава и условий сварки, определяющих степень проплавлення кромок свариваемого металла дугой ... Земзина приведены данные о степени проплавлення свариваемых кромок двух сталей — аустенитной и перлитной, отличающихся по теплофизическим свойствам (табл ... В этом случае за счет диффузии в процессе пребывания при высокой температуре происходит взаимное проникание в при*:, шовные зоны легирующих элементов, по содержанию которых! различаются свариваемые стали ... Протяженность этой зоны в зависимости от способа сварки и технологии может доходить до 1 мм на кромках и может быть намного больше в корне шва У-образной разделки ... Про-плавление и смешение этих сталей приводит к образованию в промежуточной зоне нового переходного сплава усредненного состава в соответствии с долей участия основного и присадочного материалов ... Участки перехода от этого промежуточного сплава к основному металлу и металлу шва также не будут дискретными, а будут характеризоваться градиентом концентрации и иметь ряд постепенно изменяющихся промежуточных составов (рис ... Такими элементами, например, могут быть хром и никель при сварке аустенитный или аустенитно-ферритным присадочным металлом типа 08Х18Н10 нелегированной или низколегированной стали без хрома и никеля ... Распределение хрома и никеля в участке сплавления аустенитного металла с неаусте-нитной стальюствия сварочной дуги; участка 2, где концентрация легирующего' элемента Ме2 в результате диффузии понижалась от характерной^ для^участка смешения / (по содержанию этого элемента в свариваемой стали) в рассматриваемом случае до нуля; участка 2, где концентрация легирующего элемента диффузионно на малом расстоянии изменяется от его концентрации в участке смешения 1 до наиболее высокого содержания в сварном шве ... Размеры участков 2 и 3 будут зависеть от условий сварки — степени проплавления, перегрева металла сварочной ванны, продолжительности существования ванны, продолжительности пребывания при высокой температуре в твердом состоянии и др ... Учитывая переменный состав зоны сплавления, строение и свойства будут относиться к состоянию, близкому к тому, в котором находится основная часть этой зоны (участок /) ... Недопустимо применение таких материалов для сварки сталей о повышенным содержанием углерода (более 0,15 %), так как в этом случае образующийся в зоне сплавления мартенсит будет высокоуглеродистым и хрупким, что опасно при эксплуатации ... Таким образом, присадочный материал типа Х25Н13 позволяет практически избежать присутствия в основной части зоны сплавления мартенсита, способного повысить хрупкость сварного соединения ... При повышении содержания никеля будет возрастать зона аустенита, примыкающая к металлу шва и соответственно уменьшаться аустенитно-мартенситная и мартенсит-ная зоны ... Это свидетельствует о том, что повышение содержания никеля в металле шва при сварке перлитных сталей, даже до очень больших значений, не позволяет полностью исключить образование в участке сплавления зоны с мартенситом, однако позволяет существенно уменьшить ее протяженность ... Что касается режима сварки, то, естественно,-для уменьшения проплавления он должен ограничиваться минимальной силой тока и минимальной погонной энергией ... ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ НА ГРАНИЦЕ СПЛАВЛЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙВ сварном соединении разнородных сталей существуют разделенные неширокой зоной сплавления промежуточного сплава две стали, которые существенно отличаются по содержанию легирующих элементов, и прежде всего никеля и хрома, а также углерода и других, в основном карбидообразующих ... Различны в этих сталях содержание железа, а также их фазовые и структурные состояния, но при этом они объединены схожестью атомно-кри-сталлического строения и металлической связью ... Протекание этих обменных процессов обусловлено различием уровней свободных энергий атомов различных элементов, растворенных в находящихся в контакте материалах с различной кристаллической структурой, различным состоянием самой основы (железа) или разницей концентраций каких-то элементов в контактирующих сталях ... Поэтому изменение состава, состояния и свойств участков металла в районе зоны сплавления может происходить либо при термообработке, которую можно выполнять в широком интервале температур с нагревом вплоть до 1150 °С, либо при нагреве в процессе эксплуатации, который обычно ограничен температурой 650 °С ... Это обстоятельство — одна из причин того, что диффузия углерода в сварных соединениях разнородных сталей оказывает большое влияние на их свойства, а диффузия других легирующих элементов имеет гораздо меньшее значение ... Только длительный нагрев при 1150 °С дает заметное перемещение хрома из высоколегированной стали в нелегированную и некоторое повышение твердости приграничного участка нелегированной стали ... Такое перемещение хрома (закономерность перемещения никеля и других элементов в этих условиях практически аналогична) и связанное с этим очень небольшое изменение свойств, которое может иметь место только при высокотемпературной термообработке, для агрегатных свойств сварного соединения практического значения не имеет ... Возможные расстояния перемещения тех же элементов при более низких температурах эксплуатации (500—600 вплоть до 700 °С) даже при очень большой продолжительности пребывания при этих температурах значительно меньше и менее значимы для свойств ... Это перемещение углерода способно привести к образованию обез-углероженной бесперлитной зоны в углеродистой или низколегированной стали и примыкающей к ней науглероженной зоне, которая в зависимости от состава этой части сварного соединения и условий сварки (степени проплавления) может быть мартенситной, мартенситно-аустенитной, аустенитно-карбидной ... Перемещение углерода из стали ЗОХМА в аустенитный шов привело к образованию науглероженной зоны с высокой твердостью НУ 5000 и примыкающей к ней обезуглероженной с твердостью всего НУ 1000 ... Разрушение сварного соединения разнородных сталей вблизи участка сплавления аустенитного шва типа 08Х18Н10Т со сталью 12Х5М: а — часть трубы с разрушением; б — фотография места разрушения, X 150структурной и механической неоднородности в участке сплавления, разработать способы предотвращения или снижения до минимума этой неоднородности ... Все это в дополнение к тому, что обеспечивает минимальную химическую и структурную неоднородность за счет проплавления и смешения разнолегированных металлов, должно обеспечить получение надежных в работе сварных соединений разнородных сталей ... Упомянутыми частными причинами могут быть: 1) разность концентраций углерода в контактирующих сталях на основе однотипной по кристаллической природе матрицы (контактируют стали на основе а-раствора или стали на основе у-раствора); 2) разница в пределах растворимости углерода в твердых растворах контактирующих сталей (аустенит и феррит); 3) образование химических соединений в стали, куда перемещается углерод, и стимулирование за счет этого дальнейшего протекания реакционной диффузии ... Схема перемещения углерода в сплавленииразнородных сталей:/ — стали I и II иелегированные: 2 — сталь / на ферритной, сталь // на аустенитной основах: 3 — сталь / не содержит карби-дообраэующих элементоь, сталь // содержит: 4 — термодинамическая активность углерода в стали 1 рыше термодинамической активности углерода в стали //(-- исходная концентрация углерода: — — — — концентрация после длительного нагрева ниже Ас,)С,%СтальЕ♦к4-растворах элементовв феррите выше, чем в аустените, в третьем случае — влиянием карбидообразующих элементов на понижение активности углерода, чтоделает с" al-В обобщенном четвертом случае более высокое значение a¿ по сравнению с ас предопределяет возможность перемещения углерода даже из стали с меньшей концентрацией и образование обезуглероженной и науглерожен-ной зон ... Таким образом, задача предотвращения образования рассматриваемой неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей сводится к обеспечению в них близких значений термодинамической активности углерода в (а1С1 са асп) ... Однако, учитывая, что хром вводится в сталь в значительно больших количествах, чем ванадий, его следует считать основным легирующим элементом в сталях, определяющим понижение активности углерода ... Поскольку на энергетическое состояние кристаллической решетки основы стали (феррита) легирующий карбидообразующий элемент влияет, только находясь в растворе, при его докритическом содержании (Ме/С К), когда он в основном связан в карбиды, на активность углерода в растворе он практически не влияет ... Зависимость глубины обезуглероживания от продолжительности нагрева т при 700 °Скаждого элемента имеется характерный уровень легирования, выше которого он практически не влияет на образование структурной неоднородности в участке сплавления сварных соединений разнородных сталей ... Готаль-ский считает, что для хрома при его закритическом содержании (сверх 6 %) прекращается дальнейшее влияние на образование структурной неоднородности ... По-видимому, такое влияние количества легирующего элемента на величину обезуглероженной зоны в приваренной нелегированной стали связано не с затуханием влияния на изменение активности углерода в растворе, а с тем, что процесс обезуглероживания происходит диффузионно и подчиняется параболическому закону диффузии ... Для этого содержание легирующих элементов в каждой из сталей должно быть таким, чтобы вызвать одинаковую степень обезуглероживания в сварном контакте на нелегированной стали ... Собственно, такой же принцип может быть заложен в основу получения устойчивых к образованию структурной неоднородности в участке сплавления сварных соединений низко- и среднелегированиых сталей с аустенитными сталями или швами, а также хромистых ферритных сталей с аустенитными ... При этих условиях в металле шва и в стали 15Х5М активность растворенного углерода будет близкой, что предотвратит диффузию этого элемента из стали 15Х5М в аустенитный шов ... Влияние температуры иагрева на толщину обезуглероженного слоя в перлитной стали при аустенит-ном металле шва в случае отсутствия фазовых изменений (1) и с учетом фазовых изменений при нагреве (2)рода при нагреве после сварки (рис ... При приблизительно равном содержании углерода в каждой из групп сваривающихся сталей различие в твердости науглероженной зоны могло явиться следствием разницы в активности перемещения (диффузии) углерода из перлитной стали в аустенитный шов с образованием в нем вблизи границы сплавления мартенситно-карбидного участка ... Причиной повышения твердости мартенситной зоны с увеличением содержания углерода в свариваемой стали при одном и том же составе металла шва и одинаковых условиях нагрева после сварки может быть повышение активности углерода , в растворе при повышении его содержания в стали и увеличение за счет этого скорости диффузии углерода через границу сплавления ... С другой стороны, такой характер изменения скорости диффузии нарушится при переходе феррита в аустенит, так как скорость диффузии в аустените ниже, чем в феррите (рис ... После перехода феррита в аустенит скорость диффузии может продолжать замедляться при растворении в аустените карбидов за счет повышения концентрации в аустените углерода и легирующих элементов и повышения активности углерода ... Такое протекание процесса делает возможным путем нагрева выше температуры А3 восстанавливать близкое к однородному структурное состояние участка сплавления на сварных соединениях разнородных сталей, у которых при длительных нагревах ниже температуры А1 образуется химическая неоднородность по углероду и соответствующая структурная неоднородность ... Различные теплофизические свойства аустенитного металла шва и неаустенитной свариваемой стали, в частности различный коэффициент теплового расширения а, обусловливают возникновение значительных термических напряжений в таком сварном соединении:Высокохроми- Хромоникеле-Сплавы настые стали вые аусте-никелевой нитныеоснове11,5—12,2 17,0—18,212,8—14,9Использование аустенитных присадочных материалов на основе железа (хромоникелевые стали) для сварки неаустенитных сталей должно давать сварные соединения с наибольшей разницей коэффициентов линейного расширения свариваемой стали и металла шва и соответственно наибольший уровень тепловых напряжений в сварном соединении ... Наименьший уровень остаточных напряжений в сварном соединении разнородных сталей будет иметь место при использовании присадочных материалов на никелевой основе в связи с наименьшей разницей коэффициентов теплового расширения металла шва и свариваемой неаустенитной стали ... Следует также иметь в виду, что как было рассмотрено ранее, высокое содержание никеля в металле шва дает наименее протяженную мартенситную зет г у?~гке сплавления и наименьшее диффузионное перемещенаг^А,^ Да через границу сплавления при нагреве ... При этом циклические нагревы и охлаждения могут способствовать увеличению напряжений, ускорению образования и росту диффузионной неоднородности на границе сплавления ... С одной стороны, никель способствует уменьшению протяженности мартенситной области в участке сплавления, с другой — никель повышает активность углерода в аустенитном шве и тем самым препятствует диффузии в него углерода, ограничивая тем самым образование диффузионной неоднородности на границе сплавления ... Однако, как следует из ранее сказанного, не во всех случаях нужно неограниченно повышать содержание никеля в аустенитном шве вплоть до перехода к аустенитным сплавам на никелевой основе ... ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНЫМИ ШВАМИИспользование технологии сварки плавлением неаустенитных сталей аустенитными швами непрерывно расширяется ... Особенно удобна технология сварки аустенитными электродами неаустенитных сталей при монтажных работах и ремонте крупных аппаратов, где трудно осуществить термическую обработку сварных соединений после сварки неаустенитными электродами, дающими металл шва, по составу близкий к свариваемой стали ... Но даже при сварке не в процессе монтажа, а в цехе использование технологии с образованием аустенитных швов на неаустенитных сталях имеет преимущества перед технологией с образованием сварного соединения со швами, по составу близкими к свариваемой стали ... Например, при сварке высокохромистых коррозионно-стойких и жаростойких сталей использование присадочных материалов, дающих высокохромистый металл шва, нерационально из-за его низкой технологической прочности и высокой хрупкости ... Это значит, что в сварных соединениях таких сталей с аустенитными швами при нагреве диффузионная неоднородность будет развиваться менее активно, чем при контакте аустенитных швов с нелегированными сталями ... Во-первых, высокое содержание никеля в свариваемой стали и низкое содержание углерода создают предпосылки для уменьшения ширины мартенситного участка в зоне проплавления и смешения ... Во-вторых, эксплуатация сварных соединений происходит без нагрева, и диффузионная неоднородность в зоне сплавления не развивается, а свойства определяются только проплав-лением и образованием сплавов смешения ... В-третьих, низкие температуры эксплуатации (—196 °С) могут привести к распаду недостаточно устойчивого аустенита как в металле шва, так и в зоне проплавления и смешения, поэтому аустенитные швы должны быть стабильно аустенитными ... Повышенная стабильность аустенита в металле шва определяет также повышение стабильности аустенита в зоне сплавления (смешения) и соответственно уменьшение ширины мартенситного участка (табл ... ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВА|'|ИЗНОСОСТОЙКИХ НАПЛАВЛЕННЫХ СЛОЕВЯНаплавка рабочих поверхностей изделий твердосплавными покрытиями разного состава и строения производится, как правило, в целях повышения сопротивляемости абразивному изнашиванию ... Твердосплавные покрытия обычно представляют собой высокоуглеродистые сплавы на основе железа, по составу и строению они близки к инструментальным сталям и чугунам ... Условия воздействия на металл абразивной среды и разрушение его металлической поверхности предопределяют необходимый состав, микростроение, фазовое состояние и свойства наплавленного металла ... Такой составляющей в металле могут быть карбиды, бориды, карбобориды, карбо-нитриды, интерметаллические соединения, а в ряде случаев эти функции в определенной степени может выполнять мартенсит ... Однако матрица сплава должна не только хорошо удерживать твердые частицы, но и вносить свой вклад в обеспечение противодействия абразиву и повышение износостойкости ... Износостойкость ферритной матрицы существенно ниже, чем мартенситной, особенно при ударно-абразивном изнашивании, где большое значение имеет сопротивление материала ударному внедрению в металл абразива (см ... При скользящем действии абразивного потока на поверхность металла (малый угол атаки 15°) реализуются условия, аналогичные скольжению по абразиву (абразивное изнашивание) ... При скользящем потоке (абразивное изнашивание) повышение содержания углерода в нелегированной стали ведет к существенному повышению износостойкости у сталей как в мартен-ситном состоянии, так и в ферритно-карбидном ... При ударно-абразивном воздействии при повышении содержания углерода имеет место непрерывное понижение износостойкости (повышение интенсивности изнашивания) ... При абразивном изнашивании скольжению или трению по абразиву основное значение имеет его сопротивление внедрению и перемещению внедренной абразивной частицы ... Однако однотипность и относительная однородность позволяют считать его основой, в которой размещаются дополнительные включения твердых фаз, чаще всего карбидов и боридов ... Однако однотипность и относительная однородность позволяют считать его основой, в которой размещаются дополнительные включения твердых фаз, чаще всего карбидов и боридов ... Увеличение погонной энергии при наплавке, увеличение силы сварочного тока, уменьшение скорости перемещения наплавочного электрода (источника теплоты) приводит к увеличению длительности существования ванночки жидкого металла и уменьшению скорости охлаждения наплавленного металла ... Влияние на характер матрицы связано главным образом с изменением устойчивости аустенита и изменением продуктов распада при его охлаждении после наплавки ... Кроме того, легирующие элементы на диаграмме состояния железо — углерод сдвигают влево критические точки эвтектоидного и эвтектического превращений и способствуют образованию чугунов при меньшей концентрации углерода, чем это показано на диаграмме состояния железо — углерод ... Важно и то, что, регулируя легирование качественно и количественно, можно весьма благоприятную аустенитную матрицу сделать стабильно аустенитной и частично нестабильной, способной к частичному превращению в мартенсит при деформации поверхностных слоев, сопровождающей изнашивание ... При высоких давлениях, особенно при ударно-абразивном изнашивании, с повышением энергии удара будет увеличиваться роль хрупкости сплава и его фазовых составляющих ... Наиболее твердые составляющие, которые чаще всего являются наиболее хрупкими, будут разрушаться — крошиться, в результате чего они потеряют способность сопротивляться действию на металл абразивных частиц (рис ... Эта же сталь после обычной закалки и такого же низкого отпуска имеет существенно более низкую износостойкость, особенно при ударно-абразивном изнашивании ... Такое упрочнение обеспечивает износостойкость меньше, чем упрочнение твердодисперсной фазой низкоуглеродистого мартенсита той же стали, создаваемое при изотермической обработке (рис ... НЕСТАБИЛЬНО АУСТЕНИТНЫЙ НАПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛСтали в нестабильным аустенитом и нестабильно аустенитный наплавленный металл представляет собой чаще всего высоколегированные хромомарганцевые или хромоникелевые стали, содержащие молибден, ванадий и другие элементы в небольших количествах ... Кроме того, в процессе изнашивания у сталей, способных к у -*- «-превращению, износостойкость несколько выше, чем у сталей, у которых это превращение не происходит, и чем больше при изнашивании образуется мартенсита, тем выше износостойкость ... Износостойкость сплава и определяющая ее степень перехода аустенита в мартенсит на рабочей поверхности зависят не только от состава и способности сплава к у -*- а-превращению, но и от энергии удара (рис 12 ... Такие свойства нестабильно аустенитных сплавов на основе железа связаны с мартенситный превращением, протекающим при деформациях, вызванных ударом по абразиву ... Также необходимо обратить внимание на то, что для хорошего сопротивления ударам в стали не должно быть очень много мартенсита во избежание появления хрупкого разрушения ... Изготовление крупногабаритной нефтеаппаратуры из сталей, не требующих высокотемпературной термической обработки после электрошлаковой сварки//Экспресс-информ ... Об особенностях структурных превращений низкоуглеродистых и низколегированных сталей при электрошлаковой сварке с регулированием термических циклов/Б ... |
Соединение труб из разнородных металлов
Сварка модулированным током
Современные средства защиты сварщиков
Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений
Технология и оборудование контактной сварки. Учебное пособие для машиностроительных и политехнических втузов
Контактные металлургические процессы при пайке
Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений