Главная


Металловедение для сварщиков (сварка сталей)




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 21 ... 63 ... 105 ... 147 ... 189 ... 231 ... 254
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125


скачать книгу Металловедение для сварщиков (сварка сталей)




Степень повышения термодинамической неустойчивости ме­талла сварного соединения должна расти с увеличением уровня остаточных сварочных напряжений, содержания элементов, обра­зующих растворы внедрения, плотности дислокаций и препятствий для их перемещения, а также склонности металла к упрочнению при деформации. Должно иметь значение кристаллическое строе­ние металла шва — измельчение зернистости и, как следствие этого, увеличение степени разориентнровки кристаллитов должно оказывать благоприятное влияние.
...
Повысить термодинамическую устойчивость металла сварного соединения и приблизить ее к основному металлу способен нагрев, при котором происходят процессы возврата и рекристаллизации. Роль такого нагрева сварного соединения после сварки состоит не только в снижении уровня остаточных сварочных напряжений, но и в восстановлении или повышении равновесного состояния пла­стически и упругодеформированных кристаллитов.
...
Снижение уровня свободной энергии холоднодеформированного металла достигается его нагревом. При нагреве происходит не­сколько последовательных процессов, приводящих в конечном итоге к восстановлению состояния и свойств металла. Однако соче­тание деформации и нагрева может привести к получению свойств даже рекристаллизованного металла, отличающихся от свойств металла до деформации.
...
На первой стадии нагрева холоднодеформированного металла при сравнительно невысокой температуре (около 0,2ТПЛ)
...
При дальнейшем повышении температуры примерно до 0,ЗТпл в некоторых металлах (например, железе, алюминии и их сплавах) развивается процесс полигонизации (вторая стадия возврата). 84
...
Степень повышения термодинамической неустойчивости ме­талла сварного соединения должна расти с увеличением уровня остаточных сварочных напряжений, содержания элементов, обра­зующих растворы внедрения, плотности дислокаций и препятствий для их перемещения, а также склонности металла к упрочнению при деформации. Должно иметь значение кристаллическое строе­ние металла шва — измельчение зернистости и, как следствие этого, увеличение степени разориентнровки кристаллитов должно оказывать благоприятное влияние.
...
Повысить термодинамическую устойчивость металла сварного соединения и приблизить ее к основному металлу способен нагрев, при котором происходят процессы возврата и рекристаллизации. Роль такого нагрева сварного соединения после сварки состоит не только в снижении уровня остаточных сварочных напряжений, но и в восстановлении или повышении равновесного состояния пла­стически и упругодеформированных кристаллитов.
...
Снижение уровня свободной энергии холоднодеформированного металла достигается его нагревом. При нагреве происходит не­сколько последовательных процессов, приводящих в конечном итоге к восстановлению состояния и свойств металла. Однако соче­тание деформации и нагрева может привести к получению свойств даже рекристаллизованного металла, отличающихся от свойств металла до деформации.
...
Развивается этот процесс чаще всего в металлах при нагреве после небольших деформаций или в процессе горячей деформации при пониженной температуре. В области температур полигониза-ции активизируется перемещение дислокаций, накопившихся при деформации внутри отдельных кристаллитов. При таком переме­щении дислокаций в пределах каждого зерна их взаимодействие приводит к тому, что они размещаются в виде строчек, стенок, об­разуя внутри зерна субзерна с малоугловыми границами. Таким образом, зерна металла оказываются разбитыми на ячейки с дисло­кационными границами. Внутри каждая ячейка оказывается сво­бодной от дислокаций. Взаимодействие дислокаций на новых суб­границах делает их довольно устойчивыми, часто сохраняющи­мися даже при нагреве до более высокой температуры. Металл с такой ячеистой структурой имеет повышенное сопротивление деформированию при комнатных и повышенных температурах.
...
При дальнейшем нагреве холоднодеформированного металла до 0,4—0,5ГПЛ начинается процесс первичной рекристаллизации или рекристаллизации обработки. При этом на границах старых деформированных зерен в наиболее неравновесных участках, по-видимому, в участках наибольшей концентрации дислокаций, по­являются зародыши новых, равновесных зерен, а затем и новые равновесные зерна (рис. 48). Зародыши новых зерен могут возник­нуть и в других наиболее неравновесных участках. Дальнейший нагрев — небольшое повышение температуры или увеличение длительности пребывания при температуре начала рекристаллиза­ции приводит к росту новых зерен за счет исчезновения старых. Это приводит к замене в структуре холоднодеформированного металла вытянутых искаженных, неравновесных зерен, новыми, близкими к равноосным и равновесным.
...
Развивается этот процесс чаще всего в металлах при нагреве после небольших деформаций или в процессе горячей деформации при пониженной температуре. В области температур полигониза-ции активизируется перемещение дислокаций, накопившихся при деформации внутри отдельных кристаллитов. При таком переме­щении дислокаций в пределах каждого зерна их взаимодействие приводит к тому, что они размещаются в виде строчек, стенок, об­разуя внутри зерна субзерна с малоугловыми границами. Таким образом, зерна металла оказываются разбитыми на ячейки с дисло­кационными границами. Внутри каждая ячейка оказывается сво­бодной от дислокаций. Взаимодействие дислокаций на новых суб­границах делает их довольно устойчивыми, часто сохраняющи­мися даже при нагреве до более высокой температуры. Металл с такой ячеистой структурой имеет повышенное сопротивление деформированию при комнатных и повышенных температурах.
...
Рис. 48. Строение холоднодеформированного металла (а); X
...
рекристаллизационный нагрев приводит к образованию ограничен­ного числа рекристаллизованных зародышей и, при их росте — к крупнозернистой структуре (рис. 49). Такая критическая степень деформации составляет обычно 3—15%.
...
При неодинаковой степени деформации в пределах какого-то объема металла в нем после рекристаллизации может наблюдаться образование зерен различной величины (рис. 50). На рис. 50 видна зона критической степени деформации с наиболее крупным зерном.
...
Повышение температуры выше температуры начала рекристал­лизации активно увеличивает рост зерна по закономерности, опре­деляющей связь диффузионных процессов с температурой, по­скольку рост зерна связан с процессом переноса (см. гл. III). В этой же связи следует рассматривать и влияние на величину зерна продолжительности нагрева при рекристаллизации (рис. 51).
...
Рис. 50. Разнозернистость рекристаллизованного металла, вызванная различной степенью пластической деформации
...
состоянии рекристаллизация обусловливает образование общих зерен, прорастающих через плоскость раздела свариваемых ча­стей. Процесс сварки в твердом состоянии состоит из нескольких стадий: деформации приповерхностных зон и сближения сваривае­мых поверхностей на расстояния, обеспечивающие возможность установления атомного взаимодействия, активации контактных по­верхностей и установления между ними атомной связи, протекания процесса рекристаллизации и диффузии для тех случаев, когда сварка ведется с нагревом до температуры выше температуры ре­кристаллизации. Возникает вопрос, являются ли рекристаллиза­ция и диффузия обязательными элементами сварки в твердом со­стоянии или наличие этих процессов способно обусловить только определенное улучшение свойств.
...
Работы различных авторов по схватыванию металлов и по холодной сварке показали, что ряд металлов — алюминий, медь и др., без нагрева, т. е. при температуре существенно ниже темпе­ратуры рекристаллизации, хорошо свариваются давлением, кото­рое должно при этом обеспечить определенную минимальную сте­пень пластической деформации приповерхностных областей. В большинстве рассмотренных случаев эта деформация составляет более 50%. Такая величина пластической деформации при сдавли­вании свариваемых поверхностей необходима для двух целей: разрушения поверхностной окисной пленки и механической акти­вации поверхности — повышения плотности дислокаций и вакан­сий как активных центров схватывания. При такого рода холод­ной сварке оптимальная степень деформации позволяет получить на разных металлах прочность соединения на уровне прочности основного металла (рис. 52).
...
Повышение температуры сварки уменьшает величину мини­мально необходимой деформации (рис. 53). Для цинка это связано с тем, что процесс протекает выше температуры рекристаллизации,
...
Таким образом, несомненно возможно получение неразъемного соединения при холодной сварке (ниже температуры рекристалли­зации). Граница такого соединения по всей его протяженности будет четко выражена линией между сваренными поверхностями. Эта граница по своей природе должна быть близка к границе зерен в том же металле, так как ее образование связано с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения как активных центров для соединения. Кроме того, на границе соединения, в от­личие от границы зерна, может иметься значительное количество раздробленных остатков окисной пленки.
...
Для сварки давлением с нагревом свариваемых поверхностей имеет значение несколько явлений: понижение сопротивления нагретого металла деформированию, приводящее к уменьшению давления, необходимого для установления физического контакта, повышение активности образования на поверхности окисной пленки (если сварка ведется без защиты от окисления), препят­ствующей установлению физического контакта, изменение ско­рости перемещения и скорости изменения плотности дислокаций, характер которых зависит от температуры и, наконец, ускорение протекания диффузионных процессов и рекристаллизации деформи­рованного металла при определенных температурах, связанных со степенью пластической деформации.
...
Не вдаваясь в технологические вопросы, связанные со свар­кой давлением в твердом состоянии, остановимся только на значе­нии рекристаллизации.
...
Механические свойства сварных соединений стали 20 при сварке давлением при разных температурах с одинаковой степенью деформации
...
Рекристаллизация является процессом, уничтожающим сплош­ную границу между свариваемыми поверхностями. Место соединения прорастает зернами и приобретает нормальные свойства, характерные для свариваемых металлов. Даже без всякого нагрева, способного привести к рассасыванию строчек окисных включений (если сварка велась без защиты от окисления), рекристаллизация приближает об­щий комплекс свойств сварного соединения к свойствам основного
...
Процесс рекристаллизации мо­жет заметно сказаться и на строе­нии и свойствах сварного соединения при дуговой сварке. Термо­деформационный цикл сварки обусловливает возникновение упру-гопластической деформации, различной в разных зонах сварного соединения, и создание часто высокого уровня остаточных свароч­ных напряжений. При упругом характере остаточных сварочных напряжений отдельные кристаллиты могут оказаться пластически деформированными. Неравномерность упруго-пластической дефор­мации при сварке обусловливает различную степень деформирова­ния различно ориентированных кристаллитов и различный их рост при сопутствующем сварке процессе рекристаллизации, протекаю­щем в зоне, нагретой выше соответствующей температуры. Все это приводит к тому, что в сварном соединении возникает четко вы­раженная разнозернистость (рис. 55), отрицательно влияющая на свойства металла, особенно на его вязкость.
...
Разрушение металлов чаще всего наступает на завершающей стадии холодной пластической деформации. Сдвиги, происходящие по межатомным плоскостям, и упрочнение, при котором ат металла приближается к ав, приводят к тому, что на определенной стадии дальнейшее повышение внешнего усилия, дальнейшие сдвиги прекращаются, и за этой стадией предельной пластичности проис­ходит разрушение. Такова в общих чертах схема перехода стадии деформации в стадию разрушения. Однако эта общая схема нуж­дается в ряде уточнений в связи с условиями приложения внешней нагрузки и с природой деформируемого материала.
...
Разрушению предшествует какая-то величина предельной пла­стической деформации епр (предельная пластичность), зависящая от многих факторов. Для одного и того же материала она зависит
...
Рекристаллизация является процессом, уничтожающим сплош­ную границу между свариваемыми поверхностями. Место соединения прорастает зернами и приобретает нормальные свойства, характерные для свариваемых металлов. Даже без всякого нагрева, способного привести к рассасыванию строчек окисных включений (если сварка велась без защиты от окисления), рекристаллизация приближает об­щий комплекс свойств сварного соединения к свойствам основного
...
Процесс рекристаллизации мо­жет заметно сказаться и на строе­нии и свойствах сварного соединения при дуговой сварке. Термо­деформационный цикл сварки обусловливает возникновение упру-гопластической деформации, различной в разных зонах сварного соединения, и создание часто высокого уровня остаточных свароч­ных напряжений. При упругом характере остаточных сварочных напряжений отдельные кристаллиты могут оказаться пластически деформированными. Неравномерность упруго-пластической дефор­мации при сварке обусловливает различную степень деформирова­ния различно ориентированных кристаллитов и различный их рост при сопутствующем сварке процессе рекристаллизации, протекаю­щем в зоне, нагретой выше соответствующей температуры. Все это приводит к тому, что в сварном соединении возникает четко вы­раженная разнозернистость (рис. 55), отрицательно влияющая на свойства металла, особенно на его вязкость.
...
от условии приложения нагрузки — при одноосном нагружении £11р мак­симальна, т. е. епр = max, при ог
...
а продолжительность действия нагрузки. Увеличение длитель­ности действия нагрузки способствует повышению степени микро­пластической деформации отдельных кристаллитов, накоплению на их границах несовершенств кристаллического строения с пере­ходом их к очаговому разрушению. Этот очаг разрушения в силу концентрации в нем напряжений способен перейти в макротре­щину и вызвать общее разрушение металла или изделия.
...
Границы кристаллитов являются областями повышенной плот­ности несовершенств и прежде всего дислокаций, поэтому макро-пластическое течение может начаться с таких приграничных участков и привести к образованию зародышевой трещины (схема Виннера). Чем ниже значение ар
...
Изменение температуры также относится к числу внешних факторов, оказывающих влияние на величину предельной де­формации металла перед разрушением. Если изменение в зави­симости от температуры сопротивления отрыву (разрушение без деформации) аотр и предела текучести (сопротивление появлению ос­таточной деформации) ат
...
Помимо рассматриваемых внешних факторов на епр и ем влияет состояние металла. Как правило, металлы с объемно-центриро­ванной кубической решеткой (ре, Сг, Мо) имеют меньшую пре-
...
дельную пластичность, чем ме­таллы с гранецентрированной ку­бической решеткой (№, А1, Си и др.). Для одного и того же сплава (сталь, алюминиевые сплавы и др.) величина епр меняется с из­менением структурного и фазового состояния. Однофазные сплавы с содержанием легирующего эле­мента в пределах растворимости
...
Для сталей существенное значение имеет структурное состоя­ние. С повышением прочности величина епр уменьшается, наиболее низкие значения 8пр
...
I Стали с неравновесной а-фазой — бейнитом, и тем более мар­тенситом, также имеют различную способность к деформации при разрушении. С увеличением степени искаженное™ ос-решетки способность к деформации снижается. Поэтому мартенсит в низко­легированных сталях может иметь ощутимые значения епр и ем, в сталях с повышенным и высоким содержанием угле­рода эти характеристики будут минимальными, близкими к нулю.
...
Величины епр и ем являются основными параметрами, опре­деляющими характер разрушения, — при хрупком разрушении е1ф практически близко к нулю, однако ем отдельных кристалли­тов может быть значительной. В этом случае элементы излома могут иметь вязкие участки. Микропластическая деформация в отдельных кристаллитах может вызывать разрушение при раз­личных видах воздействия нагрузки ниже предела текучести материала (длительная нагрузка, циклическая нагрузка, усилие, ведущее к развитию трещины и др.).
...
Для деформации и разрушения сварных соединений возник­новение, развитие и исчерпание микропластической деформации в отдельных кристаллитах имеет разностороннее значение, в част­ности, может стать одной из основных причин образования хо­лодных трещин — весьма опасного вида дефектов.
...
Холодные трещины — это надрывы, образующиеся в различ­ных зонах сварных соединений через различные интервалы вре­мени после завершения сварки (рис. 59), — чаще в зонах тепло­вого влияния и реже в металле сварных швов. Они возникают после охлаждения металла сварного соединения ниже темпера­туры 150—200° С, а иногда через какое-то время — минуты, часы и даже сутки. Трещины могут образовываться в сварных изделиях в нерабочем состоянии, не подвергнутых воздействию внешних рабочих нагрузок, и могут быть обнаружены также на нагруженных изделиях.
...
В любом случае для возникновения трещин необходимо на­личие Каких-то усилий, способных вызвать упругую и локальную или микропластическую деформацию. В ненагруженном сварном
...
Величины епр и ем являются основными параметрами, опре­деляющими характер разрушения, — при хрупком разрушении е1ф практически близко к нулю, однако ем отдельных кристалли­тов может быть значительной. В этом случае элементы излома могут иметь вязкие участки. Микропластическая деформация в отдельных кристаллитах может вызывать разрушение при раз­личных видах воздействия нагрузки ниже предела текучести материала (длительная нагрузка, циклическая нагрузка, усилие, ведущее к развитию трещины и др.).
...
Для деформации и разрушения сварных соединений возник­новение, развитие и исчерпание микропластической деформации в отдельных кристаллитах имеет разностороннее значение, в част­ности, может стать одной из основных причин образования хо­лодных трещин — весьма опасного вида дефектов.
...
Холодные трещины — это надрывы, образующиеся в различ­ных зонах сварных соединений через различные интервалы вре­мени после завершения сварки (рис. 59), — чаще в зонах тепло­вого влияния и реже в металле сварных швов. Они возникают после охлаждения металла сварного соединения ниже темпера­туры 150—200° С, а иногда через какое-то время — минуты, часы и даже сутки. Трещины могут образовываться в сварных изделиях в нерабочем состоянии, не подвергнутых воздействию внешних рабочих нагрузок, и могут быть обнаружены также на нагруженных изделиях.
...
В любом случае для возникновения трещин необходимо на­личие Каких-то усилий, способных вызвать упругую и локальную или микропластическую деформацию. В ненагруженном сварном
...
соединении такими усилиями оказываются остаточные свароч­ные напряжения — следствие термодеформационного цикла сварки. Поэтому все обстоятельства, повышающие уровень оста­точных сварочных напряжений, способствуют появлению холод­ных трещин. Такими факторами могут быть большие скорости нагрева и охлаждения, локализация нагрева, концентрация и пересечение сварных швов, жесткие и замкнутые контуры свар­ных участков, резкие переходы сечений и др.
...
Однако наличия только такого рода внешних факторов недо­статочно для проявления склонности к возникновению в свар­ных соединениях холодных трещин. Нужна еще определенная предрасположенность соединений: по-видимому, неспособность металла в зоне сварки обеспечивать релаксацию локальных на­пряжений за счет местной микропластической деформации без разрушения. Остаточные сварочные напряжения ниже предела текучести, суммирующиеся с внешней нагрузкой, способны вы­звать локальную микропластическую деформацию отдельных благоприятно ориентированных кристаллитов. Как правило, эта деформация предпочтительно будет протекать в участках с повы­шенной плотностью дефектов кристаллического строения.
...
Если участки предпочтительной деформации будут контакти­ровать с пластичными зернами, способными деформироваться при создавшихся уровнях местных напряжений, не будет условий для накапливания кристаллических несовершенств, напряжения будут релаксировать и зародыш разрушения не возникнет. Там же, где участок с развивающейся локальной деформацией будет кон­тактировать с зернами, имеющими высокое сопротивление де­формированию, несовершенства на границе деформируемого микрообъема будут накапливаться и образовывать зародыши трещин, которые под влиянием концентрации в них напряжений хрупко распространяется в соседние зерна с высоким значе­нием 0Т.
...
Таким образом, образованию холодных трещин должно спо­собствовать общее упрочнение металла в зоне сварки, местное локальное упрочнение групп кристаллитов, наличие физико-химической неоднородности, при которой наряду с общей массой высокопрочных зерен с высоким сопротивлением пластической деформации, будут иметься отдельные кристаллы, способные де­формироваться под влиянием возникших напряжений, укруп­нение размеров кристаллитов, при котором увеличивается воз­можность накопления кристаллических несовершенств, переходя­щих в трещину. На основе приведенного можно уточнить метал­лургические и технологические факторы, способствующие склон­ности к образованию холодных трещин в сварных соединениях.
...
Образованию холодных трещин способствуют наличие мар­тенсита в металле сварного соединения, повышение содержания углерода в мартенсите и понижение температуры мартенситного превращения. Поэтому легированные стали, особенно с повы-
...
соединении такими усилиями оказываются остаточные свароч­ные напряжения — следствие термодеформационного цикла сварки. Поэтому все обстоятельства, повышающие уровень оста­точных сварочных напряжений, способствуют появлению холод­ных трещин. Такими факторами могут быть большие скорости нагрева и охлаждения, локализация нагрева, концентрация и пересечение сварных швов, жесткие и замкнутые контуры свар­ных участков, резкие переходы сечений и др.
...
Однако наличия только такого рода внешних факторов недо­статочно для проявления склонности к возникновению в свар­ных соединениях холодных трещин. Нужна еще определенная предрасположенность соединений: по-видимому, неспособность металла в зоне сварки обеспечивать релаксацию локальных на­пряжений за счет местной микропластической деформации без разрушения. Остаточные сварочные напряжения ниже предела текучести, суммирующиеся с внешней нагрузкой, способны вы­звать локальную микропластическую деформацию отдельных благоприятно ориентированных кристаллитов. Как правило, эта деформация предпочтительно будет протекать в участках с повы­шенной плотностью дефектов кристаллического строения.
...
Если участки предпочтительной деформации будут контакти­ровать с пластичными зернами, способными деформироваться при создавшихся уровнях местных напряжений, не будет условий для накапливания кристаллических несовершенств, напряжения будут релаксировать и зародыш разрушения не возникнет. Там же, где участок с развивающейся локальной деформацией будет кон­тактировать с зернами, имеющими высокое сопротивление де­формированию, несовершенства на границе деформируемого микрообъема будут накапливаться и образовывать зародыши трещин, которые под влиянием концентрации в них напряжений хрупко распространяется в соседние зерна с высоким значе­нием 0Т.
...
Таким образом, образованию холодных трещин должно спо­собствовать общее упрочнение металла в зоне сварки, местное локальное упрочнение групп кристаллитов, наличие физико-химической неоднородности, при которой наряду с общей массой высокопрочных зерен с высоким сопротивлением пластической деформации, будут иметься отдельные кристаллы, способные де­формироваться под влиянием возникших напряжений, укруп­нение размеров кристаллитов, при котором увеличивается воз­можность накопления кристаллических несовершенств, переходя­щих в трещину. На основе приведенного можно уточнить метал­лургические и технологические факторы, способствующие склон­ности к образованию холодных трещин в сварных соединениях.
...
Образованию холодных трещин способствуют наличие мар­тенсита в металле сварного соединения, повышение содержания углерода в мартенсите и понижение температуры мартенситного превращения. Поэтому легированные стали, особенно с повы-
...
шенным содержанием углерода, закаливающиеся при охлажде­нии после сварки, обнаруживают часто склонность к появлению холодных трещин. Если мартенситное превращение происходит при повышенной температуре (200—300° С) и может иметь место определенный самоотпуск — склонность к образованию трещин снижается. Повышение скорости нагрева при сварке приводит к увеличению степени неоднородности аустенита перед охлажде­нием и получению участков, обогащенных углеродом и легирую­щими элементами. Поэтому в этом случае даже сталь с относи­тельно невысоким содержанием легирующих элементов и углерода (например, —0,2% С) может оказаться склонной к образованию холодных трещин.
...
Повышение температуры и продолжительности нагрева спо-спобствуют увеличению роста зерна, плотности несовершенств и тем самым проявлению склонности к растрескиванию после сварки. Также и увеличение скорости охлаждения, способствую­щее образованию мартенсита, может благоприятствовать возник­новению рассматриваемого дефекта.
...
Водород, попадая в зону сварки (из электродных покрытий, ржавчины на кромках, свариваемого металла и др.). уменьшая способность к деформации, также увеличивает склонность к об­разованию трещин.
...
Однако не следует считать, что стали, образующие в зоне сварки мартенсит, всегда должны давать холодные трещины или что указанные выше технологические факторы — большие ско­рости нагрева и охлаждения — должны всегда сопровождаться образованием трещин. Трещины возникают при неблагоприят­ном сочетании ряда рассмотренных внешних и внутренних обсто­ятельств. И если они возникают, то предотвратить их появление можно, используя приведенные факторы, например, уменьшая скорость охлаждения за счет подогрева, увеличивая погонную энергию при сварке, теплоизолируя после сварки нагретую зону, подвергая сварное соединение низкому или высокому отпуску сразу после сварки, надлежащим образом выбирая состав стали или изменяя конструкцию свариваемого изделия.
...
В принципе металл зоны сварного соединения характеризу-ется^таким же комплексом свойств, как и свариваемый металл или металл вообще: прочностью, пластичностью, вязкостью, хладостойкостью, теплостойкостью или жаропрочностью, выно­сливостью, стойкостью против коррозии и др. Методы оценки указанных свойств сварных соединений во многом аналогичны методам оценки соответствующих свойств металлов. Однако при оценке свойств сварных соединений следует иметь в виду некоторые их особенности, связанные с влиянием термо-дефор-
...
шенным содержанием углерода, закаливающиеся при охлажде­нии после сварки, обнаруживают часто склонность к появлению холодных трещин. Если мартенситное превращение происходит при повышенной температуре (200—300° С) и может иметь место определенный самоотпуск — склонность к образованию трещин снижается. Повышение скорости нагрева при сварке приводит к увеличению степени неоднородности аустенита перед охлажде­нием и получению участков, обогащенных углеродом и легирую­щими элементами. Поэтому в этом случае даже сталь с относи­тельно невысоким содержанием легирующих элементов и углерода (например, —0,2% С) может оказаться склонной к образованию холодных трещин.
...
Повышение температуры и продолжительности нагрева спо-спобствуют увеличению роста зерна, плотности несовершенств и тем самым проявлению склонности к растрескиванию после сварки. Также и увеличение скорости охлаждения, способствую­щее образованию мартенсита, может благоприятствовать возник­новению рассматриваемого дефекта.
...
Водород, попадая в зону сварки (из электродных покрытий, ржавчины на кромках, свариваемого металла и др.). уменьшая способность к деформации, также увеличивает склонность к об­разованию трещин.
...
Однако не следует считать, что стали, образующие в зоне сварки мартенсит, всегда должны давать холодные трещины или что указанные выше технологические факторы — большие ско­рости нагрева и охлаждения — должны всегда сопровождаться образованием трещин. Трещины возникают при неблагоприят­ном сочетании ряда рассмотренных внешних и внутренних обсто­ятельств. И если они возникают, то предотвратить их появление можно, используя приведенные факторы, например, уменьшая скорость охлаждения за счет подогрева, увеличивая погонную энергию при сварке, теплоизолируя после сварки нагретую зону, подвергая сварное соединение низкому или высокому отпуску сразу после сварки, надлежащим образом выбирая состав стали или изменяя конструкцию свариваемого изделия.
...
В качестве примера значе­ния неоднородности строения и свойств зон сварного соеди­нения можно привести влияние, оказываемое свойствами око­лошовной зоны.
...
При дуговой сварке плавле­нием или прессовой сварке теп­лота зоны сварки, распростра­няясь в стороны от шва, создает в околошовных зонах основного металла градиент температуры с перепадом от температуры
...
кромках до температуры свари­ваемого металла на определен­ном расстоянии от кромок (рис. 61). В участке/, нагреваемом выше температуры Ас3
...
при плосконапряженном состоянии сваренных образцов без их разрезки, когда в сварном соединении сохраняются и неодно­родность свойств и сварочные напряжения.
...
Весьма удачно испытание выпучиванием места со сварным швом через круглое отверстие в матрице, предложенное С. А.Кур-киным (рис. 62). При таком испытании сварной шов может по­мещаться в зените (центре пластины) или смещаться в сторону, чтобы в зените оказалась околошовная зона. При умеренном ради­усе кривизны Я.
...
Для приближенной сравнительной оценки свойств сварного соединения по отношению к свойствам основного металла можно использовать статическое или динамическое нагружение сварных и не сварных пластин, вваренных по контуту в оправку из трубы (рис. 63). Критерием сравнения может служить минимальная разрушающая нагрузка или работа. По схемем рис. 62 и 63 легко проводить испытания и при пониженных температурах. Для этого пространство над образцом заливают охлажденной смесью.
...
Большое значение для работоспособности сварных соеди­нений имеет хрупкость металла. Сварные конструкции более склонны к хрупким разрушениям, чем, например, клепаные. Связано это и с влиянием остаточных сварочных напряжений, и с химической и механической неоднородностью свойств. Харак­теристики сопротивления сварных соединений хрупкому разру­шению оценивают по свойствам отдельных зон чаще всего на удар­ных образцах с разным типом надреза (Шарпи или Менаже) при комнатной или низкой температуре, соответствующей темпе­ратуре эксплуатации; оценивают температуру перехода в хрупкое состояние по падению ударной вязкости на 50% величины удар­ной вязкости при +20° С или по температуре, когда ударная вязкость надает до какой-то обусловленной величины (часто до 2—3 кгс-м/см2), по изменению волокнистости излома, фикси­руя чаще всего температуру, при которой кристаллическая хруп­кая часть излома составляет более 50% поверхности разрушения.
...
температуре и температуре эксплуатации, определенным одним из имеющихся методов. Показательной характеристикой хруп­кости, близкой к ар
...
температуре и температуре эксплуатации, определенным одним из имеющихся методов. Показательной характеристикой хруп­кости, близкой к ар
...
температуре и температуре эксплуатации, определенным одним из имеющихся методов. Показательной характеристикой хруп­кости, близкой к ар
...
температуре и температуре эксплуатации, определенным одним из имеющихся методов. Показательной характеристикой хруп­кости, близкой к ар
...
Стали — самый широко применяемый материал в различных сварных конструкциях — строительных металлоконструкциях, тех­нологических аппаратах и трубопроводах химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности, магистральных тру­бопроводах, автостроении, сельхозмашиностроении и др.
...
Среди многих элементов, которые могут входить в состав стали, наибольшее влияние на свойства оказывает углерод, поэтому сталь рассматривают прежде всего как сплав железа с углеродом. Представленная на рис. 64 диаграмма состояния — лишь часть диаграммы в области между железом и химическим соединением железа с углеродом — цементитом Fe3C образуемым при кон­центрации углерода 6,67%.
...
В системе сплавов этих двух компоентов — Fe—Fe3C имеются следующие фазы: 1. Ж — жидкий раствор углерода в железе (при растворении цементит диссоциирует на железо и углерод). 2. 7-аустенит —■ твердый раствор углерода в y-Fe
...
Помимо твердых растворов и химического соединения в спла­вах имеются механические смеси. В области высоких концентра­ций углерода образуется эвтектика — ледебурит Л
...
Рис. 84. Диаграмма состояния сплавов железа с углеродом в области между железом и цементитом (химическим соединением железа с углеродом Fe3C).
...
рованной кубической решеткой существует при температуре до 911° С. Параметр решетки a-Fe от 20 до 768° С меняется прямо­линейно — от 2,86 А до 2,895 Á. При температуре 768° С происхо­дит магнитное превращение a-Fe, тип решетки и прямолинейное изменение параметра сохраняется, но магнитные свойства в силу изменений в атоме меняются. Эта модификация a—Fe, существую­щая в интервале 768—91 Io С, обозначается fS—Fe. Выше темпе­ратуры
...
Температуры и концентрации характерных точек на диаграмме
...
911° С устойчивой становится модификация железа с гране-центрированной кубической ре­шеткой, с параметром от 3,64 А
...
ских форм железа с измене­нием температуры (рис. 65) происходит прямолинейно для каж­дой из кристаллических решеток в своем интервале параметра.
...
Диаграмма состояния (см. рис. 64) характерна для равновес­ных условий кристаллизации сплавов (первичной и последую­щих), фазы и структуры могут быть получены при достаточно медленном охлаждении или нагреве и выдержке быстроохлажден-ного сплава до температуры, соответствующей фазовой или струк­турной области.
...
О превращениях при охлаждении сплавов различного состава можно судить по обозначениям областей диаграммы. Остановимся на описании характера различных фаз и структур, некоторых условиях их образования и особенностях сплавов различных областей диаграммы.
...
При комнатной температуре в зависимости от содержания в железе углерода по микроструктуре могут быть сплавы четы­рех основных типов.
...
Сплавы со структурой феррита с эвтектоидом-перлитом со­держат количество перлита от 0% при отсутствии в железе угле­рода до 100% при содержании —0,8% С. Феррит в таких сплавах-сталях является мягкой (твердость —ЯК 100) и при комнатных температурах вязкой составляющей. В феррите при этих усло­виях растворено очень мало углерода — менее 0,06%, атомы которого не замещают в решетке a-Fe атомы железа, а внедря­ются между ними (раствор внедрения). Растворы внедрения в фер­рите могут образовывать также атомы других элементов — азота, водорода, кислорода. Растворы замещения образуют атомы леги­рующих элементов: никель, марганец, хром, кремний и др. Все растворы внедрения очень ограничены по концентрации и при пересыщении легко распадаются. Растворы замещения могут быть неограниченными по концентрации и более устойчивыми.
...
Другая составляющая этих сплавов — перлит (эвтектоид) — механическая смесь феррита и цементита. Поскольку цементит имеет значительно более высокую твердость, чем феррит (~
...
Цементит как твердое включение в мягкой, легко деформи­руемой основе препятствует пластической деформации, повышает твердость и прочность сталей тем в большей степени, чем больше его в сплаве. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали в пределах проекций точек ф и 5 твердость и прочность металла возрастают. Правда, этот рост не очень велик, поскольку цемен-титные частички даже в чистом перлите окружены мягким ферри­том. При изменении содержания углерода от 0,2 до 0,8% твер­дость стали увеличивается от 100 до 160 кгс/мм2. Увеличение твер­дости меньше для сталей со структурой зернистого перлита и несколько больше для сталей с пластинчатым перлитом.
...
При содержании в стали 0,8% С структура стали состоит из чистого эвтоктоида —ферритно-цементной механической смеси с цементитом в виде пластин или глобулей. Такая эвтектоидная сталь является переходной от рассмотренных ферритно-перлит-ных к цементитно-перлитным, соответствующим содержанию уг­лерода в пределах проекций точек 5 и Е
...
Другая составляющая этих сплавов — перлит (эвтектоид) — механическая смесь феррита и цементита. Поскольку цементит имеет значительно более высокую твердость, чем феррит (~
...
Цементит как твердое включение в мягкой, легко деформи­руемой основе препятствует пластической деформации, повышает твердость и прочность сталей тем в большей степени, чем больше его в сплаве. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали в пределах проекций точек ф и 5 твердость и прочность металла возрастают. Правда, этот рост не очень велик, поскольку цемен-титные частички даже в чистом перлите окружены мягким ферри­том. При изменении содержания углерода от 0,2 до 0,8% твер­дость стали увеличивается от 100 до 160 кгс/мм2. Увеличение твер­дости меньше для сталей со структурой зернистого перлита и несколько больше для сталей с пластинчатым перлитом.
...
При содержании в стали 0,8% С структура стали состоит из чистого эвтоктоида —ферритно-цементной механической смеси с цементитом в виде пластин или глобулей. Такая эвтектоидная сталь является переходной от рассмотренных ферритно-перлит-ных к цементитно-перлитным, соответствующим содержанию уг­лерода в пределах проекций точек 5 и Е
...
Сплавы с большим содержанием углерода относятся к чугунам. Характерная особенность чугунов — наличие эвтектики, состав которой отвечает проекции точки С.
...
Рис. 67. Характер изменения показатели стойкости против образования горячих тре­щин под влиянием различных факторов в пределах до эвтектического содержания углерода диаграммы Ре-С:
...
Превращения, протекающие при нагреве закристаллизовав­шихся и остывших сплавов, происходят для каждого интер­вала концентраций в обратном порядке. Так, например, в до-эвтектоидных сплавах при кон­центрации углерода между про­екциями точек Р
...
должен оказывать активное положительное влияние, так как первичные зерна заменяются при превращении б —■
...
По диаграмме состояния Ие—С можно судить и о других фак­торах, имеющих значение при сварке плавлением и давлением. Для всех видов сварки сплавов в интервале концентраций между проекциями точек (3 и Е
...
Повышение содержания углерода и появление цементита ухуд­шает состояние сварного соединения, его пластичность, вязкость, прочность, поведение при охлаждении и другие характеристики, которые при определенных условиях могут вызвать разрушения металла в зоне сварки даже вне эксплуатации. В то же время воз­можность сварки сталей с избыточным цементитом определяется однотипностью атомно-кристаллического строения основы сое­диняемых элементов и наличием ограниченных твердых растворов в у-и
...
Сварка сталей связана с протеканием сложного комплекса изменений фазового и структурного состояния металла в виду характерных (особых) условий введения теплоты, неравномер­ного теплового поля, локальности нагрева, специфических ус­ловий охлаждения. Высокие скорости нагрева определяют осо­бенности протекания фазовых превращений как при нагреве, так и при охлаждении, а наличие градиента температур и напря­жений — различие в процессах фазовых и структурных превра­щений по зонам. Условия охлаждения металла сварного соеди­нения после сварки отличаются от достаточно изученных усло­вий охлаждения при термообработке. Такая специфика процес­сов при нагреве и охлаждении сварных соединений определяет некоторые очень существенные особенности свойств, влияющих на их надежность и работоспособность.
...
Многие технологические операции на сталях, и прежде всего термообработка и сварка, связаны с нагревом металла до высо­ких температур, приводящих к изменению фазового состояния. Основной образующейся при нагреве фазой является аустенит. Однако и состав стали, и условия нагрева существенно влияют на состояние аустекита — его гомогенность, размер зерна и т. п., которые в свою очередь, оказывают влияние на последующие фазовые и структурные изменения при охлаждении и соответ­ственно на свойства сталей.
...
Равновесными фазами в доэвтектоидной стали являются фер­рит и перлит, в эвтектоидной — перлит, состоящий из мелких фер-ритно-цементитных образований, например пластинок, и в за-эвтектоидной — цементит и перлит. Рассмотрение условий пре­вращения этих фаз при нагреве в аустенит проще всего начать со стали эвтектоидного состава. При нагреве такой стали до тем­пературы А
...
(рис. 68, I). Это превращение как перекристаллизация в твердом состоянии состоит в зарождении центров новой фазы — аустенита и их роста. Процесс определяется степенью отклонения от равно­весных условий — степенью перенагрева.
...
Полиморфное превращение чистого а-Ре —* ^-Ре проис­ходит при температуре 910° С. При более низкой температуре превращение феррит —> аустенит может происходить только при наличии в сс-Ре определенного количества углерода; чем это коли­чество углерода больше, тем при более низкой температуре про­исходит превращение, и когда содержание углерода достигнет 0,8%, превращение произойдет при температуре 727° С. Образо­ванию зародышей аустенита из перлита предшествует появление на границах раздела феррит — цементит участков твердого рас­твора с повышенным содержанием углерода. Это обстоятель­ство является одним из условий, требующих определенного пере­нагрева, так как только в этом случае в бедных углеродом заро­дышах может произойти повышение содержания углерода.
...
Однако перенагрев, определяемый увеличением скорости на­грева, приводит к уменьшению однородности образующегося аустенита. Чем выше температура перенагрева, тем больше скорость нагрева и тем менее гомогенный на первом этапе обра­зующийся аустенит. При нагреве со скоростью у2 > их
...
аустенит, образующийся при очень медленном нагреве, т. е. мини­мальном перегреве — при изотермической выдержке при тем­пературе, мало превышающей Ах.
...
Образующийся при перенагреве негомогенный аустенит будет выравниваться по составу при последующей выдержке при тем­пературе нагрева. Гомогенизация аустенита будет происходить вследствие разницы концентраций углерода в растворе. На рис. 68, // представлена схема влияния перенагрева на неоднород­ность образующегося аустенита и скорость его гомогенизации. Отрезки 5£ и 56 представляют изменение концентрации угле­рода в аустените, соответствующее тем же линиям на диаграмме Ре—С. Линия 5—5 соответствует равновесному содержанию угле­рода в аустените эвтектоидной стали.
...
При нагреве в течение малого времени т2 (большая скорость нагрева) будет достигнута более высокая температура нагрева и больший градиент концентрации углерода в аустените (интер­вал г—в),
...
Для анализа процессов фазовых превращений при быстро-протекающем нагреве при сварке важно то, что чем больше ско­рость нагрева, тем менее гомогенным оказывается образовавшийся аустенит. В любом случае гомогенизация образовавшегося при нагреве аустенита требует времени, но это время параболически уменьшается с повышением температуры. Поэтому при каких-то температурах перенагрева, характерных для сталей данного состава (по углероду, а также и по легирующим элементам), скорость диффузии углерода достигнет значений, обусловли­вающих протекание гомогенизации при завершении нагрева.
...
Образование аустенита при нагреве в доэвтектоидных и за-эвтектоидных сталях качественно подчиняется одним и тем же закономерностям. Однако по сравнению с образованием аусте­нита в эвтектоидных сталях оно осложняется наличием дополни­тельных фаз — феррита в доэвтектоидной и цементита (карбида) в заэвтектоидной. В этих сталях перлитная составляющая ау-стенизируется по рассмотренной схеме, а наличие дополнитель­ного феррита, и особенно карбидов, растягивает период гомоге­низации аустенита или для завершения этого процесса в короткое время требует дополнительного перенагрева. Таким образом, увеличение скорости нагрева повышает температуру аустенити-зации стали; наименьшим это повышение температуры аустени-тизации будет у эвтектоидных сталей, большим — у доэвтек­тоидных и еще большим — у заэвтектоидных.
...
При малых скоростях нагрева влияние скорости на темпера­туру аустенитизации будет небольшим, этот участок малого влия­ния скорости меньше у доэвтектоидных п особенно у заэвтектоид-
...
Рис. 69. Влияние скорости на­грева на температуру аустени­тизации углеродистых сталей с различным содержанием углеро­да:
...
ных сталей и уменьшается с уменьшением содержания в доэв-тектоидной стали углерода и с увеличением содержания углерода в заэвтектоидных сталях. С увеличением перенагрева (повышением скорости нагрева) температура аустенитизации сначала возра­стает, а затем по мере приближения к температуре активного увеличения скорости диффузии рост перенагрева уменьшается, и кривая 4агР
...
состояния. Эта продолжительность будет уменьшаться с увеличе­нием толщины свариваемого металла, увеличиваться с увеличением погонной энергии сварки, повышением температуры металла сва­риваемого изделия и увеличением числа слоев.
...
Перечисленные факторы должны влиять на гомогенизацию аустенита в околошовной зоне. По ширине зоны теплового влия­ния, нагреваемой выше температуры Ас3,
...
Помимо условий нагрева и состава стали на степень гомоген­ности образующегося аустенита влияет и исходное, до нагрева, структурное состояние стали. Чем более дифференцированной является исходная структура, тем естественно сложнее при дан­ном нагреве условия гомогенизации. Это же обстоятельство и определяет различие в протекании гомогенизации аустенита эвтектоидных, доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. Таким образом, одна и та же доэвтектоидная сталь с исходной структурой феррита с перлитом (нормализованная или горячекатаная), зер­нистым перлитом (отожженая) или сорбитом (после закалки и отпуска) будет иметь разные по гомогенности аустенита зоны теп­лового влияния при одних и тех же условиях сварочного нагрева. Наиболее гомогенным аустенит будет при сварке термически улуч­шенной стали (после закалки и отпуска) и наименее гомогенным — при сварке с исходной дифференцированной структурой.
...
Высокий нагрев, приводящий к образованию однородного аустенита, обусловливает также и рост зерна аустенита. При нагреве выше Ас3
...
В условиях сварки влияние наследственной мелкозернистости и крупнозернистое™ меньше. Такого рода врожденные метал-114
...
состояния. Эта продолжительность будет уменьшаться с увеличе­нием толщины свариваемого металла, увеличиваться с увеличением погонной энергии сварки, повышением температуры металла сва­риваемого изделия и увеличением числа слоев.
...
Перечисленные факторы должны влиять на гомогенизацию аустенита в околошовной зоне. По ширине зоны теплового влия­ния, нагреваемой выше температуры Ас3,
...
лургические свойства стали сказываются при ограниченных тем­пературах нагрева, а при столь высоких температурах нагрева, какие имеют место в участке вблизи самого шва (свыше 1200° С), природная мелкозернистость сказывается меньше. Однако нельзя считать, что этот фактор не имеет значения совсем. Его влияние при больших скоростях нагрева и малом времени пребывания при максимальной температуре обусловливает отсутствие зоны сильно выросшего зерна.
...
Помимо превращений и процессов, 'с которыми связано об­разование аустенита при нагреве выше температуры Ас3,
...
Нагрев наиболее часто свариваемых доэвтектоидных сталей до температур, находящихся в интервале Асх—Ас3,
...
Количество аустенита и феррита при нагревах в межкрити­ческом интервале температур естественно зависит от содержания углерода в стали. Для нагрева в межкритическом интервале температур помимо изменения количеств аустенита и феррита, характерно также изменение содержания углерода в аустените при разной температуре нагрева. При температуре, мало превы­шающей Асх,
...
Рис. 71. Изменение количеств феррита // и аустенита / и изменение содержа­ния углерода в аустените /—3
...
Рассмотренные закономерности изменения количеств аустенита и феррита и содержания в них углерода при нагреве до различ­ных температур в интервале Асх
...
Для заэвтектоидных сталей состояние фаз при нагреве в меж­критическом интервале температур осложняется затрудненным растворением свободных карбидов, что существенно замедляет процесс гомогенизации аустенита. С повышением температуры нагрева заэвтектоидной стали в интервале температур Асх —Ас3
...
Для процессов, протекающих при нагреве в межкритиче­ском интервале температур, так же как и для нагрева выше Ас3,
...
равномерной дисперсной структуры, создаваемой, например, за­калкой с высоким отпуском, процессы гомогенизации при нагреве ускоряются.
...
Различные зоны сварных соединений нагреваются в широком интервале температур, в каждой из них по-разному протекают процессы, что предопределяет различие в протекании процессов при охлаждении и различие в конечных свойствах металла в раз­ных участках. В основе превращений, протекающих при охлаж­дении в различных зонах сварного соединения, лежат явления, рассматриваемые теорией термообработки стали.
...
В основе фазовых и структурных превращений при охлаж­дении лежат процессы распада, образовавшегося при нагреве аустенита с переходом его в различные по равновесности (разы
...
и различные по морфологии и дисперсности структуры, определя­ющие различие свойств охлажденной стали. При охлаждении протекают также процессы и в феррите, если распад аустенита сопровождался выделением феррита или если нагрев не превы­шал температуры сохранения ферритной фазы.
...
Наиболее простой схемой для рассмотрения основных про­цессов, протекающих при охлаждении стали, нагретой до тем­ператур выше Ас3
...
Рассмотрение процессов при охлаждении стали проще всего начать с эвтектоидной стали. При охлаждении такой стали перекри­сталлизация аустенита в перлит ниже температуры А г
...
Первый процесс — перекристаллизации активизируется — уско­ряется с увеличением степени переохлаждения аустенита, с пони­жением его температуры ниже Л,; второй процесс—диффузионного перемещения углерода в переохлажденном аустените и сосредо­точения его в нужных для образования цементита концентрациях с понижением температуры ниже Ах
...
Природа и строение продуктов превращения, их дисперсность, а также степень полноты процесса превращения и другие явле­ния будут зависеть от того, при каком переохлаждении, т. е. при какой температуре произошло превращение. Достигаемая степень переохлаждения аустенита, при которой начинается его распад, зависит от скорости охлаждения и от состава аустенита, т. е. от состава стали. Последнее обстоятельство имеет особое значение для превращения при охлаждении аустенита в различ­ных зонах сварного соединения в связи с его неоднородностью по составу в различных зонах.
...
Поскольку кинетика превращения переохлажденного аусте­нита определяется двумя процессами, противоположно связан­ными со степенью переохлаждения, при каждой данной темпера­туре ниже Ах
...
точки начала и конца превращения аустенита, соответствующие изотер­мической выдержке при каждой дан­ной температуре переохлаждения, образуют так называемые С-образ-"ные кривые (рис. 72). При пониже­нии температуры превращения ниже А
...
При этих сравнительно высоких температурах, для углеродистых сталей выше ~ 500° С процесс диф­фузии углерода еще достаточно ак­
...
По мере понижения температуры изотермической выдержки переохлажденного аустенита процесс диффузии углерода затруд­няется, и ниже какой-то температуры 1г
...
и сорбиту, представляющему мелкозернистую ферритно-цемен-титную смесь. По мере измельчения равновесной смеси феррита и цементита повышается прочность и вязкость стали и может несколько снижаться ее пластичность.
...
При переохлаждении аустенита до еще более низких темпера­тур, когда процессы диффузии углерода практически подавляются, а значительное переохлаждение приводит к быстрому переходу 7 —»а, образуется мартенсит, представляющий собой а-Р*е с не-выделившимся из него углеродом, в связи с подавлением диффу­зии. Оставшийся в решетке а
...
Особенность кинетики мартенситного превращения состоит в том, что каждой температуре переохлаждения ниже темпера­туры начала мартенситного превращения Мп
...
Чаще всего эти температуры для некоторых сталей лежат в интервале 350 -450° С. Это бейнитное промежуточное превра­щение может происходить в верхнем районе указанного интервала температур, когда диффузия углерода в аустените менее подав­лена, и в нижнем районе температур, когда диффузия углерода в аустените более подавлена. В первом случае при образовании верхнего бейнита в аустените перед распадом благодаря сохране­нию некоторой подвижности атомов углерода создаются области, более богатые и более бедные углеродом. Области, более бедные углеродом, распадаются на очень мелкую ферритно-цементитную смесь, а в областях, более богатых углеродом, превращение сопровождается частичным выделением из аустенита углерода в очень дисперсном виде и превращением оставшегося аустенита в a-Fe с некоторым пересыщением его углеродом, т. е. с образо­ванием структуры, приближающейся по природе к мартенситу, но с меньшим пересыщением a-Fe углеродом, меньшим искаже­нием в связи с этим кристаллической решетки.
...
При более низкой температуре распада аустенита — при образовании нижнего бейнита диффузионная подвижность ато­мов углерода возможна, но еще больше ограничена. Поэтому перед превращением определенная неоднородность по углероду в ау­стените создается, однако разница в содержании углерода в обед­ненных и обогащенных участках должна быть меньше, чем перед распадом в верхнем районе температур промежуточного пре­вращения. Поэтому при образовании нижнего бейнита при пре­вращении более бедного аустенита из него частично может выде­литься дисперсная карбидная фаза, а образовавшееся a-Fe сохранит, хотя и небольшое, но некоторое пересыщение по углероду.
...
Другая часть аустенита, более богатая углеродом, превраща­ется в a-фазу с большим пересыщением по углероду и по природе оказывается еще более близкой к мартенситу, однако, поскольку превращение все же идет при температурах более высоких, чем Мп,
...
В соответствии с таким характером фазового и структурного состояния сталь, обработанная на бейнит, по сравнению со сталью, обработанной на ферритно-цементитную смесь, имеет более вы­сокую прочность, обусловленную присутствием неравновесной a-фазы с искаженной решеткой и дисперсных выделений кар­бидов. В то же время такая сталь имеет более высокую пластич­ность и вязкость, чем сталь с мартенситной структурой, даже при отпуске мартенсита на ту же твердость. Обусловлено это наличием
...
Чаще всего эти температуры для некоторых сталей лежат в интервале 350 -450° С. Это бейнитное промежуточное превра­щение может происходить в верхнем районе указанного интервала температур, когда диффузия углерода в аустените менее подав­лена, и в нижнем районе температур, когда диффузия углерода в аустените более подавлена. В первом случае при образовании верхнего бейнита в аустените перед распадом благодаря сохране­нию некоторой подвижности атомов углерода создаются области, более богатые и более бедные углеродом. Области, более бедные углеродом, распадаются на очень мелкую ферритно-цементитную смесь, а в областях, более богатых углеродом, превращение сопровождается частичным выделением из аустенита углерода в очень дисперсном виде и превращением оставшегося аустенита в a-Fe с некоторым пересыщением его углеродом, т. е. с образо­ванием структуры, приближающейся по природе к мартенситу, но с меньшим пересыщением a-Fe углеродом, меньшим искаже­нием в связи с этим кристаллической решетки.
...
При более низкой температуре распада аустенита — при образовании нижнего бейнита диффузионная подвижность ато­мов углерода возможна, но еще больше ограничена. Поэтому перед превращением определенная неоднородность по углероду в ау­стените создается, однако разница в содержании углерода в обед­ненных и обогащенных участках должна быть меньше, чем перед распадом в верхнем районе температур промежуточного пре­вращения. Поэтому при образовании нижнего бейнита при пре­вращении более бедного аустенита из него частично может выде­литься дисперсная карбидная фаза, а образовавшееся a-Fe сохранит, хотя и небольшое, но некоторое пересыщение по углероду.
...
Другая часть аустенита, более богатая углеродом, превраща­ется в a-фазу с большим пересыщением по углероду и по природе оказывается еще более близкой к мартенситу, однако, поскольку превращение все же идет при температурах более высоких, чем Мп,
...
В соответствии с таким характером фазового и структурного состояния сталь, обработанная на бейнит, по сравнению со сталью, обработанной на ферритно-цементитную смесь, имеет более вы­сокую прочность, обусловленную присутствием неравновесной a-фазы с искаженной решеткой и дисперсных выделений кар­бидов. В то же время такая сталь имеет более высокую пластич­ность и вязкость, чем сталь с мартенситной структурой, даже при отпуске мартенсита на ту же твердость. Обусловлено это наличием
...
Для доэвтектоидных или заэвтектоидных сталей к процессам превращения переохлажденного аустенита при изотермической выдержке, протекающим по рассмотренным для разных темпера­тур схемам, добавляется выделение доэвтектоидного феррита или заэвтектоидного цементита (линия 3
...
Термообработка стали, при которой аустенит переохлаждается до определенной температуры, и затем за счет выдержки при этой постоянной температуре достигается требуемое структурное со­стояние и свойства, является изотермической. Однако в практике термообработки и процессов, происходящих при сварке, большое значение имеет превращение аустенита при непрерывном охлажде­нии. На диаграмме рис. 72 непрерывное охлаждение с разными скоростями выражается рядом наклонных линий непрерывного падения температуры в течение времени. В представленном случае Vi
...
При непрерывном охлаждении превращение аустенита чаще всего приводит к образованию смеси структур. Только очень медленное охлаждение может дать однородное перлитное состоя­ние. Образование смеси структур тем вероятнее, чем больше скорость охлаждения. Так, при скорости охлаждения Vi
...
начинается превращение аустенита с образованием сорбита. Сохранившаяся, не превратившаяся в сорбит часть аустенита в ин­тервале между началом и концом его превращения (между лини­ями 1 и 2)
...
жают область, соответствующую полному превращению аусте­нита в данный вид продуктов распада, либо наносят на диа­грамму линии, лежащие внутри этой области начала и конца распада и соответствующие определенной степени превра­щения — распада аустенита. Последний вид построения диа­грамм используется чаще, так как он удобнее для оценки кинетики процесса. На такой диаграмме (рис. 73) в точках пересечения кривых охлажде­ния и линий, лежащих в поле протекания превращения и ха­рактеризующих определенную степень превращения (линии термокинетической диаграммы), проставлены цифры, указываю­щие в процентах образовавшееся количество продуктов распада:
...
от 40 до 90% относится к ферриту, от 1 до 10 — к перлиту и у нижней кривой — к бейниту. Нижние цифры в конце кривых охлаждения — твердость продуктов превращения.
...
Изложенные общие закономерности превращения аустенита при охлаждении позволяют оценить процессы, происходящие при охлаждении после сварки в сварных соединениях.
...
При рассмотрении процессов, происходящих при нагреве, было отмечено, что для сварных соединений стали как при сварке плавлением, так и сварке давлением в твердом состоянии с оплав­лением и без оплавления кромок, характерно образование следу­ющих зон в прилегающем к сварному шву свариваемом металле (рис. 74):
...
имеющая негомогенный аустенит, степень негомогенности аустенита увеличивается в направлении падения температуры от зоны с выросшим зерном до зоны, нагретой до температуры ниже
...
Рис. 74. Изменение температуры начала превра­щения аустенита в ферритно-цементитную смесь и продолжительности инкубационного периода для различных зон сварного соединения:
...




    Оcновы сварки судовых конструкций
    Материаловедение
    Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
    Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
    Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки
    Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»
    Необычные свойства обычных металлов

    rss
    Карта