Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

скачать книгу Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений

ФИЗИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИПолучение качественного соединения как сваркой давлением, так и сваркой плавлением зависит от атомно-кристаллического строения свариваемых металлов
...
Поэтому для данного вида сварки имеют значение природа атомов, вступающих в контакт, условия активации атомов и факторы, препятствующие активации, характер межатомных связей свариваемых поверхностей
...
РОЛЬ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВСреди многих показателей, связанных с особенностями атомного строения металлов, для сварки наибольшее значение имеют следующие:прочность связи наиболее легко отделяемых электронов внешней оболочки с ядром или ионом;тип и прочность связи между атомами;показатель свободной энергии поверхности
...
Известно также, что прочность связи электронов внешней оболочки с ядром тем больше, чем выше степень заполнения внешнего электронного уровня электронами
...
При полностью укомплектованных внешних уров-4нях связь этих электронов с атомами настолько велика, что они практически не могут отделиться и принять участие в электронном обмене, необходимом для образования сварных или химических соединений
...
Чем прочнее это закрепление и больше энергия связи, тем труднее электрону оторваться от своего атома и принять участие в электронном обмене с атомами другой свариваемой поверхности
...
Чем больше это расстояние, тем меньше энергия связи внешнего электрона с ядром, и соответственно тем выше способность электрона к отрыву от атома и к сварке давлением
...
ФИЗИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИПолучение качественного соединения как сваркой давлением, так и сваркой плавлением зависит от атомно-кристаллического строения свариваемых металлов
...
Поэтому для данного вида сварки имеют значение природа атомов, вступающих в контакт, условия активации атомов и факторы, препятствующие активации, характер межатомных связей свариваемых поверхностей
...
РОЛЬ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВСреди многих показателей, связанных с особенностями атомного строения металлов, для сварки наибольшее значение имеют следующие:прочность связи наиболее легко отделяемых электронов внешней оболочки с ядром или ионом;тип и прочность связи между атомами;показатель свободной энергии поверхности
...
Энергия электронных групп на различных электронных уровнях определяется главным квантовым числом (энергетический уровень электронной оболочки в дальнейшем будем называть группой), изменяющимся от 1 до 6
...
Если сравнивать атомные радиусы, число оболочек и электронов различных элементов, то легко увидеть, что при малоотличающихся радиусах заполнение объема атома оболочками и электронами очень сильно отличается и возрастает с увеличением атомнойТаблица 1
...
Энергия электронных групп на различных электронных уровнях определяется главным квантовым числом (энергетический уровень электронной оболочки в дальнейшем будем называть группой), изменяющимся от 1 до 6
...
Электроны (даже внешнего уровня) по-разному связаны с ядром, поэтому может быть несколько потенциалов ионизации — первый для отрыва первого электрона, второй — для отрыва второго электрона и т
...
Поверхностное натяжение (поверхностная энергия) является фактором, обусловливающим противодействие активации поверхности, например выходу на поверхность дислокаций
...
Оно же затрудняет отрыв электронов внешней оболочки и установление электронного обмена, необходимого при сварке давлением, поэтому значение поверхностной энергии металлов может служить фактором, характеризующим противодействие соединения при сварке давлением:
...
РОЛЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВПомимо атомного строения металлов при сварке давлением и плавлением имеет значение кристаллическое строение металлов, которое наряду с атомным строением определяет условия взаимодействия соединяемых металлов
...
Характер расположения атомов для данного металла и расстояние между атомами определяются энергетическими условиями взаимодействия между ионами и обобществленными электронами металлической связи
...
Поскольку у разных металлов ионы имеют различное энергетическое состояние и различное число оставшихся электронов, то взаимодействие между ионами и «электронным газом» и, соответственно, закономерность расположения ионов и расстояние между ними будут различными
...
В кубических решетках атомы располагаются по вершинам куба, а дополнительные атомы — в центре каждой элементарной ячейки (объемно-центрированная кубическая решетка, ОЦК) либо в центре каждой грани ячейки (гранецентрированная кубическая решетка, ГЦК)
...
Это связано с изменением энергетического состояния атомов при нагреве или охлаждении и приобретением такой формы построения и взаимодействия, которую характеризует наименьшая свободная энергия системы
...
А это значит, что атомы одного свариваемого металла способны энергетически благоприятно располагаться в кристаллической решетке другого свариваемого металла
...
Однако в тех случаях, когда необходимо учесть температурную зависимость теплофизических свойств свариваемого металла, распределение источников нагрева по значительному объему, наличие тепловых стоков, например, при сварке с регулированием термических циклов (РТЦ) посредством принудительного сопутствующего охлаждения (ПСО), требуются новые подходы к решению задачи по определению параметров теплового поля сварки, основанные на использовании численных методов расчета
...
Схема сварки с РТЦ посредством принудительного сопутствующего охлаждения:а — ЭШС с односторонним охлаждением: б — ЭШС с двусторонним охлаждением; в — АДС с односторонним охлаждением; 1 — электродная проволока; 2 — ползун, формирующий шов; 3 — шлаковая ванна; 4 — металлическая ваина; Б — факел охлаждающей среды; в — охлаждающее устройство —• водовоздушная форсунка; 7 — охлаждаемая поверхность; 8 —• сварной шов; 9 — свариваемый металлности сварного соединения| 10 — расстояние от факела охлаждения до источника нагрева- А — расстояние от охлаждаемой поверхности до кромки охлаждающей форсунки' 0О — удельный расход охлаждающей среды
...
Схема сварки с РТЦ посредством принудительного сопутствующего охлаждения:а — ЭШС с односторонним охлаждением: б — ЭШС с двусторонним охлаждением; в — АДС с односторонним охлаждением; 1 — электродная проволока; 2 — ползун, формирующий шов; 3 — шлаковая ванна; 4 — металлическая ваина; Б — факел охлаждающей среды; в — охлаждающее устройство —• водовоздушная форсунка; 7 — охлаждаемая поверхность; 8 —• сварной шов; 9 — свариваемый металлности сварного соединения| 10 — расстояние от факела охлаждения до источника нагрева- А — расстояние от охлаждаемой поверхности до кромки охлаждающей форсунки' 0О — удельный расход охлаждающей среды
...
Наиболее значительное влияние технологии сварки на параметры термических циклов, характеризующих как стадию нагрева, так и стадию охлаждения, проявляется в варианте ЭШС, предусматривающем применение РТЦ и ГПМ (вариант 4)
...
При этом по сравнению с условиями общепринятой технологии (вариант I) значения тс сокращаются примерно в 2 раза, скорость охлаждения аУбоо-ьоо возрастает в 15—20 раз при одновременном увеличении скорости сварки в 2 раза
...
При использовании РТЦ ожидаемый результат достигается без изменения установленных для данной толщины проката режимов и производительности сварочного процесса
...
ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ И МЕТАЛЛА СВАРОЧНОЙ ВАННЫПри различнБ1Х методах сварки плавлением кристаллическое строение металла шва, связанное с условиями перехода сварочной ванны из жидкого состояния в твердое, является одним из факторов, определяющих качество и свойства этого участка сварного соединения
...
ПЛАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ, СВАРОЧНАЯ ВАННАМеталлы — кристаллические вещества, характеризующиеся при данных условиях строго определенным пространственным расположением атомов
...
Такое расположение атомов у каждого металла обусловлено их энергетическим состоянием (взаимодействие электронов с ядром) и соответственно минимумом свободной энергии Т7 системы атомов
...
Таким образом, металл в твердом состоянии при данной температуре имеет определенное, энергетически наиболее устойчивое кристаллическое (атомное) строение с минимумом свободной энергии Р
...
Все это может привести к изменению их взаимного расположения, которое при данной температуре будет соответствовать минимуму свободной энергии системы атомов при изменившемся энергетическом состоянии
...
Изменение свободной энергии F кристаллического вещества н его расплава прн повышении температуры: 1 *- a-Fe; 2 — y-Fe; 3 — жидкостьдет приводить к дальнейшему изменению энергетического состояния атомов, возрастут вероятность их отрыва от узлов и вероятность разрушения кристаллического комплекса на отдельные колонии
...
В этот период энергетическое состояние металла приближается к энергетическому состоянию расплава, поэтому при достижении определенной температуры ?2 свободная энергия жидкости станет ниже свободной энергии даже высокотемпературной модификации кристаллического тела (см
...
Рассматривая влияние условий плавления на последующую кристаллизацию и свойства, необходимо остановиться на роли неметаллических включений и карбидов, неизбежно присутствующих в сталях и металле сварочной ванны
...
В связи с этим представляют интерес температуры плавления и растворения твердых и тугоплавких включений, которые могут находиться в стали при ее нагреве и плавлении
...
Поведение этих включений при плавлении особенно большое значение имеет для сварки, так как продолжительность пребывания металла при высоких температурах в твердом и жидком состояниях очень невелика
...
При меньшей продолжительности нагрева полного растворения карбидов вольфрама, ванадия, титана при нагреве стали в твердом состоянии может не произойти, и карбиды частично перейдут в жидкую ванну
...
В принципе, в ванне расплавленной стали даже при небольших степенях перегрева карбиды всех основных легирующих элементов должны растворяться в соответствии с данными тройных диаграмм состояния железо—углерод — легирующий элемент
...
Поэтому при быстро протекающем нагреве, малых степенях перегрева и малой продолжительности существования ванны наиболее тугоплавкие карбиды могут сохраниться
...
ЗАКОНОМЕРНОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СВАРНОГО ШВАПроцесс кристаллизации расплавленного металла, как и процесс плавления, связан с переходом к состоянию с меньшей свободной энергией
...
Если считать, что при переходе металла из жидкого состояния в твердое объем его изменяется мало (для большинства металлов среднее изменение плотности составляет 3 %), то справедливо выражение и = Р + (II — полная внутренняя энергия системы; Р — свободная энергия системы; Т£ — связанная энергия системы, здесь Т — абсолютная температура; 5 — энтропия — функция вероятности состояния, имеет максимум при равновесии)
...
Однако при этой температуре свободные энергии жидкого Р№ и твердого /-г металлов равны, поэтому активного перехода одного состояния в другое не происходит
...
Естественно, чем меньше АТК и чем ближе температура, при которой протекает процесс, к равновесной, тем меньше размер и ниже устойчивость образующихся центров кристаллизации
...
С одной стороны, с увеличением размера зародыша свободная энергия должна уменьшаться с увеличением объема жидкого металла, переходящегоСкорость охла/кденияРис
...
Влияние размера кристалла ния металла иа степень его переохла- при переходе из жидкого состояния в ждеииятвердое на изменение свободной энер-гии металлав более равновесное при данном переохлаждении твердое состояние (рис
...
Это связано с тем, что и зарождение, и особенно рост кристаллов требуют непрерывного поступления атомов к местам их образования и роста, а подвижность атомов с понижением температуры уменьшается
...
Таким образом, с увеличением степени переохлаждения скорости зарождения и роста кристаллов повышаются, пока определяющим фактором является уменьшение свободной энергии металла, и начинают снижаться после того, как решающее значение приобретает уменьшение подвижности атомов
...
Примеси, не имеющие указанного структурного соответствия, также могут стать искусственными центрами кристаллизации, если они находились в расплаве и поверхностные силы привели к адсорбции на них атомов расплавленного металла
...
Поскольку рассмотренные центры кристаллизации существуют и в жидком металле, для кристаллизации на них требуется меньшая степень переохлаждения, чем для образования естественного зародыша (кристаллизация на них начинается раньше)
...
Эти элементы рисущи как крупным отливкам и слиткам, так и сварным швам, днако характеры кристаллизации крупных отливок и сварных вов, выполненных сваркой плавлением, существенно отли-аются
...
В реальных условиях кристаллизация расплавленного металла идет в пространстве, ограниченном твердыми, более холодными поверхностями — стенками и дном изложницы, стенами литейной формы, твердым металлом в сварочной ванне
...
Поскольку процесс перемещения атомов примеси диффузионный и связан со временем, степень дендритной ликвации зависит от скоростей кристаллизации и охлаждения
...
В очаге горения дуги металл сварочной ванны имеет самую высокую температуру ~2300 °С, значительно выше температуры плавления *пл и температуры кристаллизации 2кр
...
По мере удаления от очага дуги температура жидкого металла снижается, вблизи кромок и 34ранее закристаллизовавшегося металла шва становится близкой к температуре кристаллизации ¿Kp
...
Однако в связи с тем, что в сечении Г—Г, проходящем через очаг дуги и свариваемые кромки, температура жидкого металла на границе с твердым металлом выше, чем в сечениях, лежащих ближе к хвостовой части ванны (Д—Д и Е—Е), рост кристаллитов в хвостовой части ванны значительно опережает рост кристаллитов на кромках в зоне максимальной температуры ¿max-Если мгновенно прекратить сварку и создать условия для предотвращения растекания головной части ванны, то характер кристаллизации можно представить так, как это изображено на рис
...
Кристаллы из хвостовой части вытягиваются вдоль оси шва, они имеют большую протяженность; кристаллы с боковых поверхностей, растущие с кромок в задней части ванны, составляют с осью шва определенный угол
...
Размеры кристаллов, растущих с боковых поверхностей, и угол их наклона к оси шва зависят от многих факторов — толщины и массы сварив аемого металла, его температуры и теплофизических свойств, от скорости сварки, силы сварочного тока, технологии сварки (например, числа сварочных дуг) и др
...
Химическая неоднородность металла сварного шва по слоям кристаллизацииталла такой же толщины, поэтому кристаллическое строение отдельных слоев и шва в целом оказывается более мелким и плотным, с менее выраженной ликвацией примесей по зонам
...
Явление это связывается с остановками кристаллизации, вызванными тепловым эффектом (выделение теплоты) при переходе из жидкого состояния в твердое и другими обстоятельствами
...
АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ИХ РОЛЬ ПРИ СВАРКЕНагрев или охлаждение металла в твердом состоянии может вызвать переход одного вида кристаллической решетки в другой в соответствии с минимумом свободной энергии, отвечающем тому или иному расположению атомов (см
...
Во-первых, при охлаждении после сварки, если металл сварного шва (закристаллизовавшейся сварочной ванны) подвергается вторичной кристаллизации, нарушается неблагоприятное строение в виде вытянутых столбчатых кристаллов и возникает новая, более мелкозернистая структура, часто из мелких равноосных зерен
...
Во-вторых, перегретые при сварке плавлением или давлением зоны основного металла можно вновь сделать мелкозернистыми в результате дополнительного нагрева с малым перенагревом выше температуры полиморфного превращения с последующим охлаждением с той или иной скоростью
...
Такой эффект улучшения свойств сварного соединения при полиморфном превращении иногда используют, подвергая сварное соединение при сварке давлением многократным циклическим нагревам и охлаждениям с переходом через температуру превращения
...
ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙВ промышленности чаще всего применяют не чистые металлы, а сплавы двух или нескольких элементов на основе какого-либо одного металла
...
Возможность изменения свойств сплавов путем термообработки, их свариваемость, структура и свойства сварных соединений и, что очень важно, возможность получения надежного соединения при сварке сплавов на основе разных металлов определяются природой сплавов, их строением, фазовым состоянием и составом, изменениями, происходящими при нагреве и охлаждении как в процессе термообработки, так и в процессе сварки
...
Такие элементы, естественно, не могут образовывать сплавов, свариваемых методами сварки плавлением, а их сварка давлением в твердом состоянии — сложная задача
...
При переходе жидкого однородного сплава в твердое состояние в нем могут происходить различные изменения, связанные с полиморфными превращениями основы сплава, с взаимодействием элементов, составляющих сплав
...
Диаграмма состояния сплавов металла А с металлом Б при их неограниченной растворимости в жидком и твердом состоянияхТо или иное состояние затвердевающего сплава зависит от взаимодействия между атомами составляющих его компонентов
...
Выше линии плавления (ликвидуса) существует однородная жидкость (одна фаза), между линиями ликвидуса и солидуса — жидкость и кристаллы твердого раствора (две фазы), ниже линии солидуса остается твердый раствор (одна фаза) (рис
...
Кристаллизация чистого металла происходит при постоянной температуре, а кристаллизация сплава — в интервале температур между ликвидусом и солидусом (рис
...
На диаграмме состояния линии, ограничивающие области существования различных фазовых систем, характеризуют условия (температуру, концентрацию) равновесия между фазами
...
Состав кристаллов, образующихся в конце кристаллизации при температуре б из последних порций жидкого расплава, соответствует проекции точки г на эту ось
...
Влияние разницы температур плавления свариваемых металлов (I) и температурного интервала кристаллизации их сплавов (//) при непрерывном ряде твердых растворов иа химическую неоднородность сварных швоврастворов свойства сплавов должны отличаться от свойств образующих их металлов (рис
...
Это важно для сварных соединений, так как постепенное, нескачкообразное изменение свойств благоприятнее влияет на работоспособность сварного соединения, чем скачкообразное, имеющее место в случае образования в сплавах химического соединения (рис
...
Характер возможного изменения свойств сплавов элементов с разными типами диаграмм состояниякристаллизации в твердом состоянии приводит к сохранению крупных кристаллитов, образующихся при первичной кристаллизации, в то время как перекристаллизация в связи с полиморфным превращением в твердом состоянии могла бы привести к измельчению зерна и улучшению свойств
...
Диаграмма состояния сплавов металлов А и Б, дающих в твердой состоянии эвтектические смеси:/ — диаграмма состояния; // — кривые охлаждения; /// кристаллическое строение сварного соединения при сварке плавлением без присадочного материала; IV — то же, о присадкой металла А; V — то же, с присадкой металла Б; VI —■ сварное соединение, полученное сваркой давлениемЭ(х
...
Диаграмма состояния сплавов металлов А и Б, дающих в твердом состоянии эвтектические смеси и ограниченные твердые растворы:/ — диаграмма состояния; // — элементарные ячейки а- и Р-растворов; III — кристаллическое строение сварного соединения при сварке плавлением без присадки; IV — сварное соединение, полученное сваркой давлением; V — то же, с присадкой металла АПри данном типе диаграмме состояния свариваемых металлов хорошее сплавление металла шва с основными свариваемыми металлами обусловливается тем, что на кромках каждого металла из расплава надстраиваются зерна того же металла, т
...
Градиент химической неоднородности (различие в составе соседних участков) тем больше, чем больше величина концентрационного интервала между эвтектической точкой О и чистыми металлами (см
...
Отсутствие жидкого раствора и кристаллизации о выделением на кромках однотипных кристаллов, а также отсутствие взаимной, хотя бы ограниченной растворимости свариваемых металлов в твердом состоянии исключают протекание диффузионных процессов на границе раздела
...
Возможность получения сварного соединения в этом случае целиком зависит от получения надлежащего контакта чистых свариваемых поверхностей, создания максимального количества активных центров и соответствия атомно-кристалли-ческого строения
...
При сварке плавлением в сварочной ванне на кромках свариваемых металлов из жидкого расплава кристаллизуются не чистые металлы, а твердые растворы на основе соответствующих металлов
...
Эти избыточные кристаллы В-фазы образуются не из жидкого расплава, а выделяются в твердом состоянии в результате уменьшения растворимости при понижении температуры и в отличие от В-кристаллов, выделяющихся из жидкого расплава, называют вторичными р-кристаллами (Рит)
...
Поскольку укрупнение их может происходить только при длительном пребывании при повышенной температуре, когда они могут расти за счет диффузионного поступления к ним атомов образующих компонентов, их размер тем меньше, чем меньше время пребывания при повышенной температуре, т
...
Правда, при очень большой скорости охлаждения можно переохладить до нормальной температуры твердый а-раствор с максимальной концентрацией растворимых атомов Б
...
При таком старении сплава выделяющиеся дисперсные частички вторичной фазы препятствуют движению дислокации, что может способствовать его упрочнению, а также повышению хрупкости
...
Образование диффузионных зон связано с тем, что в металл А в соответствии с наличием определенной растворимости проникает (диффундирует) некоторое количество атомов Б: либо из а-раствора при сварке плавлением, либо непосредственно из металла Б при сварке давлением в твердом состоянии
...
Диаграмма состояния сплавов металлов А и Б, дающих в твердом состоянии химическое соединение АтБп—С и эвтектические смесн без ограниченных твердых растворов:/ диаграмма состояния: II кристаллическое строение сварного соединения при сварке плавлением без присадки; /// — то же, с присадкой металла А; IV —~ сварное соединение, полученное сваркой давлениемзон взаимодиффузии улучшает связь в сварном соединении, так как при этом происходит более плавное изменение свойств
...
Неблагоприятен в сварных соединениях рассмотренного типа эффект старения в отдельных участках как сварного шва, так и примыкающей к шву зоне, где могли образоваться кристаллы перенасыщенного твердого раствора
...
Диаграмма состояния сплавов металлов А к Б, дающих в твердом состоянии химическое соединение Ат—£п—С, эвтектические смеси и %г[аниченные твердые растворыРис
...
Диаграмма состояния сплавов металлов А н Б, дающих в твердом состоянии химическое соединение Ат—Бп—С, неустойчивое при повышенной температуре (выше уской решетки в отличие от упорядоченного твердого раствора с типом решетки элемента Л или Б
...
Такая неоднородность свойств может отрицательно сказаться на работоспособности тем более, что граница между зоной химического соединения и свариваемыми металлами при отсутствии признаков ограниченной растворимости должна быть резкой
...
Если же при образовании химического соединения имеется какая-либо ограниченная раство-54римость, то на границе шва появляется соответствующая зона взаимодиффузии, приводящая к образованию ограниченных твердых растворов между швом и кромками основного металла
...
В принципе, это сочетание некоторых ранее приведенных диаграмм перехода из жидкого состояния в твердое с последующей перекристаллизацией в твердом состоянии по диаграммам различного типа
...
Это обусловило получение в определенном интервале концентраций и температур двухфазной твердой области а В и области а ограниченных твердых растворов Б в А
...
Новые аллотропические формы элементов дают эвтектоид ЭТ — механическую смесь, образующуюся при вторичной кристаллизации, и ограниченные твердые а-растворы (Б в Л) и В-растворы (Л в Б)
...
Рассмотрение диаграмм состояния при сплавлении трех и более компонентов более сложное в связи с необходимостью использования многомерного принципа их построения
...
Однако в сварных соединениях сплавов также могут существовать твердые растворы нескольких компонентов, эвтектические или эвтектоидные смеси и химические соединения
...
ДИФФУЗИЯ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХДиффузия в металлах и сплавах — это элементарные процессы перемещения атомов кристаллического вещества на расстояние больше параметра кристаллической решетки
...
Если массоперенос направленный и приводит к местным изменениям концентрации перемещающихся атомов элемента, растворенного в растворителе, процесс называют гетеродиффузией, если имеет место перемещение атомов металла основного компонента без изменения концентрации, процесс называют самодиффузией
...
Фазовые и структурные превращения при нагреве и охлаждении, получение того или иного структурного состояния металла и, соответственно, его свойства связаны с протеканием диффузионных процессов
...
Даже образование мартенсита при закалке, считающееся бездиффузионным превращением, зависит от однородности твердого раствора перед закалкой, которая определяется диффузией растворенных элементов
...
Например, при сварке давлением диффузия является основным процессом, определяющим рекристаллизацию и улучшение свойств сварного соединения после установления связи между свариваемыми активированными поверхностями
...
Особенно большое значение процессы гетеродиффузии имеют для формирования сварных соединений разнородных сталей и разнородных металлов, так как обычные закономерности диффузионного процесса осложняются специфическими условиями диффузии — реакционной диффузией и диффузией, вызванной влиянием состава на изменение термодинамической активности растворенного и диффундирующего вещества
...
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИФФУЗИИОсновной параметр диффузии — скорость переноса массы перемещающегося элемента, металла через единицу площади сечения за единицу времени
...
В этом случае масса М перемещающегося вещества пропорциональна разности концентраций йс и обратно пропорциональна интервалу расстояния йх, на котором имеет место градиент концентрацииМ в —ВйсШ
...
Зная, например, коэффициенты диффузии различных элементов в а- и у-Ре, можно судить о способности соответствующих растворов к гомогенизации или, наоборот, к гетерогенизации во время пребывания при той или иной температуре, что имеет значение для регулирования параметров термообработки, а следовательно, свойств, химической и механической неоднородности сварных соединений
...
Это изменение градиента концентрации со временем т учитывается вторым законом диффузии (второй закон Фика), который для одноосного потока имеет виддхд2с дх*(4
...
Кроме того, чем меньше размер внедренного атома, чем больше он отличается от атома растворителя, тем слабее он удерживается в кристаллической решетке и тем меньше его энергия активации диффузии и больше скорость диффузии (табл
...
Помимо соотношения размеров диффундирующего атома и атома растворителя приобретают значение и другие факторы, например способность к всестороннему сжатию растворенного атома, возможность в связи с этим уменьшения его размеров
...
В результате этого сосредоточение по границам зерен различного рода примесей и, прежде всего, углерода, водорода и серы определяет возможность значительного изменения свойств металла этих зон, их поведения при деформации и разрушении
...
Состояние границ зерен для сварных соединений имеет большее значение, чем для свариваемого металла в связи с наличием крупных литых кристаллов в металле шва и выросшего зерна в околошовной зоне
...
При контактировании — сварке таких металлов в твердом состоянии при температуре Ь распределение концентраций после нагрева в течение какого-то времени будет описываться графиком на рис
...
При увеличении этого времени до %1 произойдет увеличение глубины взаимодиффузии, распределение концентраций А в Б и Б в А будет соответствовать кривым Г и 2'
...
Обе кривые распределения симметричны, если скорость диффузии А в Б равна скорости диффузии £ в Л и влияние на диффузию проникших в другой металл атомов примерно одинаково
...
Реально же скорости диффузии А в Б и Б в А могут быть различными, и симметрия в распо-ложении кривых 1, 2 и 2' относительно плоскости раздела будет нарушена
...
В этом обобщенном случае металлы в твердом состоянии дают сплавы с твердыми растворами а, В, у, б, механическими смесями-эвтектоидами Эу и Э2 и химическое соединение В
...
Сварка этих металлов возможна при трех характерных температурах: ^, когда металл образует непрерывный ряд твердых растворов у; и, когда сплавы образуют ряд твердых растворов переменного состава, т
...
Диффузия металла Л в металл Б будет протекать качественно аналогично, а количественно будет отличаться в зависимости от различия скоростей диффузии Л в Б от Б в Л при данной температуре
...
После охлаждения такого сварного соединения в различных его зонах произойдет вторичная кристаллизация непрерывного ряда твердых растворов с образованием структур, отвечающих той или иной концентрации компонентов в различных участках сварного соединения
...
Это связано с тем, что по нормальной диффузионной кинетике процесс перемещения атомов протекает только в интервалах, где имеются твердые растворы с переменной концентрацией компонентов, т
...
В области существования эвтектоидов и химического соединения диффузия происходить не будет, и концентрация резко изменится до концентрации диффундирующего элемента в этих фазах
...
Они могут быть сосредоточены в участке с соответствующей концентрацией компонентов в зависимости от относительной скорости диффузии при данной температуре
...
При исследовании такой диффузии и вызываемой ею неоднородности состава и строения сварных соединений было замечено, что если сварное соединение состоит из сталей с различным содержанием легирующих элементов, то независимо от содержания в этих сталях углерода направление его перемещения определяется разницей в легировании контактирующих сталей
...
Если у атомов легирующего элемента силы связи с атомами углерода меньше, чем у атомов железа, то атомы углерода отталкиваются от атомов такого элемента и стремятся попасть в окружение только атомов железа
...
Следовательно, данный легирующий элемент увеличивает термодинамическую активность атомов углерода к перемещению в участки, не содержащие атомов этого легирующего элемента
...
Образование обезуглероженнои и науглероженнон зон в сварном соединении в связи с диффузией углерода, вызванной различием его термодинамической активности в сваренных сталяхК элементам, увеличивающим термодинамическую активность углерода в железе, относятся кремний и никель
...
Однако по причинам, рассмотренным ранее, качественно легирующие элементы одинаково влияют на изменение активности угле-66рода в аустените и феррите, разница может быть только в количественных переменах показателя активности
...
Экспериментальные и теоретические исследования показали, что в а-Ре углерод энергетически закреплен слабее, чем в 'у-Ре, и поэтому при определенных условиях (температуре, содержании других элементов и пр
...
Поэтому, если при какой-либо температуре существуют ферритные и аустенитные участки (зерна, поверхности), а это, в частности, может иметь место при нагреве в интервале температур Лсх— Ас3, то углерод будет перемещаться из феррита в аустенит до установления равновесной концентрации при данной температуре:где Сс — концентрация углерода в аустените; с* — концентрация углерода в феррите; К
...
При этом имеет значение как коэффициент диффузии примеси в основе — растворителе при данной температуре, так и взаимовлияние на диффузию содержащихся в сплаве элементов
...
Считают, что и пластическая деформация, изменяя плотность несовершенств кристаллического строения, влияет на диффузионную подвижность растворенных атомов
...
СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛЯХ ПРИ СВАРКЕМеханические, технологические и служебные свойства сталей и сварных соединений определяются структурой, которая является гетерофазной системой
...
Сварка сталей связана с нагревом и охлаждением металла, которые предопределяют особенности протекания структурно-фазовых превращений, наличие градиента температур и напряжений
...
Кроме цементита в определенных условиях охлаждения или нагрева в высокоуглеродистых сплавах вместо цементита либо* наряду с ним может присутствовать графит Г — свободный углерод
...
В области высоких концентраций углерода образуется эвтектика — ледебурит Л (при кристаллизации из жидкого состояния) и эвтектоид — перлит П (при вторичной кристаллизации)
...
При температуре 768 °С происходит магнитное превращение а-Ре, тип решетки и прямолинейное изменение его параметра сохраняются, но магнитные свойства в результате изменений в атоме меняются
...
Рассмотренные данные позволяют схематически представить строение сварных соединений в соответствии с диаграммой состояния и максимальной температурой, достигаемой в отдельных точках зоны термического влияния (см
...
Образование таких обогащенных зон снижает термодинамическую активность углерода в аустените при сохранении относительно низкоуглеродистой сердцевины [16]
...
При умеренных скоростях охлаждения из межкритического интервала температур более углеродистая часть 7-фазы превращается по мартенситному механизму, а менее углеродистая — по диффузионному
...
ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ ПРИ НАГРЕВЕ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИНесмотря на большое число исследований, посвященных изучению фазовых переходов в сталях при нагреве, все еще отсутствует единая теория, объясняющая механизм образования аустенита, что свидетельствует о сложности данного явления
...
Штейнберг полагают, что первые зародыши аустенита с концентрацией углерода, соответствующей его содержанию в стали, образуются при температуре, соответствующей критической точке Асг в участках концентрационных флуктуации по углероду
...
Подобная флуктуация в необходимом критическом объеме, по мнению этих исследователей, имеет место только на границе раздела феррит—цементит, где образовавшийся зародыш аустенитного зерна закрепляется вследствие растворения цементита и диффузии углерода
...
Отмеченное подтверждается тем обстоятельством, что при быстром нагреве стали аустенит образуется в первую очередь вокруг деформированных участков а-фазы, термодинамический потенциал которых выше, чем у недеформированной сс-фазы, из-за наличия большого количества дефектов кристаллического строения и низкой устойчивости с термодинамической точки зрения
...
В то же время при медленном нагреве (со скоростью до 1 °С/мин) в результате исчезновения искажений решетки в образцах с различной исходной структурой образуется примерно одинаковое количество аустенита, так как при этом участками зарождения у-фазы становятся поверхности раздела фаз
...
Кроме того, большинство исследователей при рассмотрении влияния параметров термических циклов на процессы структурообразования в сталях при сварке ограничиваются рассмотрением процессов а у-перехода
...
Поэтому данные таких исследований не могут быть привлечены для анализа механизма и кинетики процессов, протекающих в сталях, претерпевающих перитектическое превращение непосредственно в зоне сплавления, т
...
Отмеченное объясняется в первую очередь трудностями, возникающими при анализе фазовых превращений в интервале ^ил — 1350 °С, так как в этом случае наряду с твердыми фазами присутствуют жидкие фазы
...
Для таких систем практически отсутствуют аналитические методы анализа, а экспериментальные крайне ограничены и не позволяют определить кинетических параметров фазовых превращений в области у - 6 -■ у превращений при наличии жидких фаз
...
ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИВажнейшими фазовыми превращениями аустенита при охлаждении являются перлитное, бейнитное (промежуточное) и мар-тенситное
...
В зависимости от температуры аустенитизации, а следовательно, от размера исходного зерна аустенита при его охлаждении возникают различные разновидности феррита
...
Отмеченное объясняется тем, что бор снижает коэффициент пограничной самодиффузии железа и поэтому увеличивает длительность образования зародышей полиэдрического феррита
...
Для видманштеттового феррита, который наиболее часто встречается в сварных соединениях низкоуглеродистых сталей, выполненных ЭШС, характерны повышенная плотность дислокаций и отсутствие карбидных включений в кристаллах
...
Рядом работ установлено, что механизм образования такого феррита совпадает с механизмом образования мартенсита, о чем свидетельствуют появление характерного микрорельефа на поверхности шлифа и рост кристаллов в пределах одного зерна аустенита
...
Курдюмова, отличительной особенностью образования мартенсита является сдвиговый механизм фазового превращения, для которого характерно упорядоченное, взаимосвязанное перемещение атомов на расстояния, меньшие межатомных, без обмена атомов местами таким образом, что соседи любого атома в исходной фазе остаются его соседями в новой мартенситной фазе
...
Исследования последних лет позволяют сделать заключение о том, что в этих участках до начала мартенситного превращения возникают особые структуры— области с ближним порядком смещений и аномальным распределением упругих свойств
...
Это подтверждают данные о эмиссии звука, предшествующей мартенситному превращению и свидетельствующей о протекании подготовительных процессов в аустенитной матрице [12]
...
Атермическое превращение реализуется в углеродистых и легированных сталях с температурой начала мартенситного превращения Мн выше 100° С; взрывное — в сплавах систем Ре—N1 и Бе—№—С с Мн ниже нормальной; полностью изотермическое превращение наблюдается в сплавах систем Ре—N1—Мп и Ре—№—С» с Ма также ниже нормальной [52]
...
В начальный момент при охлаждении до температуры начала бейнитного превращения £н в аустенитных зернах возникают участки кристаллов бейнитного феррита с пониженным по сравнению со сталью содержанием углерода
...
После окончания промежуточного превращения из остаточного пересыщенного углеродом аустенита выделяются карбиды, и он приобретает способность к дальнейшему распаду по механизму распада перлита
...

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

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

admin

Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений