Главная


Металловедение для сварщиков (сварка сталей)




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 21 ... 63 ... 105 ... 147 ... 189 ... 231 ... 254
42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83


скачать книгу Металловедение для сварщиков (сварка сталей)




стали — сплавы на основе железа содержат углерод, марганец, крем­ний, а в специальных случаях никель, хром, молибден и другие элементы. Атомы железа составляют обычно более 90% и только у отдельных сталей со специальными свойствами — более 60%.
...
Большое значение имеют сплавы на основе алюминия, содер­жащие магний, медь, цинк и другие элементы, сплавы на основе меди с добавлением цинка, олова, алюминия и др., сплавы на ос­нове титана, содержащие железо и др.
...
Путем термообработки можно в широких пределах изменять физические и механические свойства большинства промышлен­ных сплавов. 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 сварки.
...
Как правило, элементы, образующие металлический сплав, в жидком состоянии полностью взаиморастворимы, т. е. образуют однородный материал со статистически равномерно распределен­ными в объеме атомами элементов. Однако имеется ряд металлов, не смешивающихся друг с другом даже в жидком состоянии (табл. 6). 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 металла, представляющего основу сплава, а с взаимодей­ствием между элементами, составляющими сплав.
...
Это взаимодействие может быть связано с тем, что элементы добавки и в твердом состоянии полностью или частично растворя­ются в металле-основе, предел насыщения раствора может быть ограниченным и меняться с изменением температуры. В ряде слу­чаев составляющие сплава образуют механические смеси либо самих компонентов сплава, либо ограниченных по концентрации твердых растворов. Составляющие сплава могут образовывать химические соединения, которые, в свою очередь, могут оставаться свободными, а могут взаимодействовать с основой, в частности растворяться в ней. Могут быть и другие формы взаимодействия со­ставляющих сплавов в твердом состоянии. Важно то, что каждая из них по-своему влияет на свойства сплава, и особенно на поведе­ние сплавов при соединении сваркой, и впоследствии после обра­зования сварного соединения — на его свойства
...
Сплавы двух или нескольких элементов после перехода из жидкого состояния в твердое могут находиться: 1) в виде твердых растворов, 2) в виде механической смеси отдельных составляю­щих и 3) в виде химических соединений. Кроме того, могут быть и промежуточные состояния, а также сочетания в одном сплаве
...
стали — сплавы на основе железа содержат углерод, марганец, крем­ний, а в специальных случаях никель, хром, молибден и другие элементы. Атомы железа составляют обычно более 90% и только у отдельных сталей со специальными свойствами — более 60%.
...
Большое значение имеют сплавы на основе алюминия, содер­жащие магний, медь, цинк и другие элементы, сплавы на основе меди с добавлением цинка, олова, алюминия и др., сплавы на ос­нове титана, содержащие железо и др.
...
Путем термообработки можно в широких пределах изменять физические и механические свойства большинства промышлен­ных сплавов. 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 сварки.
...
Как правило, элементы, образующие металлический сплав, в жидком состоянии полностью взаиморастворимы, т. е. образуют однородный материал со статистически равномерно распределен­ными в объеме атомами элементов. Однако имеется ряд металлов, не смешивающихся друг с другом даже в жидком состоянии (табл. 6). 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 металла, представляющего основу сплава, а с взаимодей­ствием между элементами, составляющими сплав.
...
Это взаимодействие может быть связано с тем, что элементы добавки и в твердом состоянии полностью или частично растворя­ются в металле-основе, предел насыщения раствора может быть ограниченным и меняться с изменением температуры. В ряде слу­чаев составляющие сплава образуют механические смеси либо самих компонентов сплава, либо ограниченных по концентрации твердых растворов. Составляющие сплава могут образовывать химические соединения, которые, в свою очередь, могут оставаться свободными, а могут взаимодействовать с основой, в частности растворяться в ней. Могут быть и другие формы взаимодействия со­ставляющих сплавов в твердом состоянии. Важно то, что каждая из них по-своему влияет на свойства сплава, и особенно на поведе­ние сплавов при соединении сваркой, и впоследствии после обра­зования сварного соединения — на его свойства
...
Сплавы двух или нескольких элементов после перехода из жидкого состояния в твердое могут находиться: 1) в виде твердых растворов, 2) в виде механической смеси отдельных составляю­щих и 3) в виде химических соединений. Кроме того, могут быть и промежуточные состояния, а также сочетания в одном сплаве
...
/ — диаграмма состояния; // — кривые охлаждения; /// — изменения в элементарной ячейке твердого раствора при переходе от сплавов па основе А
...
указанных состояний. Характер взаимодействия элементов, обра­зующих сплав (табл. 6), имеет большое значение для сварки. Луч­ше всего должны свариваться элементы, дающие непрерывный ряд твердых растворов, хуже — с ограниченными твердыми раствора­ми, затем с химическими соединениями и не взаимодействующие.
...
То или иное состояние затвердевающего сплава зависит от взаимодействия между атомами составляющих его компонентов. Стремление к энергетически более устойчивому состоянию си­стемы обусловливает форму взаимодействия. В некоторых слу­чаях атомам растворенного вещества энергетически выгодно за­нять какие-то неопределенные места в атомной решетке металла растворителя — тогда компоненты образуют одну новую фазу — твердый раствор, имеющую определенные отличия от металла растворителя и растворенного элемента.
...
фаза). Между линиями ликвидуса и солидуса — две фазы — жид­кость и кристаллы твердого раствора, ниже линии солидуса оста­ется одна фаза — твердый раствор. Кристаллизация чистого ме­талла происходит при постоянной температуре, а кристаллизация сплава — в интервале температур между ликвидусом и солидусом (рис. 24, II). Между линиями ликвидуса и солидуса наряду с жид­ким расплавом существуют кристаллы твердого сплава. На диа­грамме состояния линии, ограничивающие области существования различных фазовых систем, характеризуют условия (температуру, концентрацию) равновесия между фазами.
...
С учетом того, что давление при фазовых изменениях можно принять постоянным, условия этих изменений подчиняются за­кону (правилу фаз): С = К — Ф
...
Рис. 25. Влияние разницы в температурах плавления свариваемых металлов — / и тем­пературного интервала кристаллизации их сплавов // (при непрерывном ряде твердых растворов) на микрохимическую неоднородность сварных швов
...
В сварных швах влияние рассмотренных факторов на химиче­скую неоднородность тем больше, чем больше размер сварочной ванны и чем меньше скорость кристаллизации. При сварке давле­нием в твердом состоянии (см. рис. 24, V)
...
Рис. 25. Влияние разницы в температурах плавления свариваемых металлов — / и тем­пературного интервала кристаллизации их сплавов // (при непрерывном ряде твердых растворов) на микрохимическую неоднородность сварных швов
...
Неблагоприятно для сварных соединений металлов с рассматри­ваемым типом диаграммы состояния отсутствие аллотропических превращений в твердом состоянии. Отсутствие вторичной перекри­сталлизации 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.
...
Большое значение имеют сплавы элементов, образующих рав­новесные механические смеси — эвтектики (табл. 6) при кристал­лизации из жидкого состояния, и эвтектоиды — при вторичной кри­сталлизации. При образовании таких смесей для формирования сварных соединений важно, имеют ли элементы (компоненты) огра­ниченную взаимную растворимость в твердом состоянии (рис. 28) или образуют смеси без ограниченных твердых растворов (рис. 27). При отсутствии у компонентов ограниченной растворимости свар­ное соединение, полученное сваркой плавлением (рис. 27, III
...
/ — диаграмма состояния; // — кривые охлаждения; /// — кристаллическое строение сварного соединения при сварке плавлением без присадочного мате­риала; IV
...
Таким образом, при сварке плавлением микроструктура и фазовое состояние металла будут постепенно переходить от кри­сталлов одного металла с малым количеством эвтектики к кристал­лам другого металла также с малым количеством эвтектики. Между этими зонами количество эвтектики постепенно увеличивается, и где-то в промежуточных участках должна быть чисто эвтекти­ческая зона. Поскольку в участках сварного шва, примыкающих к кромкам каждого из свариваемых металлов, кристаллизуется металл с подавляющим количеством кристаллов данного сваривае­мого металла, обеспечиваются хорошие условия для сплавления основного металла и металла шва, а постепенное (не скачкообраз­ное) изменение структуры и фазового состояния в пределах ме­талла шва обеспечивает плавный переход свойств одного металла к свойствам другого (см. рис. 26, //).
...
При данном типе диаграммы состояния свариваемых металлов хорошее сплавление металла шва с основными свариваемыми ме­таллами обусловливается тем, что на кромках каждого из метал­лов надстраиваются из расплава зерна того же металла, т. е. имеет место полное соответствие атомно-кристаллического строения, а в связи с этим и создание надлежащей связи. Для работоспособ­ности сварного соединения имеет положительное значение и плав­ное изменение свойств в пределах сварного соединения.
...
Образование химической неоднородности в таком сварном соединении неизбежно в связи с разной химической природой ме­таллов А
...
Для металлов, образующих эвтектические смеси, но имеющих взаимную ограниченную растворимость (табл. 6), механизм обра­зования сварного соединения заметно изменяется (см. рис. 28). При сварке плавлением в сварочной ванне из жидкого расплава на кромках свариваемых металлов кристаллизуются не чистые металлы, а твердые растворы на основе соответствующих ме­таллов.
...
Такие кристаллы в определенных условиях обладают по­вышенными хрупкостью и твердостью. Эти условия — быстрое охлаждение и старение или быстрое охлаждение и небольшой на­грев, облегчающий выделение вторичной фазы.
...
Для металлов с рассматриваемым типом диаграммы состояния характерно также появление диффузионных зон на границе соеди­нения. Образование таких диффузионных зон связано с тем, что в металл А
...
/ — диаграмма состояния; // — кристаллическое строение сварного соедине­ния при сварке плавлением без присадки; /// — то же, с присадкой металла Л; IV
...
— характер строения сварного соединения при сварке плавлением без присадки сплавов, дающих диаграмму состояния, типа, представ­ленной на рис. 32, //
...
Рис. 32. Диаграммы состояния сплавов с полиморфным превращением
...
Кристаллизационные трещины обнаруживаются как на отлив­ках из различных металлов, так и на сварных швах. Поскольку трещины в изделиях являются одним из. наиболее опасных видов дефектов, их природе и методам борьбы с ними на протяжении ряда лет уделялось большое внимание. Однако металлургическая при­рода таких трещин не вполне ясна. Несомненно, что образование трещин вызвано двумя группами причин. Одна группа причин связана с предрасположенностью металла к образованию этого дефекта и характером кристаллизации, а другая — с возникнове­нием в процессе кристаллизации и остывания напряжений и де­формаций, способных разрушить металл на определенных стадиях кристаллизации. Эта группа причин носит конструктивно-техноло­гический характер и рассмотрена в специальной сварочной и ли­тейной литературе.
...
Причины предрасположенности металла к горячим трещинам могут быть рассмотрены вне связи с уровнем возникающих при остывании напряжений, если исходить из того, что при данном определенном уровне напряжений эта предрасположенность раз­ных сплавов к образованию трещин при кристаллизации различна.
...
Наличие склонности к образованию кристаллизационных тре­щин в значительной степени связано с характером диаграммы со­стояния рассматриваемых сплавов и со свойствами кристаллизу­ющихся фаз.
...
Механизм образования трещин при кристаллизации сводится к следующему. При охлаждении жидкого сплава по достижении температуры ликвидуса с определенным переохлаждением из него начинают выпадать кристаллы твердой фазы. По мере дальнейшего охлаждения объем, занимаемый кристаллитами, увеличивается, кристаллиты соединяются в каркас, заполненный оставшейся жидкостью. Как только образовался сплошной каркас, появилась опасность его разрушения возникающими при охлаждении уси­лиями усадки. Эта опасность разрушения усугубляется тем, что каркас твердого металла при условиях кристаллизации оказы­вается малопластичным, неспособным деформироваться под дей­ствием усадочных сил, и разрушается.
...
Таким образом, температура возможного появления первых надрывов — трещин при кристаллизации лежит несколько ниже температуры ликвидуса (штриховая линия на рис. 33, /). Ее часто называют верхним интервалом эффективной температуры кристал­лизации или верхней температурой температурного интервала хрупкости. Нижний интервал эффективной температуры кристал­лизации ограничен линией солидуса, поскольку кристаллизация вообще заканчивается при этой температуре. Однако нижняя гра-
...
Кристаллизационные трещины обнаруживаются как на отлив­ках из различных металлов, так и на сварных швах. Поскольку трещины в изделиях являются одним из. наиболее опасных видов дефектов, их природе и методам борьбы с ними на протяжении ряда лет уделялось большое внимание. Однако металлургическая при­рода таких трещин не вполне ясна. Несомненно, что образование трещин вызвано двумя группами причин. Одна группа причин связана с предрасположенностью металла к образованию этого дефекта и характером кристаллизации, а другая — с возникнове­нием в процессе кристаллизации и остывания напряжений и де­формаций, способных разрушить металл на определенных стадиях кристаллизации. Эта группа причин носит конструктивно-техноло­гический характер и рассмотрена в специальной сварочной и ли­тейной литературе.
...
Причины предрасположенности металла к горячим трещинам могут быть рассмотрены вне связи с уровнем возникающих при остывании напряжений, если исходить из того, что при данном определенном уровне напряжений эта предрасположенность раз­ных сплавов к образованию трещин при кристаллизации различна.
...
Наличие склонности к образованию кристаллизационных тре­щин в значительной степени связано с характером диаграммы со­стояния рассматриваемых сплавов и со свойствами кристаллизу­ющихся фаз.
...
Механизм образования трещин при кристаллизации сводится к следующему. При охлаждении жидкого сплава по достижении температуры ликвидуса с определенным переохлаждением из него начинают выпадать кристаллы твердой фазы. По мере дальнейшего охлаждения объем, занимаемый кристаллитами, увеличивается, кристаллиты соединяются в каркас, заполненный оставшейся жидкостью. Как только образовался сплошной каркас, появилась опасность его разрушения возникающими при охлаждении уси­лиями усадки. Эта опасность разрушения усугубляется тем, что каркас твердого металла при условиях кристаллизации оказы­вается малопластичным, неспособным деформироваться под дей­ствием усадочных сил, и разрушается.
...
ница интервала хрупкости находится несколько ниже солидуса (нижняя пунктир­ная линия на рис. 33, //), поскольку горячие трещины могут образовываться в пол­ностью закристаллизовав­шемся металле, который, однако, при высоких темпе­ратурах остаетея еще мало­пластичным. Считают также, что появлению трещин при температурах несколько ниже солидуса способствуют раз­вивающиеся процессы поли-
...
тонизации в зернах, местное сосредоточение дефектов кристалличе­ского строения и появление в этих местах зародышей разрушения.
...
Горячие трещины являются межкристаллитными, разрушение проходит по границам первичных зерен. Разрушению способствует скопление в участках, затвердевающих последними, большого количества примесей. Степень такой межзеренной ликвационной неоднородности тем больше, чем медленнее охлаждается сплав. Однако даже в условиях кристаллизации сварочной ванны ликва-ционная межзеренная неоднородность может развиваться. Степень такой неоднородности для различных случаев сварки может ме­няться, поскольку она зависит от ряда технологических факторов (продолжительности пребывания металла шва при температурах в интервале кристаллизации, расстояния, на которые могут пере­меститься атомы разных элементов в твердой и жидкой фазах при соответствующих температурах и продолжительностях с учетом их взаимовлияния на скорости диффузии и пр.).
...
В то же время есть все основания считать, что эта неоднород­ность для большинства случаев сварки в жидком состоянии ре­альна. В сварочной ванне при мало отличающихся температурах на границе металл—шлак идут процессы удаления серы и фос­фора, окисления углерода, восстановления и перехода в металл кремния и марганца. Все эти процессы определяются теми же усло­виями перемещения атомов элементов в ванне жидкого металла, что и образование ликвационной неоднородности при кристаллизации. Поэтому можно считать реальным образование ликвационных меж-зеренных зон для тех же условий сварки плавлением, при которых за счет шлака, образуемого при помощи флюса или электродного покрытия, можно воздействовать на состав металла шва, а это имеет место в большинстве способов сварки плавлением.
...
Таким образом, наличие ликвационных зон по границам зерен может быть одной из металлургических причин склонности к кри­сталлизационным трещинам в связи с заметным ухудшением сопро­тивления разрушению и пластичности этих участков. Отрицатель-
...
ница интервала хрупкости находится несколько ниже солидуса (нижняя пунктир­ная линия на рис. 33, //), поскольку горячие трещины могут образовываться в пол­ностью закристаллизовав­шемся металле, который, однако, при высоких темпе­ратурах остаетея еще мало­пластичным. Считают также, что появлению трещин при температурах несколько ниже солидуса способствуют раз­вивающиеся процессы поли-
...
тонизации в зернах, местное сосредоточение дефектов кристалличе­ского строения и появление в этих местах зародышей разрушения.
...
Горячие трещины являются межкристаллитными, разрушение проходит по границам первичных зерен. Разрушению способствует скопление в участках, затвердевающих последними, большого количества примесей. Степень такой межзеренной ликвационной неоднородности тем больше, чем медленнее охлаждается сплав. Однако даже в условиях кристаллизации сварочной ванны ликва-ционная межзеренная неоднородность может развиваться. Степень такой неоднородности для различных случаев сварки может ме­няться, поскольку она зависит от ряда технологических факторов (продолжительности пребывания металла шва при температурах в интервале кристаллизации, расстояния, на которые могут пере­меститься атомы разных элементов в твердой и жидкой фазах при соответствующих температурах и продолжительностях с учетом их взаимовлияния на скорости диффузии и пр.).
...
В то же время есть все основания считать, что эта неоднород­ность для большинства случаев сварки в жидком состоянии ре­альна. В сварочной ванне при мало отличающихся температурах на границе металл—шлак идут процессы удаления серы и фос­фора, окисления углерода, восстановления и перехода в металл кремния и марганца. Все эти процессы определяются теми же усло­виями перемещения атомов элементов в ванне жидкого металла, что и образование ликвационной неоднородности при кристаллизации. Поэтому можно считать реальным образование ликвационных меж-зеренных зон для тех же условий сварки плавлением, при которых за счет шлака, образуемого при помощи флюса или электродного покрытия, можно воздействовать на состав металла шва, а это имеет место в большинстве способов сварки плавлением.
...
Таким образом, наличие ликвационных зон по границам зерен может быть одной из металлургических причин склонности к кри­сталлизационным трещинам в связи с заметным ухудшением сопро­тивления разрушению и пластичности этих участков. Отрицатель-
...
ная роль ликвационных зон на границах кристаллитов усугубляется тем, что они совпадают с местами наибольшей плот­ности несовершенств кристаллического строения металла.
...
На основании рассмотренного сле­дует, что чем шире интервал температур кристаллизации сплавов (см. рис. 25) и чем шире интервал концентраций, в котором происходит переход сплава из жидкого состояния в твердое, тем боль­ше должна быть склонность сплава к об­разованию кристаллизационных трещин.
...
Рис. 34. Изменение интервала температур ликвации Дгл (/), интервала концентраций ликва­ции ДС п
...
должна возрастать с увеличением раз­ницы в температуре плавления чистого компонента, составляющего основу сплава и температуры плавления эвтек­тики (см. рис. 27—29 и др.), а также
...
с увеличением содержани я растворенного элемента в растворителе при эвтектиче­ской концентрации (чем дальше точка «О» на диаграммах 27, /, 28, / от компонента, являющегося основой сплава). Таким образом, диаграммы состояния сравниваемых сплавов и положение на них конкретных рассматриваемых составов позволяют с определенным приближением судить об их сравнительной склонности к образова­нию кристаллизационных трещин. Для сплавов двух компонентов А и Б на
...
к их образованию должны также влиять обогащение границ зерен примесями и повышенная концентрация несовершенств кристал­лического строения. Однако роль плотности несовершенств в при­граничных участках зерен зависит от процессов, происходящих при температурах ниже солидуса.
...
Если на заметное перераспределение примесей при остывании после кристаллизации рассчитывать нельзя, то может произойти изменение в распределении дислокаций и образование вследствии этого новых границ субзерен; такая полигонизация оказывает и неблагоприятное влияние на склонность к горячим трещинам. Благоприятное влияние оказывает аллотропическое превраще­ние — образование новых зерен. При аллотропическом превраще­нии появление новой фазы ведет к изменению как природы, так и размеров зерен в сплавах чаще всего двух и более фаз аир
...
В связи с этим можно считать, что вторичная кристаллизация, связанная с полиморфным превращением, — фактор благоприят­ный для повышения стойкости против горячих трещин. Поэтому компоненты, имеющие полиморфное превращение и дающие диа­грамму состояния с перекристаллизацией в твердом состоянии, должны способствовать повышению стойкости против образования горячих трещин. Положительное влияние таких компонентов должно быть тем большим, чем ближе температура начала поли­морфного превращения к температуре солидуса.
...
Можно полагать, что двухфазные сплавы (две твердые фазы) должны быть менее склонны к образованию трещин в процессе кристаллизации и несколько ниже температуры затвердевания, чем сплавы, у которых в этих условиях имеется одна твердая фаза. Это­му должно способствовать различие в теплофизических свойствах, и в том числе в коэффициенте теплового расширения, определяю­щего величину усадки и внутренних напряжений, в кристаллографи­ческой ориентировке зерен с уменьшением возможности за счет этого скопления дислокаций и других несовершенств и в сопротивлении пластической деформации, когда одна из фаз становится буфером.
...
Образование химических соединений при кристаллизации (см. рис. 29—31) должно отрицательно влиять на склонность к образо­ванию кристаллизационных и горячих трещин. Такое влияние хи­мических соединений главным образом связано с тем,- что они чаще всего хрупки и малопластичны. Только в том случае, если хими­ческое соединение не является свободной фазой, а находится в виде твердого раствора (см. рис. 30), оно может не влиять отрицательно.
...
к их образованию должны также влиять обогащение границ зерен примесями и повышенная концентрация несовершенств кристал­лического строения. Однако роль плотности несовершенств в при­граничных участках зерен зависит от процессов, происходящих при температурах ниже солидуса.
...
Если на заметное перераспределение примесей при остывании после кристаллизации рассчитывать нельзя, то может произойти изменение в распределении дислокаций и образование вследствии этого новых границ субзерен; такая полигонизация оказывает и неблагоприятное влияние на склонность к горячим трещинам. Благоприятное влияние оказывает аллотропическое превраще­ние — образование новых зерен. При аллотропическом превраще­нии появление новой фазы ведет к изменению как природы, так и размеров зерен в сплавах чаще всего двух и более фаз аир
...
В связи с этим можно считать, что вторичная кристаллизация, связанная с полиморфным превращением, — фактор благоприят­ный для повышения стойкости против горячих трещин. Поэтому компоненты, имеющие полиморфное превращение и дающие диа­грамму состояния с перекристаллизацией в твердом состоянии, должны способствовать повышению стойкости против образования горячих трещин. Положительное влияние таких компонентов должно быть тем большим, чем ближе температура начала поли­морфного превращения к температуре солидуса.
...
Можно полагать, что двухфазные сплавы (две твердые фазы) должны быть менее склонны к образованию трещин в процессе кристаллизации и несколько ниже температуры затвердевания, чем сплавы, у которых в этих условиях имеется одна твердая фаза. Это­му должно способствовать различие в теплофизических свойствах, и в том числе в коэффициенте теплового расширения, определяю­щего величину усадки и внутренних напряжений, в кристаллографи­ческой ориентировке зерен с уменьшением возможности за счет этого скопления дислокаций и других несовершенств и в сопротивлении пластической деформации, когда одна из фаз становится буфером.
...
Образование химических соединений при кристаллизации (см. рис. 29—31) должно отрицательно влиять на склонность к образо­ванию кристаллизационных и горячих трещин. Такое влияние хи­мических соединений главным образом связано с тем,- что они чаще всего хрупки и малопластичны. Только в том случае, если хими­ческое соединение не является свободной фазой, а находится в виде твердого раствора (см. рис. 30), оно может не влиять отрицательно.
...
Диффузия в металлах и сплавах — это элементарные процессы перемещения атомов кристаллического вещества на расстояние больше параметра кристаллической решетки.
...
Наиболее вероятный механизм диффузии связан с перемещением атомов по незанятым узловым положениям — вакансиям (рис. 35, а)
...
Как самодиффузия, так и гетеродиффузия имеют большое значение для большинства процессов изменения состояния метал­лов, оказывающих влияние на свойства. 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 при закалке мартенсита, считающееся бездиффузионным пре­вращением, зависит от однородности твердого раствора перед за­калкой, определяемого диффузией растворенных элементов.
...
Очень большое значение процессы диффузии имеют при раз­личных видах сварки. При сварке давлением в твердой фазе диффу­зия является основным процессом, определяющим рекристаллиза­цию и улучшение свойств сварного соединения после установле­ния связи между свариваемыми активированными поверхностями. При сварке плавлением процессы диффузии влияют на степень химической и механической неоднородности металла шва и свар­ного соединения. Особенно большое значение процессы гетеродиф-фузии 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.
...
Диффузия в металлах и сплавах — это элементарные процессы перемещения атомов кристаллического вещества на расстояние больше параметра кристаллической решетки.
...
Основной параметр диффузии — скорость переноса массы пере­мещающегося элемента, металла через единицу площади сечения за единицу времени. В общем виде основным стимулом перемеще­ния растворенного вещества служит разность его концентраций в соседних объемах и стремление к равномерному, равновесному распределению. В этом случае масса перемещающегося вещества М
...
Выражение (1) характеризует первый закон диффузии (1-й за­кон Фика), связывающий массоперенос с перепадом концентрации диффундирующего элемента. Коэффициент диффузии В
...
По мере протекания процесса диффузии разность концентраций растворенного, диффундирующего вещества уменьшается и ме­няется градиент концентрации йс!йх.
...
Энергия активации диффузии различных элементов, дающих растворы внедрения в а-железе [24]
...
Для сварных соединений важно, что по границам зерен диф­фузионные процессы идут активнее, чем по телу зерна. Связано это с большей плотностью несовершенств кристаллического строения по границам зерен. Сосредоточение за счет этого по границам зерен различного рода примесей и, прежде всего, углерода, водорода и серы определяет возможность значительного изменения свойств этих зон, поведения их при деформации и разрушении. Состояние границ зерен для сварных соединений имеет большее значение, чем для свариваемого металла в связи с наличием крупных литых кри­сталлитов в металле шва и выросшего зерна в околошовной зоне.
...
Поскольку процесс диффузии связан с энергетическими харак­теристиками взаимодействия диффундирующего атома с решеткой растворителя, большое влияние на процесс оказывает температура и состояние решетки растворителя — наличие в ней инородных атомов — атомов легирующих элементов. Таким образом, скорость диффузии какого-либо элемента в легированной'стали зависит от характера и степени ее легирования. Несомненно имеет значение и концентрация атомов диффундирующего элемента.
...
Зависимость скорости диффузии от температуры — степенная и для перемещения атомов углерода в а—Ре может быть проиллю­стрирована графиком на рис. 36. Влияние легирования а—Ре на коэффициент диффузии углерода при температуре 700° С показано на рис. 37.
...
Рассмотренные закономерности диффузии относились к случаю перемещения растворенных атомов в однородном твердом растворе при наличии градиента их концентрации, когда два элемента (растворитель и растворенный) характеризовались диаграммой
...
Для сварных соединений важно, что по границам зерен диф­фузионные процессы идут активнее, чем по телу зерна. Связано это с большей плотностью несовершенств кристаллического строения по границам зерен. Сосредоточение за счет этого по границам зерен различного рода примесей и, прежде всего, углерода, водорода и серы определяет возможность значительного изменения свойств этих зон, поведения их при деформации и разрушении. Состояние границ зерен для сварных соединений имеет большее значение, чем для свариваемого металла в связи с наличием крупных литых кри­сталлитов в металле шва и выросшего зерна в околошовной зоне.
...
Поскольку процесс диффузии связан с энергетическими харак­теристиками взаимодействия диффундирующего атома с решеткой растворителя, большое влияние на процесс оказывает температура и состояние решетки растворителя — наличие в ней инородных атомов — атомов легирующих элементов. Таким образом, скорость диффузии какого-либо элемента в легированной'стали зависит от характера и степени ее легирования. Несомненно имеет значение и концентрация атомов диффундирующего элемента.
...
Зависимость скорости диффузии от температуры — степенная и для перемещения атомов углерода в а—Ре может быть проиллю­стрирована графиком на рис. 36. Влияние легирования а—Ре на коэффициент диффузии углерода при температуре 700° С показано на рис. 37.
...
Рис. 38. Распределение концентрации диффундирующего элемента в сварных соединениях металлов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии — / и со сложными превращениями в твердом состоянии — //
...
Рис. 39. Образование обезуглероженной и науглероженной зон в сварном соеди­нении в связи с диффузией углерода, вызванной разницей в термодинамической активности его в сваренных сталях
...
термодинамическую активность атомов углерода к перемещению в участки, не содержащие атомов этого легирующего элемента. К элементам, увеличивающим термодинамическую актив­ность углерода в железе, относятся, например, кремний и никель.
...
Количество вещества, перемещающегося в связи с разностью его термодинамической активности в растворе, определяется выра­жением
...
Рис. 39. Образование обезуглероженной и науглероженной зон в сварном соеди­нении в связи с диффузией углерода, вызванной разницей в термодинамической активности его в сваренных сталях
...
термодинамическую активность атомов углерода к перемещению в участки, не содержащие атомов этого легирующего элемента. К элементам, увеличивающим термодинамическую актив­ность углерода в железе, относятся, например, кремний и никель.
...
чение для рекристалли­зации металла, подверг­шегося деформации в процессе сварки, для химической неоднород­ности в различных уча­стках зоны сварки и для проникновения в зону сварного шва водорода.
...
Рекристалл и з а ци я, во многом определя­ющая свойства сварных соединений при сварке давлением в твердом состоянии, связана с
...
зии атомов металла, представляющего ос­нову сплава (для стали — с самодиффузией железа). Ускорить процесс рекристаллизации способны повышение температуры и определенная степень деформации. Сама рекристаллизация в мо­мент ее протекания ускоряет диффузионную подвижность атомов.
...
Существо диффузионной подвижности атомов примесей для из­менения химической неоднородности в сварном соединении сво­дится к диффузионному выравниванию при нагреве неравномерно распределившихся при кристаллизации сварочной ванны приме­сей. При этом имеет значение как коэффициент диффузии примеси в основе — растворителе при данной температуре, так и взаимо­влияние на диффузию содержащихся в сплаве элементов. Рассма­тривая общие закономерности диффузии, следует отметить роль деформации. Упругая деформация при растяжении, изменяя меж­атомные расстояния, ускоряет диффузию. Считают, что и пластиче­ская деформация, изменяя плотность несовершенств кристалличе­ского строения, влияет на диффузионную" подвижность растворен­ных атомов.
...
Несколько подробнее следует остановиться на значении диф­фузии водорода в сплавы, и особенно в сварные соединения. Как видно из табл. 7, водород-имеет наименьший атомный размер и спо­собен быстрее всех других элементов проникать в кристаллические решетки металлов и перемещаться в их решетках. Это наглядно видно на примере диффузии водорода в железе по тому, что водо­род имеет самую низкую энергию активации диффузии. Столь большая подвижность водорода и малый атомный размер приводят к тому, что в металл быстро проникает и растворяется большое ко­личество водорода. На рис. 41, по данным Л. С. Мороза и Б. Б. Че­чулина, приведена температурная зависимость растворимости водорода в некоторых металлах.
...
чение для рекристалли­зации металла, подверг­шегося деформации в процессе сварки, для химической неоднород­ности в различных уча­стках зоны сварки и для проникновения в зону сварного шва водорода.
...
Рекристалл и з а ци я, во многом определя­ющая свойства сварных соединений при сварке давлением в твердом состоянии, связана с
...
Рис. 41. Температурная зависимость растворимости водорода в Ие, Со, Си,] N1, Р1,
...
На многие свойства Технических металлов, таких Например, как сталь и сплавы титана, водород оказывает вредное влияние. Водород способен сильно увеличивать хрупкость и хладноломкость, склонность к замедленному разрушению, а тем самым, к образо­ванию холодных трещин в сварных соединениях. При повышенных температурах водород вызывает обезуглероживание стали, раз­лагая карбид железа (Ре3С + 4Н = ЗРе + СН4). В реакцию при этом вступает диффундирующий или- растворенный атомарный водород. При обезуглероживании понижается прочность стали, а образующийся метан создает в микро- и макропу­стотах высокое давление, способствуя появлению очагов разру­шения.
...
Хотя механизм вредного влияния водорода на свойства сталей и других металлов изучали многие исследователи, существо явле­ния до сих пор нельзя признать полностью ясным. Водород в стали образует раствор внедрения. Атомы внедрения, скапливаясь около несовершенств кристаллического строения — дислокаций, умень­шают их подвижность, способствуют их скоплению и тем самым с одной стороны, уменьшают способность металла к общей и ло­кальной пластической деформации, а с другой — способствуют образованию зародышевых трещин в местах скопления дислокаций. Активность проявления такого охрупчивающего действия водо­рода увеличивается при наличии других факторов, благоприят­ствующих хрупкому разрушению — низкой температуры, скоро­сти нагружения, сложно-напряженного состояния, наличия кон­центраторов напряжений.
...
Отмечается и другое вредное влияние водорода в металлах. Атомы водорода, быстро проникая в металл и попадая в микро- и макропустоты — поры, несплошности в виде плен и закатов, зоны строчечных неметаллических включений — ассоциируют там в мо­лекулы. Молекула не способна к дальнейшему перемещению. Та­ким образом, скапливаясь в пустотах, молекулы водорода создают местные, очень высокие давления, приводящие к вздутию металла, сильному расслоению и образованию трещин.
...
Водород может оказывать большое влияние на свойства свар­ных соединений. При дуговых методах сварки плавлением имеются разные источники попадания водорода в металл шва: влага из электродных покрытий и флюсов, органические состовляющие электродных покрытий, окалина на кромках свариваемого ме­талла и электродной проволоке и т. п. Поэтому металл шва часто содержит значительные количества водорода, превышающие коли­чество водорода в свариваемом металле. Содержание водорода в металле шва сталей доходит до 30 см3/100 г, в то время, как в де­формированной стали оно обычно не превышает 8—10 см3/100 г. Повышенному количеству водорода в металле сварного шва спо­собствует его меньшая плотность — наличие большего количества пор. В то же время, при надлежащих мерах предосторожности — просушке электродов и флюсов, очистке проволоки и кромок,
...
На многие свойства Технических металлов, таких Например, как сталь и сплавы титана, водород оказывает вредное влияние. Водород способен сильно увеличивать хрупкость и хладноломкость, склонность к замедленному разрушению, а тем самым, к образо­ванию холодных трещин в сварных соединениях. При повышенных температурах водород вызывает обезуглероживание стали, раз­лагая карбид железа (Ре3С + 4Н = ЗРе + СН4). В реакцию при этом вступает диффундирующий или- растворенный атомарный водород. При обезуглероживании понижается прочность стали, а образующийся метан создает в микро- и макропу­стотах высокое давление, способствуя появлению очагов разру­шения.
...
Хотя механизм вредного влияния водорода на свойства сталей и других металлов изучали многие исследователи, существо явле­ния до сих пор нельзя признать полностью ясным. Водород в стали образует раствор внедрения. Атомы внедрения, скапливаясь около несовершенств кристаллического строения — дислокаций, умень­шают их подвижность, способствуют их скоплению и тем самым с одной стороны, уменьшают способность металла к общей и ло­кальной пластической деформации, а с другой — способствуют образованию зародышевых трещин в местах скопления дислокаций. Активность проявления такого охрупчивающего действия водо­рода увеличивается при наличии других факторов, благоприят­ствующих хрупкому разрушению — низкой температуры, скоро­сти нагружения, сложно-напряженного состояния, наличия кон­центраторов напряжений.
...
Отмечается и другое вредное влияние водорода в металлах. Атомы водорода, быстро проникая в металл и попадая в микро- и макропустоты — поры, несплошности в виде плен и закатов, зоны строчечных неметаллических включений — ассоциируют там в мо­лекулы. Молекула не способна к дальнейшему перемещению. Та­ким образом, скапливаясь в пустотах, молекулы водорода создают местные, очень высокие давления, приводящие к вздутию металла, сильному расслоению и образованию трещин.
...
Водород может оказывать большое влияние на свойства свар­ных соединений. При дуговых методах сварки плавлением имеются разные источники попадания водорода в металл шва: влага из электродных покрытий и флюсов, органические состовляющие электродных покрытий, окалина на кромках свариваемого ме­талла и электродной проволоке и т. п. Поэтому металл шва часто содержит значительные количества водорода, превышающие коли­чество водорода в свариваемом металле. Содержание водорода в металле шва сталей доходит до 30 см3/100 г, в то время, как в де­формированной стали оно обычно не превышает 8—10 см3/100 г. Повышенному количеству водорода в металле сварного шва спо­собствует его меньшая плотность — наличие большего количества пор. В то же время, при надлежащих мерах предосторожности — просушке электродов и флюсов, очистке проволоки и кромок,
...
На многие свойства Технических металлов, таких Например, как сталь и сплавы титана, водород оказывает вредное влияние. Водород способен сильно увеличивать хрупкость и хладноломкость, склонность к замедленному разрушению, а тем самым, к образо­ванию холодных трещин в сварных соединениях. При повышенных температурах водород вызывает обезуглероживание стали, раз­лагая карбид железа (Ре3С + 4Н = ЗРе + СН4). В реакцию при этом вступает диффундирующий или- растворенный атомарный водород. При обезуглероживании понижается прочность стали, а образующийся метан создает в микро- и макропу­стотах высокое давление, способствуя появлению очагов разру­шения.
...
Хотя механизм вредного влияния водорода на свойства сталей и других металлов изучали многие исследователи, существо явле­ния до сих пор нельзя признать полностью ясным. Водород в стали образует раствор внедрения. Атомы внедрения, скапливаясь около несовершенств кристаллического строения — дислокаций, умень­шают их подвижность, способствуют их скоплению и тем самым с одной стороны, уменьшают способность металла к общей и ло­кальной пластической деформации, а с другой — способствуют образованию зародышевых трещин в местах скопления дислокаций. Активность проявления такого охрупчивающего действия водо­рода увеличивается при наличии других факторов, благоприят­ствующих хрупкому разрушению — низкой температуры, скоро­сти нагружения, сложно-напряженного состояния, наличия кон­центраторов напряжений.
...
Отмечается и другое вредное влияние водорода в металлах. Атомы водорода, быстро проникая в металл и попадая в микро- и макропустоты — поры, несплошности в виде плен и закатов, зоны строчечных неметаллических включений — ассоциируют там в мо­лекулы. Молекула не способна к дальнейшему перемещению. Та­ким образом, скапливаясь в пустотах, молекулы водорода создают местные, очень высокие давления, приводящие к вздутию металла, сильному расслоению и образованию трещин.
...
Высокая скорость диффузии водорода способствует обогащению водородом околошовной зоны в процессе сварки стали. С одной стороны, это может вызываться перемещением водорода из сва­риваемой стали в околошовную зону, где в связи с повышением температуры значительно увеличивается растворимость водорода. С другой стороны, водород поступает в околошовную зону из ме­талла шва, если его там содержится больше, чем в свариваемой стали. Обогащение околошовпой зоны водородом повышает ее хрупкость и снижает способность к локальной пластической дефор­мации. Поэтому водород способствует повышению склонности к образованию холодных трещин.
...
Высокая скорость диффузии водорода способствует обогащению водородом околошовной зоны в процессе сварки стали. С одной стороны, это может вызываться перемещением водорода из сва­риваемой стали в околошовную зону, где в связи с повышением температуры значительно увеличивается растворимость водорода. С другой стороны, водород поступает в околошовную зону из ме­талла шва, если его там содержится больше, чем в свариваемой стали. Обогащение околошовпой зоны водородом повышает ее хрупкость и снижает способность к локальной пластической дефор­мации. Поэтому водород способствует повышению склонности к образованию холодных трещин.
...
Высокая скорость диффузии водорода способствует обогащению водородом околошовной зоны в процессе сварки стали. С одной стороны, это может вызываться перемещением водорода из сва­риваемой стали в околошовную зону, где в связи с повышением температуры значительно увеличивается растворимость водорода. С другой стороны, водород поступает в околошовную зону из ме­талла шва, если его там содержится больше, чем в свариваемой стали. Обогащение околошовпой зоны водородом повышает ее хрупкость и снижает способность к локальной пластической дефор­мации. Поэтому водород способствует повышению склонности к образованию холодных трещин.
...
Высокая скорость диффузии водорода способствует обогащению водородом околошовной зоны в процессе сварки стали. С одной стороны, это может вызываться перемещением водорода из сва­риваемой стали в околошовную зону, где в связи с повышением температуры значительно увеличивается растворимость водорода. С другой стороны, водород поступает в околошовную зону из ме­талла шва, если его там содержится больше, чем в свариваемой стали. Обогащение околошовпой зоны водородом повышает ее хрупкость и снижает способность к локальной пластической дефор­мации. Поэтому водород способствует повышению склонности к образованию холодных трещин.
...
Высокая скорость диффузии водорода способствует обогащению водородом околошовной зоны в процессе сварки стали. С одной стороны, это может вызываться перемещением водорода из сва­риваемой стали в околошовную зону, где в связи с повышением температуры значительно увеличивается растворимость водорода. С другой стороны, водород поступает в околошовную зону из ме­талла шва, если его там содержится больше, чем в свариваемой стали. Обогащение околошовпой зоны водородом повышает ее хрупкость и снижает способность к локальной пластической дефор­мации. Поэтому водород способствует повышению склонности к образованию холодных трещин.
...
Упругая и пластическая деформация металла в зоне сварных соединений, связанная с локальным нагревом при сварке плавле­нием, и, тем более, деформация металла при сварке давлением ока­зывают в ряде случаев решающее влияние на формирование каче­ственного сварного соединения. Не меньшее значение, особенно для сварных соединений, выполненных сваркой давлением, имеют процессы, происходящие при нагреве деформированного металла. Эти процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации про­текают чаще всего одновременно с нагревом при сварке. Однако в связи с градиентом температур в зоне сварного соединения раз­витие их в разных участках может оказаться различным. Иногда степень пластической деформации и сопровождающее ее упрочне­ние оказываются предельными, и деформация заканчивается раз­рушением. Не меньшее значение имеют остаточные напряжения в сварном соединении, которые способны привести к появлению трещин и разрушению.
...
Для оценки значения деформации и рекристаллизации при фор­мировании сварных соединений необходимо рассмотреть природу и существо этих процессов и их влияние на состояние и свойства металла.
...
В любом случае деформация — упругое или остаточное (пла­стическое) формоизменение металлического тела может происхо­дить под влиянием внешних сил. При упругой деформации после устранения этой внешней силы форма и размеры металлического изделия восстанавливаются, при пластической деформации после устранения силы форма и размеры изделия остаются измененными. При циклическом воздействии нагрузки даже в области упругой деформации может иметь место небольшое остаточное формоизме­нение в связи с неупругим поведением поликристаллического ве­щества. С таким явлением неупругости в ряде случаев приходится считаться.
...
Упругая и пластическая деформация металла в зоне сварных соединений, связанная с локальным нагревом при сварке плавле­нием, и, тем более, деформация металла при сварке давлением ока­зывают в ряде случаев решающее влияние на формирование каче­ственного сварного соединения. Не меньшее значение, особенно для сварных соединений, выполненных сваркой давлением, имеют процессы, происходящие при нагреве деформированного металла. Эти процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации про­текают чаще всего одновременно с нагревом при сварке. Однако в связи с градиентом температур в зоне сварного соединения раз­витие их в разных участках может оказаться различным. Иногда степень пластической деформации и сопровождающее ее упрочне­ние оказываются предельными, и деформация заканчивается раз­рушением. Не меньшее значение имеют остаточные напряжения в сварном соединении, которые способны привести к появлению трещин и разрушению.
...
Для оценки значения деформации и рекристаллизации при фор­мировании сварных соединений необходимо рассмотреть природу и существо этих процессов и их влияние на состояние и свойства металла.
...
Рис. 42. / — упругая деформация тела под влиянием различно ориен­тированных внешних усилий: // — упругая и пластическая деформа­ции атомной кристаллической решетки: /// — разложение случайно ориентированного к поверхности напряжения а на две определенные составляющие — нормальную а
...
тора действующего усилия может вызываться напряжением с лю­бой ориентацией к поверхности металлического тела или к располо­жению атомных плоскостей в кристаллах (рис. 42, /, а, б, в,
...
Такое касательное усилие или напряжение обязательно возни­кает в любом кристалле как составляющая т произвольно ориенти­рованного напряжения сг, при этом вектор другой составляющей ан
...
Таким образом, любой кристаллит (зерно) в пределах нагруженного внешней силой металлического изделия, независимо от ори­ентации его атомных плоскостей по отноше­нию к вектору внешней силы, испытывает нормальные и касательные напряжения по направлениям, перпендикулярным плоско­стям сдвига 0Н,
...
Рис. 43. Характер изме­нения процента упруго-деформированных (2) и пластически деформиро­ванных зерен (/) в ме­талле, остающихся после нагружения до разного уровня напряжений
...
дающим с направлением сдвига т. Однако различная ориентация кристаллов реаль­ного поликристаллического металла по отно­шению к внешней силе приведет к тому, что
...
в отдельных зернах составляющие а„ и т будут различными по величине, что обусловит неодинаковую степень упругой деформации в разных направ­лениях и вероятность появления сдвигов — пластической дефор­мации только отдельных кристаллитов, у которых составляющая т будет наибольшей и способной вызвать сдвиг.
...
При прекращении воздействия внешней -силы упругодеформи-рованные кристаллиты будут стремиться приобрести прежнюю форму и размеры. Однако этому могут мешать те прилегающие к ним кристаллиты, которые под влиянием составляющих т пре­терпели пластическую деформацию и изменили размеры и форму. Таким образом, в металле, подвергшемся временному силовому воздействию, которое вызвало макроупругую деформацию, про­изойдет местная пластическая деформация отдельных кристалли­тов, в силу чего в других соседних кристаллитах сохранятся упру­гие искажения и упругие остаточные напряжения.
...
Чем выше уровень временной нагрузки (чем он ближе к пре--делу текучести металла), тем большее число кристаллитов подвер­гается пластической деформации и тем больше величина пластиче­ской деформации отдельных кристаллитов. При этом, естественно, увеличивается число кристаллитов с остаточной упругой деформа­цией и степень их упругой деформации. Однако при нагрузках, близких к пределу текучести, быстро растет число кристаллитов, вовлеченных в пластическую деформацию, и поэтому, естественно, уменьшается число кристаллитов с упругой деформацией (рис. 43).
...
Рассмотренные явления имеют значение при формировании сварных соединений. При сварке плавлением, а также давлением с нагревом свариваемых кромок локальный нагрев зоны сварного соединения приводит к тому, что после завершения кристаллиза­ции температура распределяется согласно графику на рис. 44, //. При этом зона сварного шва или стыка при сварке давлением / (рис. 44, /) и примыкающие небольшие участки основного металла 2
...
Сразу после завершения кристал­лизации, когда распределение тем­ператур соответствует графику на рис. 44, //, внутренние напряжения могут возникнуть только между хо­лодным основным металлом 4
...
Рис. 44. Распределение температур после завершения кристаллизации и внутренних напряжений в различ­ных зонах сварного соединения
...
И сварной шов и основной металл поликристаллические. Раз-ориентировка кристаллитов в основном металле должна быть боль­шей, чем в металле шва, так как сварке подвергаются, как правило, изделия из металла, прошедшего сложный цикл обработки давле­нием (прокаткой, ковкой и пр.). Металл шва при сварке плавлением является местом, в котором направленность кристаллического строения более выражена (см. рис. 20—22). В соответствии с этим, можно ожидать, что под влиянием упругой, деформации отдельные пластически деформированные кристаллиты в околошовной зоне основного металла равномернее распределятся по объему, чем в металле шва, и их влияние на свойства околошовных зон будет меньшим, чем влияние пластически деформированных кристалли­тов на свойства металла шва.
...
Следует рассмотреть, как меняются свойства пластически де­формированных кристаллитов и какое еще значение имеет пласти­ческая деформация при сварке.
...
Механизм пластической деформации связывают с перемещением несовершенств кристаллического строения металлов и прежде всего дислокаций (см. рис. И). Однако перемещение дислокаций происходит не беспрепятственно, а связано с задержкой их у раз­личных препятствий. Этими препятствиями могут быть энергети­ческие узлы на пересечении с перпендикулярно или под углом расположенной дислокацией, точечные дефекты с сосредоточением атомов внедрения, различные дисперсные выделения и пр. Встре­чаясь с дефектом, дислокация обходит его, оставляя на нем дисло­кационную петлю, которая, естественно, увеличивает сопротивле­ние движению последующих дислокаций (рис. 45). Увеличение со­противления движению последующих дислокаций требует увели­чения усилия для их продвижения.
...
И сварной шов и основной металл поликристаллические. Раз-ориентировка кристаллитов в основном металле должна быть боль­шей, чем в металле шва, так как сварке подвергаются, как правило, изделия из металла, прошедшего сложный цикл обработки давле­нием (прокаткой, ковкой и пр.). Металл шва при сварке плавлением является местом, в котором направленность кристаллического строения более выражена (см. рис. 20—22). В соответствии с этим, можно ожидать, что под влиянием упругой, деформации отдельные пластически деформированные кристаллиты в околошовной зоне основного металла равномернее распределятся по объему, чем в металле шва, и их влияние на свойства околошовных зон будет меньшим, чем влияние пластически деформированных кристалли­тов на свойства металла шва.
...
Следует рассмотреть, как меняются свойства пластически де­формированных кристаллитов и какое еще значение имеет пласти­ческая деформация при сварке.
...
Механизм пластической деформации связывают с перемещением несовершенств кристаллического строения металлов и прежде всего дислокаций (см. рис. И). Однако перемещение дислокаций происходит не беспрепятственно, а связано с задержкой их у раз­личных препятствий. Этими препятствиями могут быть энергети­ческие узлы на пересечении с перпендикулярно или под углом расположенной дислокацией, точечные дефекты с сосредоточением атомов внедрения, различные дисперсные выделения и пр. Встре­чаясь с дефектом, дислокация обходит его, оставляя на нем дисло­кационную петлю, которая, естественно, увеличивает сопротивле­ние движению последующих дислокаций (рис. 45). Увеличение со­противления движению последующих дислокаций требует увели­чения усилия для их продвижения.
...
усилие, необходимое для дальнейшего их продвижения, для даль­нейшей пластической деформации, т. е. металл с увеличением сте­пени пластической деформации упрочняется. Эффект упрочнения при увеличении степени пластической деформации хорошо виден на диаграмме истинных напряжений (рис. 46), построенной в коор­динатах е — относительная деформация аи — истинное напряже­ние (частное от деления нагрузки на величину площади попереч­ного сечения металла, соответствующей данной величине нагрузки). В области пластических деформаций (участок а—б) усилие деформи­рования растет от сгт (предела текучести), отвечающего началу пла­стического течения е0 до вр
...
Таким образом, накопление металлом в целом или отдельными кристаллитами пластической деформации приближает стадию разрушения. Это обстоятельство относится и к пластической дефор­мации отдельных кристаллитов при общей упругой деформации. После сварки в связи с высоким уровнем остаточных напряжений в отдельных кристаллитах основного металла вблизи сварного шва (сварного стыка), и особенно в сварном шве, имеются кристаллиты с различной степенью пластической деформации. При нагружении сварной конструкции внешними силами эти пластически деформи­рованные кристаллиты первыми дойдут до предельной величины деформации б
...
шеткй отдельных зерен в связи с затор­моженными сдвигами, (упругое искаже­ние кристаллической решетки также ведет к упрочнению) и поворот кри­сталлитов плоскостями сдвига в соот­ветствии с направлением действия внешней касательной силы. Поворот кристаллитов (образование текстуры) приводит к потере металлом анизотро­пии свойств.
...
Все три процесса, имеющие место при пластической деформации, повы­шают свободную энергию металла. Повышенный запас свободной энергии
...
условливает его активацию, он термо­динамически становится менее устой­чивым и стремится перейти в более устойчивое состояние с пони­женной свободной энергией. Объем и поверхность такого металла имеют больше активных центров. Поэтому свежедеформированные поверхности легче соединяются между собой, образуя неразъем­ное сварное соединение. Это обстоятельство используют при сварке в твердом состоянии. При сварке давлением в твердом состоянии сдавливание свариваемых поверхностей приводит к деформации приповерхностных зон, что обеспечивает, во-первых, смятие неров­ностей и увеличение площади контакта между свариваемыми по­верхностями, а, во-вторых, образование на свариваемых поверхно­стях активных центров. В этих участках в первую очередь возни­кают обменные электронные реакции и устанавливается металли­ческая связь.
...
Процессы, приводящие при холодной пластической деформации к упрочнению, вызывают одновременно снижение пластичности. Из рис. 47 видно, что при предельной степени деформации ер пре­дел текучести металла становится равным временному сопротив­лению, и относительное удлинение снижается до нуля. Внимания заслуживает то обстоятельство, что при деформации темп повыше­ния предела текучести выше темпа повышения временного сопро­тивления.
...
Таким образом, металл в зоне сварного соединения, выпол­ненного свар'кой плавлением и сваркой давлением, по сравнению с основным свариваемым металлом находится в менее термодинами­чески устойчивом состоянии. Эта повышенная термодинамическая неустойчивость (повышенная свободная энергия) связана с тем, что упругопластические преобразования в процессе охлаждения при­водят к возникновению высокого уровня остаточных сварочных напряжений, неизбежно вызывающих в отдельных кристаллитах сдвиговую деформацию, а в остальных — упругие искажения. Такое состояние металла сварных соединений делает его более пред-
...
шеткй отдельных зерен в связи с затор­моженными сдвигами, (упругое искаже­ние кристаллической решетки также ведет к упрочнению) и поворот кри­сталлитов плоскостями сдвига в соот­ветствии с направлением действия внешней касательной силы. Поворот кристаллитов (образование текстуры) приводит к потере металлом анизотро­пии свойств.
...
Все три процесса, имеющие место при пластической деформации, повы­шают свободную энергию металла. Повышенный запас свободной энергии
...
условливает его активацию, он термо­динамически становится менее устой­чивым и стремится перейти в более устойчивое состояние с пони­женной свободной энергией. Объем и поверхность такого металла имеют больше активных центров. Поэтому свежедеформированные поверхности легче соединяются между собой, образуя неразъем­ное сварное соединение. Это обстоятельство используют при сварке в твердом состоянии. При сварке давлением в твердом состоянии сдавливание свариваемых поверхностей приводит к деформации приповерхностных зон, что обеспечивает, во-первых, смятие неров­ностей и увеличение площади контакта между свариваемыми по­верхностями, а, во-вторых, образование на свариваемых поверхно­стях активных центров. В этих участках в первую очередь возни­кают обменные электронные реакции и устанавливается металли­ческая связь.
...
Процессы, приводящие при холодной пластической деформации к упрочнению, вызывают одновременно снижение пластичности. Из рис. 47 видно, что при предельной степени деформации ер пре­дел текучести металла становится равным временному сопротив­лению, и относительное удлинение снижается до нуля. Внимания заслуживает то обстоятельство, что при деформации темп повыше­ния предела текучести выше темпа повышения временного сопро­тивления.
...




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