Главная


Металловедение сварки стали и сплавов титана




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 19 ... 57 ... 95 ... 133 ... 171 ... 209 ... 247 ... 285 ... 323 ... 336
190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227


скачать книгу Металловедение сварки стали и сплавов титана




Рис. 111. Диаграмма анизотермического превращения технического титана BTI, содержащего 0,0075% Н. Термические циклы: нагрев со скоростью 200 град/сек
...
Рис. 111. Диаграмма анизотермического превращения технического титана BTI, содержащего 0,0075% Н. Термические циклы: нагрев со скоростью 200 град/сек
...
и а") на фоне остаточной В-фазы, количество которой с увеличением ско­рости охлаждения возрастает (см. светлые поля на рис. 117, а и б). У сплава ВТ14 количество В-фазы больше, чем у сплава ВТб-С.
...
Характерным для диаграмм типа I и II является изменение темпера­туры В —>■ а'-превращения по S-образной кривой. В определенном интер­вале скоростей охлаждения происходит резкое ступенчатое снижение температуры начала и конца превращения. Это явление обусловлено неравномерным распределением кислорода и азота в В-фазе после завер­шения а В-превращения при быстром нагреве и зависимостью процесса гомогенизации В-фазы от скорости последующего охлаждения. С увеличе­нием скорости охлаждения выравнивание неоднородности распределения этих газов в В-твердом растворе заметно затрудняется, и, начиная с не­которого «критического» значения скорости охлаждения, происходит резкое смещение интервала В —> а'-превращения в область более низких температур. Чем выше в сплавах содержание элементов, способных за­труднять диффузию кислорода и азота в В-фазе, тем меньше эти «крити­ческие» скорости охлаждения. В техническом титане и его а-сплавах по­нижение температуры превращения происходит почти скачкообразно в узком интервале скоростей охлаждения (ВТ1 — 375—350; сплав с 3,7% А1 — 310—280; ВТ5-1 — 185—165 град/сек),
...
Как видно из диаграмм рис. 114 на примере сплава ВТ5-1, чем выше содержание кислорода и азота, тем менее резкое влияние оказывает ско­рость охлаждения на снижение температуры В —> а'-превращения. Это обусловлено существенным ускорением превращения в присутствии боль­ших количеств кислорода и азота. В этом а-сплаве увеличение содержания кислорода от 0,1—0,15 до 0,3—0,35% приводит к повышению «критиче­ских» скоростей охлаждения от 80—130 до 175—185 град/сек
...
и а") на фоне остаточной В-фазы, количество которой с увеличением ско­рости охлаждения возрастает (см. светлые поля на рис. 117, а и б). У сплава ВТ14 количество В-фазы больше, чем у сплава ВТб-С.
...
Характерным для диаграмм типа I и II является изменение темпера­туры В —>■ а'-превращения по S-образной кривой. В определенном интер­вале скоростей охлаждения происходит резкое ступенчатое снижение температуры начала и конца превращения. Это явление обусловлено неравномерным распределением кислорода и азота в В-фазе после завер­шения а В-превращения при быстром нагреве и зависимостью процесса гомогенизации В-фазы от скорости последующего охлаждения. С увеличе­нием скорости охлаждения выравнивание неоднородности распределения этих газов в В-твердом растворе заметно затрудняется, и, начиная с не­которого «критического» значения скорости охлаждения, происходит резкое смещение интервала В —> а'-превращения в область более низких температур. Чем выше в сплавах содержание элементов, способных за­труднять диффузию кислорода и азота в В-фазе, тем меньше эти «крити­ческие» скорости охлаждения. В техническом титане и его а-сплавах по­нижение температуры превращения происходит почти скачкообразно в узком интервале скоростей охлаждения (ВТ1 — 375—350; сплав с 3,7% А1 — 310—280; ВТ5-1 — 185—165 град/сек),
...
Рис. 114. Диаграмма анизотермического превращения титанового сплава ВТ5-1 (5% А1, 2,5% Sn) с различным содержанием кислорода и азота:
...
Рис. 114. Диаграмма анизотермического превращения титанового сплава ВТ5-1 (5% А1, 2,5% Sn) с различным содержанием кислорода и азота:
...
Рис. 114. Диаграмма анизотермического превращения титанового сплава ВТ5-1 (5% А1, 2,5% Sn) с различным содержанием кислорода и азота:
...
0J 0,2 0,0-0,6061 Z и. 6870 ZO kO 60 /00 ZOO 000600/000 ОхлажОеиие t с /ZOO", сем
...
с 2% А1, легированном цирконием, при изменения содержания кислорода от 0,1—0,12 до 0,28—0,3% «критические» скорости охлаждения возра­стают еще более резко (с 50—90 до 250—330 град/сек).
...
Рис. 117. Микроструктура дилатометрических образцов сплавов ВТ6С иШТ15, нагретых до максимальной температуры 1200° (Х150): а
...
Рис. 118. Микроструктура а'-фазы сплава титана ОТ4-1, подвергнутого однократному (а) и двукратному (б) воздействию термического цикла на­грева и охлаждения в камере вакуумного микроскопа ИМЕТ-ВМД (х 300)
...
Рис. 117. Микроструктура дилатометрических образцов сплавов ВТ6С иШТ15, нагретых до максимальной температуры 1200° (Х150): а
...
Рис. 118. Микроструктура а'-фазы сплава титана ОТ4-1, подвергнутого однократному (а) и двукратному (б) воздействию термического цикла на­грева и охлаждения в камере вакуумного микроскопа ИМЕТ-ВМД (х 300)
...
Рис. 117. Микроструктура дилатометрических образцов сплавов ВТ6С иШТ15, нагретых до максимальной температуры 1200° (Х150): а
...
Рис. 117. Микроструктура дилатометрических образцов сплавов ВТ6С иШТ15, нагретых до максимальной температуры 1200° (Х150):
...
Рис. 119. Мелкоигольчатая структура а'-фазы сплава ОТ4 в околошовной зоне в условиях резкой закалки. Электронномикроскопический снимок (Х2000)
...
(ОТ4) температура конца превращения ниже, а интервал шире, чем при 1,1 % Cr, Fe и Si (АТЗ) (см. рис. 112, ИЗ). То же имеет место при сравнении влияния 3,36% V (ВТ6С) и 3,23% Мо+1,16% V (ВТ14 (А)) при содержа­нии соответственно 4,5 и 4,1% А1 (см. рис. 115, 116).
...
Полиморфное превращение в сплавах I и II групп протекает по мар­тенситной кинетике во всем исследованном интервале скоростей охла­ждения (от 3 до 400 град/сек).
...
Наиболее существенное влияние на характер а'-фазы и на механиче­ские свойства сплавов оказывают температура превращения и скорость охлаждения. Когда превращение развивается при высоких температурах, т. е. в области малых скоростей охлаждения до ступенчатого понижения температуры начала превращения, образуются более длинные и широкие пластинки а'-фазы, что обусловлено значительным размером исходного
...
Рис. 119. Мелкоигольчатая структура а'-фазы сплава ОТ4 в околошовной зоне в условиях резкой закалки. Электронномикроскопический снимок (Х2000)
...
(ОТ4) температура конца превращения ниже, а интервал шире, чем при 1,1 % Cr, Fe и Si (АТЗ) (см. рис. 112, ИЗ). То же имеет место при сравнении влияния 3,36% V (ВТ6С) и 3,23% Мо+1,16% V (ВТ14 (А)) при содержа­нии соответственно 4,5 и 4,1% А1 (см. рис. 115, 116).
...
Полиморфное превращение в сплавах I и II групп протекает по мар­тенситной кинетике во всем исследованном интервале скоростей охла­ждения (от 3 до 400 град/сек).
...
Рис. 119. Мелкоигольчатая структура а'-фазы сплава ОТ4 в околошовной зоне в условиях резкой закалки. Электронномикроскопический снимок (Х2000)
...
зерна В-фазы и огрублением ее тонкой структуры. При больших степенях переохлаждения, начиная с некоторых «критических» скоростей охла­ждения, благодаря резкому увеличению скорости зарождения кристаллов
...
зерна В-фазы и огрублением ее тонкой структуры. При больших степенях переохлаждения, начиная с некоторых «критических» скоростей охла­ждения, благодаря резкому увеличению скорости зарождения кристаллов
...
ние. Последнее происходит при постоянной температуре (видимо, уже без предварительного диффузионного перераспределения О и N). Одно­временно с увеличением скорости охлаждения существенно возрастает количество остаточной р-фазы. На основе анализа кинетики фазовых пре­вращений а
...
ние. Последнее происходит при постоянной температуре (видимо, уже без предварительного диффузионного перераспределения О и N). Одно­временно с увеличением скорости охлаждения существенно возрастает количество остаточной р-фазы. На основе анализа кинетики фазовых пре­вращений
...
Влияние содержания водорода на кинетику 6 -> а' и гидридного превращений было изучено на а- и a-f-й
...
метно сказывается влияние водорода, как элемента, стабилизирующего 6-фазу, на смещение «критических» скоростей охлаждения, соответствующих ступен­чатому снижению температуры 6 -> а'-превращения. Например, в а-сплаве с 2% А1, легированном цирконием, повышение содержания водорода в ука­занных выше пределах приводит к сни­жению «критических» скоростей охлаж­дения (при 0,1—0,12% 02) от 50 — 90 до 20-35 град/сек,
...
ной р-фазы (см. рис. 124). В сплавах с высоким содержанием р-фазы (ВТ14-1, ВТ15) гидридное превращение отсутствует.
...
Рис. 125. Влияние скорости охлаж­дения W0 на степень неоднород­ности распределения водорода ДН
...
Рис. 126. Влияние скорости охлаждения Wa (при температуре начала (5 -* а'-превраще­ния) на кинетику гидридного превращения в сплаве ОТ4 с 0,018% Н в процессе охлаж­дения. Точки на оси абсцисс — температура начала гидридного превращения
...
жание в локальных объемах приближается к среднему. Благодаря этому температура
...
температурной области гидридного превращения на анизотермических диаграммах по мере увеличения концентрации водорода оказывается еще более значительным, так как кислород понижает растворимость водорода в а'-фазе (табл. 26).
...
Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на форму и характер распределения гидридов. При малых и средних скоростях охла­ждения гидриды выделяются в виде крупных пластинок, а при высоких скоростях — равномерно в виде диспе.рсных мелких включений [62, 24]. Грубые пластинчатые выделения гидридной фазы вызывают заметное снижение сопротивляемости основного металла и сварных соединений задержанному разрушению. Поэтому для предупреждения возникнове­ния резких локальных искажений и концентрации микронапряжеиий, связанных с гидридным превращением, наиболее благоприятны режимы сварки с высокими скоростями охлаждения (см. гл. VI).
...
температурной области гидридного превращения на анизотермических диаграммах по мере увеличения концентрации водорода оказывается еще более значительным, так как кислород понижает растворимость водорода в а'-фазе (табл. 26).
...
Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на форму и характер распределения гидридов. При малых и средних скоростях охла­ждения гидриды выделяются в виде крупных пластинок, а при высоких скоростях — равномерно в виде диспе.рсных мелких включений [62, 24]. Грубые пластинчатые выделения гидридной фазы вызывают заметное снижение сопротивляемости основного металла и сварных соединений задержанному разрушению. Поэтому для предупреждения возникнове­ния резких локальных искажений и концентрации микронапряжеиий, связанных с гидридным превращением, наиболее благоприятны режимы сварки с высокими скоростями охлаждения (см. гл. VI).
...
температурной области гидридного превращения на анизотермических диаграммах по мере увеличения концентрации водорода оказывается еще более значительным, так как кислород понижает растворимость водорода в а'-фазе (табл. 26).
...
Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на форму и характер распределения гидридов. При малых и средних скоростях охла­ждения гидриды выделяются в виде крупных пластинок, а при высоких скоростях — равномерно в виде диспе.рсных мелких включений [62, 24]. Грубые пластинчатые выделения гидридной фазы вызывают заметное снижение сопротивляемости основного металла и сварных соединений задержанному разрушению. Поэтому для предупреждения возникнове­ния резких локальных искажений и концентрации микронапряжеиий, связанных с гидридным превращением, наиболее благоприятны режимы сварки с высокими скоростями охлаждения (см. гл. VI).
...
температурной области гидридного превращения на анизотермических диаграммах по мере увеличения концентрации водорода оказывается еще более значительным, так как кислород понижает растворимость водорода в а'-фазе (табл. 26).
...
Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на форму и характер распределения гидридов. При малых и средних скоростях охла­ждения гидриды выделяются в виде крупных пластинок, а при высоких скоростях — равномерно в виде диспе.рсных мелких включений [62, 24]. Грубые пластинчатые выделения гидридной фазы вызывают заметное снижение сопротивляемости основного металла и сварных соединений задержанному разрушению. Поэтому для предупреждения возникнове­ния резких локальных искажений и концентрации микронапряжеиий, связанных с гидридным превращением, наиболее благоприятны режимы сварки с высокими скоростями охлаждения (см. гл. VI).
...
температурной области гидридного превращения на анизотермических диаграммах по мере увеличения концентрации водорода оказывается еще более значительным, так как кислород понижает растворимость водорода в а'-фазе (табл. 26).
...
Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на форму и характер распределения гидридов. При малых и средних скоростях охла­ждения гидриды выделяются в виде крупных пластинок, а при высоких скоростях — равномерно в виде диспе.рсных мелких включений [62, 24]. Грубые пластинчатые выделения гидридной фазы вызывают заметное снижение сопротивляемости основного металла и сварных соединений задержанному разрушению. Поэтому для предупреждения возникнове­ния резких локальных искажений и концентрации микронапряжеиий, связанных с гидридным превращением, наиболее благоприятны режимы сварки с высокими скоростями охлаждения (см. гл. VI).
...
температурной области гидридного превращения на анизотермических диаграммах по мере увеличения концентрации водорода оказывается еще более значительным, так как кислород понижает растворимость водорода в а'-фазе (табл. 26).
...
Современные представления о механизме задержанного разрушения закаливающихся сталей и образования холодных трещин при их сварке
...
Большое практическое и теоретическое значение исследований при­роды «холодных» трещин при сварке и термообработке закаливающихся сталей широко известно. В течение длительного времени представления об этом явлении основывались на закалочной и водородной гипотезах, которые применительно к условиям сварки были впервые сформулиро­ваны в работах английских исследователей [131, 209—212].
...
Закалочная гипотеза предполагает, что при сварке, так же как и при закалке, образование трещин обусловлено главным образом мартенсит-ным превращением, которое протекает со значительным изменением объема и приводит к возникновению высоких внутренних напряжений первого и второго родов и одновременно к снижению способности металла воспринимать пластическую деформацию.
...
Водородная гипотеза особую роль в образовании холодных трещин при сварке отводит водороду. В процессе превращения аустенита ато­марный водород выделяется из твердого раствора в микропустоты, соеди­няется в молекулы и вследствие постепенного повышения давления создает в окружающих объемах металла дополнительные высокие напряжения второго рода (микронапряжения). Охрупчивающее действие водорода рассматривается также и в связи с возможностью адсорбирования его на поверхности металла, в пустотах и в вершинах распространяющихся трещин.
...
В известной мере обе эти гипотезы в своем первоначальном виде осно­вывались иа господствовавшей тогда теории хрупкого разрушения Гриф-фитсо, предполагавшей существование в металле готовых зародышевых трещин.
...
ГСщс па этой стадии развития закалочной и водородной гипотез было установлено, что образованию трещин способствуют: повышение темпера­туры нагрева и рост зерна, увеличение содержания углерода в мартенсите и общего содержания водорода в стали, снижение температуры начала и особенно конца превращения мартенсита, высокие скорости охлаждения металла в этом интервале температур, увеличение жесткости и толщины свариваемых или закаливаемых изделий и т. д. С повышением темпера­туры отпуска склонность к образованию трещин понижается. Высокий отпуск полностью предупреждает образование трещин. Обращалось вни­мание на то, что при сварке опасность образования трещин выше, чем при закалке, вследствие более неблагоприятного сочетания этих факторов в первую очередь из-за интенсивного роста зерна при нагреве металла до температуры, близкой к солидусу, из-за повышенного содержания водо-
...
3АДЕРЖАННОЕ РАЗРУШЕНИЕ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ /ГИТАНА И ОБРАЗОВАНИЕ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН ПРИ ИХ СВАРКЕ
...
С позиций этих гипотез в СССР и за рубежом были проведены много­численные исследования, позволившие углубить представления о кине­тике превращения аустенита [97, 100, 101, 130, 158, 183, 213], о процес­сах развития деформаций и напряжений при сварке легированной стали [82, 85, 88, 89], характере распределения водорода в сварных соединениях и его относительной роли в образовании трещин [101, 130, 131, 211, 215, 216]. В этих работах получила развитие главным образом закалочная гипотеза. Было показано, что водород в общем случае не определяет склонности стали к образованию холодных трещин. Одновременно зака­лочная гипотеза развивалась и в исследованиях по термообработке стали [217].
...
Значительным шагом вперед в раскрытии механизма образования холодных трещин при сварке и закалке явилось установление непосред­ственной связи между этим явлением и склонностью закаленной стали к задержанному разрушению под действием статической нагрузки при температурах, близких к комнатной [101, 219]. Проблема задержанного разрушения стали впервые наиболее полно была сформулирована С. С. Шураковым на основе собственных опытов, а также исследований ряда других авторов [219—222]. В дальнейшем она получила развитие в работах Н. Н. Прохорова и Э. Л. Макарова [87, 224], А. М. Макары [91] и автора [124, 225—227]. Была показана также общность условий, в ко­торых проявляется склонность стали к образованию холодных трещин и к задержанному разрушению, что послужило основанием для разра­ботки новых методов исследования межкристаллического хрупкого раз­рушения этого типа (см. § 6 и 7 гл. III).
...
В дополнение к фактам, установленным в процессе развития закалоч­ной и водородной гипотез, изучение задержанного разрушения показало следующее;
...
рода и более высоких напряжений первого рода, вызываемых местным неравномерным нагревом.
...
5) задержанное разрушение закаленной стали или образование хо­лодных трещин в околошовной зоне при сварке рассматриваются как процессы постепенного зарождения трещин по границам и развития их как по границам, так и внутри зерен; начиная с некоторого периода, развитие трещин и разрушение может при определенных условиях происходить весьма быстро; с увеличением длительности отдыха величины действую­щих напряжений и ско­
...
В настоящее время ме­ханизм задержанного раз­рушения закаливающихся сталей и образования холодных трещин при их сварке рассматривают, исходя из представле­ний о пониженной со­противляемости границ зерен сдвигу в сравнении
...
Рис. 127. Схема Зинера в применении к задержан­ному разрушению. Участки зерен, примыкающие к концам границ, по которым происходит сдвиг (течение), в сталях (а) подвергаются в основном упругой деформации, а в сплавах титана (б) —
...
ности зерен к упруговяз-кому течению по границам в условиях деформирова­ния с малыми скоростями или при повышенных тем­пературах. Это свой­ство поликристаллических агрегатов обусловлено не­
...
сопряженностью кристал­лической решетки на по­верхностях раздела зерен, вследствие чего там создается высокая кон­центрация искажений и дефектов кристаллического строения. Наимепее упорядоченное строение имеют границы с большим углом, характерные для металлов в рекристаллизованном состоянии.
...
Эти представления были сформулированы в работах Мотта, Ке Тин-Суя, Зинера, Мак Лина [50], И. А. Одинга [228] и развивались примени­тельно к изучению роли границ зерен при высокотемпературной ползу­чести. При высоких температурах сдвигообразование по границам про­исходит легче и в более широком интервале изменения скорости деформа­ции, чем при пониженных температурах. Это обусловлено не только не­посредственным влиянием температуры на сопротивление сдвигу, но и тем, что с ее повышением возрастает неупорядоченность кристаллического строения границ и зерен. Способность зерен к упруговязкому течению по границам при пониженных температурах наиболее легко проявляется после закалки с высоких температур, поскольку она позволяет фиксиро­вать неупорядоченное строение. Чем резче закалка, тем меньше вероят­ность повышения степени порядка в строении границ в процессе охла­ждения. Весьма важное значение имеют также и локальные искажения на границах, возникающие вследствие мартенситного превращения. Чем ниже температура начала и особенно конца этого превращения, тем зна­чительнее должны быть искажения на границах.
...
К. Зинер предложил схему, на основании которой можно объяснить механизм межкристаллического разрушения. По этой схеме вследствие упруговязкого течения по границам, ориентированным преимущественно в направлении приложенного растягивающего напряжения п, происходят
...
задержанное разрушение закаленной стали или образование хо­лодных трещин в околошовной зоне при сварке рассматриваются как процессы постепенного зарождения трещин по границам и развития их как по границам, так и внутри зерен; начиная с некоторого периода, развитие трещин и разрушение может при определенных условиях происходить весьма быстро; с увеличением длительности отдыха величины действую­щих напряжений и ско­
...
процессы релаксации касательных напряжений т, сопровождаемые на­коплением высоких нормальных напряжений по поперечным границам (рис. 127, а).
...
Рис. 128. Характер расположения трещин по границам зерен в закален­ной стали 45 после испытания на задержанное разрушение в машине ИМЕТ-4 при высокой (а)
...
например вследствие фазовых превращений мартенситного типа или пони­жения температуры, эта возможность становится все менее и менее ве­роятной. Поэтому задержанное разрушение закаленной стали практиче­ски выглядит всегда макроскопически хрупким. Особенно усугубляю­щим фактором в этом отношении являются высокие микронапряжения, возникающие из-за изменения удельного объема и коэффициента объем­ного расширения в процессе фазовых превращений, а также вследствие проявления анизотропии расширения в связи с разностью ориентации кристаллов относительно разделяющих их границ. Чем ниже температура превращения, тем выше микронапряжения и тем существеннее их влия­ние [87, 124, 125].
...
Вследствие развития микронапряжений, а также под действием прило­женных или собственных напряжений первого рода в вершинах зерен, служащих естественными концентраторами напряжений, металл может подвергаться всестороннему растяжению, затрудняющему и исключаю­щему релаксацию напряжений за счет пластической деформации. Поэтому предполагается, что вершины зерен, в которые упираются концы сколь­зящих граничных поверхностей, а также прилегающие к ним участки поперечных границ, где происходит накопление нормальных напряжений, могут являться наиболее вероятными местами возникновения трещин. Экспериментальные данные показывают, что микротрещины располагаются преимущественно по поперечным границам, но не обязательно начинаются от вершин зерен (рис. 128).
...
процессы релаксации касательных напряжений т, сопровождаемые на­коплением высоких нормальных напряжений по поперечным границам (рис. 127, а).
...
Рис. 128. Характер расположения трещин по границам зерен в закален­ной стали 45 после испытания на задержанное разрушение в машине ИМЕТ-4 при высокой (а)
...
например вследствие фазовых превращений мартенситного типа или пони­жения температуры, эта возможность становится все менее и менее ве­роятной. Поэтому задержанное разрушение закаленной стали практиче­ски выглядит всегда макроскопически хрупким. Особенно усугубляю­щим фактором в этом отношении являются высокие микронапряжения, возникающие из-за изменения удельного объема и коэффициента объем­ного расширения в процессе фазовых превращений, а также вследствие проявления анизотропии расширения в связи с разностью ориентации кристаллов относительно разделяющих их границ. Чем ниже температура превращения, тем выше микронапряжения и тем существеннее их влия­ние [87, 124, 125].
...
процессы релаксации касательных напряжений т, сопровождаемые на­коплением высоких нормальных напряжений по поперечным границам (рис. 127,
...
Явление отдыха при температурах, близких к комнатной, рассматри­вается как результат релаксационных процессов, которые упорядочивают строение границ и тем самым увеличивают их сопротивление сдвигу. Упрочнение границ приводит к тому, что на определенной стадии отдыха деформация может быть перенесена на центральные участки объема зерна. При этом предполагается, что при низких приложенных напряжениях, не вызывающих разрушения, процессы упрочнения вследствие отдыха превалируют над процессами разупрочнения, вызываемыми действием напряжений [219, 220].
...
Схема Зинера была применена для анализа механизма задержанного разрушения закаленной стали и возникновения холодных трещин при сварке с учетом известных представлений о характере напряженного состояния в околошовной зоне [87, 91, 219, 225] (см. § 3 гл. II). В част­ности С. С. Шураков [219] и А. М. Макара [91] дали объяснение подавле­ния задержанного разрушения стали при отрицательных температурах и интенсификацию его при последующем отогреве до комнатной темпера­туры. Следует отметить, что первое явление опровергало существовавшее ранее представление о снижении прочности во времени вследствие по­степенного превращения остаточного аустенита в мартенсит. С. С. Шураков показал, что уменьшение количества остаточного аустенита в закаленной стали приводит не к снижению, а наоборот, к увеличению склонности к задержанному разрушению [219, 220]. Таким образом, отсутствие за­держанного разрушения закаленной стали при достаточно низких отри­цательных температурах стало понятным, когда его объяснили повыше­нием сопротивляемости границ зерен упруговязкому скольжению при понижении температуры.
...
Для объяснения второго явления А. М. Макара [91] предположил, что предварительная обработка холодом является своеобразной подготов­кой к еще более высокой локализации деформации по границам зерен при последующем повышении температуры до комнатной. По-видимому, здесь имелось в виду не только появление дополнительных микронапря­жений и искажений по границам, но и снижение возможности релаксации напряжений за счет пограничных областей, после того, как в них про­изошло превращение остаточного аустенита в мартенсит.
...
Ослабление задержанного разрушения с повышением температуры до 100—150° и полное его предупреждение при высоком отпуске были от­несены за счет развития релаксационных процессов, приводящих к упроч­нению границ зерен вследствие повышения степени порядка в их строе­нии и снижения напряжений второго рода [219].
...
С этих же позиций А. М. Макара [91] сделал попытку объяснить пониженную склонность легированной стали к образованию холодных трещин в околошовной зоне при сварке аустенитными или легированными ферритными электродами (по сравнению с нелегированными ферритными) влиянием состава металла шва на температурный интервал мартенситного превращения в околошовной зоне (см. также § 3 гл. II). При сварке неле­гированными ферритными электродами в металле шва происходят фер-ритное и перлитное превращения (примерно при 600°), а в околошовной зоне легированной стали еще сохраняется аустенит. Вследствие увеличе­ния удельного объема металла шва при превращении аустенита и разницы в коэффициентах линейного расширения металла шва и околошовной зоны, при дальнейшем охлаждении аустенит в околошовной зоне под­вергается дополнительной малой деформации растяжения. Основываясь на первых работах Г. В. Курдюмова [188] и В. И. Просвирина [229], А. М. Макара предположил, что эта деформация должна приводить к ме­ханической стабилизации аустенита и сдвигать температурный интервал мартенситного превращения в область более низких температур. В слу­чае же отсутствия фазового превращения в металле шва (аустенитные
...
Явление отдыха при температурах, близких к комнатной, рассматри­вается как результат релаксационных процессов, которые упорядочивают строение границ и тем самым увеличивают их сопротивление сдвигу. Упрочнение границ приводит к тому, что на определенной стадии отдыха деформация может быть перенесена на центральные участки объема зерна. При этом предполагается, что при низких приложенных напряжениях, не вызывающих разрушения, процессы упрочнения вследствие отдыха превалируют над процессами разупрочнения, вызываемыми действием напряжений [219, 220].
...
Схема Зинера была применена для анализа механизма задержанного разрушения закаленной стали и возникновения холодных трещин при сварке с учетом известных представлений о характере напряженного состояния в околошовной зоне [87, 91, 219, 225] (см. § 3 гл. II). В част­ности С. С. Шураков [219] и А. М. Макара [91] дали объяснение подавле­ния задержанного разрушения стали при отрицательных температурах и интенсификацию его при последующем отогреве до комнатной темпера­туры. Следует отметить, что первое явление опровергало существовавшее ранее представление о снижении прочности во времени вследствие по­степенного превращения остаточного аустенита в мартенсит. С. С. Шураков показал, что уменьшение количества остаточного аустенита в закаленной стали приводит не к снижению, а наоборот, к увеличению склонности к задержанному разрушению [219, 220]. Таким образом, отсутствие за­держанного разрушения закаленной стали при достаточно низких отри­цательных температурах стало понятным, когда его объяснили повыше­нием сопротивляемости границ зерен упруговязкому скольжению при понижении температуры.
...
Для объяснения второго явления А. М. Макара [91] предположил, что предварительная обработка холодом является своеобразной подготов­кой к еще более высокой локализации деформации по границам зерен при последующем повышении температуры до комнатной. По-видимому, здесь имелось в виду не только появление дополнительных микронапря­жений и искажений по границам, но и снижение возможности релаксации напряжений за счет пограничных областей, после того, как в них про­изошло превращение остаточного аустенита в мартенсит.
...
Ослабление задержанного разрушения с повышением температуры до 100—150° и полное его предупреждение при высоком отпуске были от­несены за счет развития релаксационных процессов, приводящих к упроч­нению границ зерен вследствие повышения степени порядка в их строе­нии и снижения напряжений второго рода [219].
...
С этих же позиций А. М. Макара [91] сделал попытку объяснить пониженную склонность легированной стали к образованию холодных трещин в околошовной зоне при сварке аустенитными или легированными ферритными электродами (по сравнению с нелегированными ферритными) влиянием состава металла шва на температурный интервал мартенситного превращения в околошовной зоне (см. также § 3 гл. II). При сварке неле­гированными ферритными электродами в металле шва происходят фер-ритное и перлитное превращения (примерно при 600°), а в околошовной зоне легированной стали еще сохраняется аустенит. Вследствие увеличе­ния удельного объема металла шва при превращении аустенита и разницы в коэффициентах линейного расширения металла шва и околошовной зоны, при дальнейшем охлаждении аустенит в околошовной зоне под­вергается дополнительной малой деформации растяжения. Основываясь на первых работах Г. В. Курдюмова [188] и В. И. Просвирина [229], А. М. Макара предположил, что эта деформация должна приводить к ме­ханической стабилизации аустенита и сдвигать температурный интервал мартенситного превращения в область более низких температур. В слу­чае же отсутствия фазового превращения в металле шва (аустенитные
...
Явление отдыха при температурах, близких к комнатной, рассматри­вается как результат релаксационных процессов, которые упорядочивают строение границ и тем самым увеличивают их сопротивление сдвигу. Упрочнение границ приводит к тому, что на определенной стадии отдыха деформация может быть перенесена на центральные участки объема зерна. При этом предполагается, что при низких приложенных напряжениях, не вызывающих разрушения, процессы упрочнения вследствие отдыха превалируют над процессами разупрочнения, вызываемыми действием напряжений [219, 220].
...
Явление отдыха при температурах, близких к комнатной, рассматри­вается как результат релаксационных процессов, которые упорядочивают строение границ и тем самым увеличивают их сопротивление сдвигу. Упрочнение границ приводит к тому, что на определенной стадии отдыха деформация может быть перенесена на центральные участки объема зерна. При этом предполагается, что при низких приложенных напряжениях, не вызывающих разрушения, процессы упрочнения вследствие отдыха превалируют над процессами разупрочнения, вызываемыми действием напряжений [219, 220].
...
электроды) или смещения его в область пониженных температур (легиро­ванные ферритные электроды) механическая стабилизация аустенита в околошовной зоне отсутствует и превращение его в аустенит становится возможным при относительно более высоких температурах, благодаря чему получают развитие процессы самоотпуска мартенсита, релакса­ции напряжений второго рода и упорядочения строения границ зерен.
...
Однако эта точка зрения в настоящее время требует существенного уточнения в связи с результатами последних работ Г. В. Курдюмова и О. П. Максимовой [190, 39], а также наших исследований (см. § 3, гл. V) активизирующего влияния малой пластической деформации аустенита на мартенситное превращение. Эти работы показали, что по мере при­ближения температуры деформации аустенита к Т„т „, особенно при смещении ее в верхнюю область температурного интервала мартенситного превращения, активизирующий эффект малой пластической деформации существенно возрастает. Таким образом, этот вопрос следует рассматри­вать не только с позиций наличия или отсутствия стабилизирующего эффекта, но и исходя из меньшего или большего активизирующего влия­ния пластической деформации.
...
При сварке закаливающихся сталей в зависимости от состава металла шва могут проявляться как активизация, так и стабилизация мартенсит­ного превращения. Если при сварке используется электродная проволока из нелегированной стали, то распад аустенита в шве происходит в интер­вале температур перлитного превращения, т. е. выше 600° (см. § 1, гл. i).
...
Если сварку выполняют проволокой из аустенитной стали, то пла­стическая деформация в околошовной зоне нарастает непрерывно с по­нижением температуры вплоть до начала мартенситного превращения. При сварке проволокой из легированной высокопрочной стали к анало­гичному по характеру изменению пластической деформации при темпера­турах, близких к температуре начала мартенситного превращения, при­бавляется дополнительная деформация в зоне, возникающая вследствие мартенситного превращения в шве. При этом знак деформации может изменяться от растяжения до сжатия. В обоих последних случаях пластическая деформация аустенита активизирует мартенситное превра­щение в процессе охлаждения.
...
Смещение интервала мартенситного превращения вследствие эффекта активизации в область более высоких температур способствует развитию процессов самоотпуска мартенсита и упорядочения атомного строения по границам зерен. Именно так следует объяснять более высокую вероят­ность образования холодных трещин в околошовной зоне при сварке закаливающихся сталей нелегированной электродной проволокой Св-08 в сравнении со сваркой легированной и аустенитной проволокой.
...
В случае сварки закаливающихся сталей аустенитными электродами снижению склонности сварных соединений к образованию холодных тре­щин в околошовной зоне могут способствовать и другие факторы: час­тичное обеднение металла околошовной зоны углеродом вследствие его диффузии в шов в процессе сварки, особенно за время контакта твердого металла с жидким; повышенная способность аустенитного металла шва к релаксации напряжения первого рода со временем при температурах, близких к комнатным.
...
электроды) или смещения его в область пониженных температур (легиро­ванные ферритные электроды) механическая стабилизация аустенита в околошовной зоне отсутствует и превращение его в аустенит становится возможным при относительно более высоких температурах, благодаря чему получают развитие процессы самоотпуска мартенсита, релакса­ции напряжений второго рода и упорядочения строения границ зерен.
...
Однако эта точка зрения в настоящее время требует существенного уточнения в связи с результатами последних работ Г. В. Курдюмова и О. П. Максимовой [190, 39], а также наших исследований (см. § 3, гл. V) активизирующего влияния малой пластической деформации аустенита на мартенситное превращение. Эти работы показали, что по мере при­ближения температуры деформации аустенита к Т„т „, особенно при смещении ее в верхнюю область температурного интервала мартенситного превращения, активизирующий эффект малой пластической деформации существенно возрастает. Таким образом, этот вопрос следует рассматри­вать не только с позиций наличия или отсутствия стабилизирующего эффекта, но и исходя из меньшего или большего активизирующего влия­ния пластической деформации.
...
При сварке закаливающихся сталей в зависимости от состава металла шва могут проявляться как активизация, так и стабилизация мартенсит­ного превращения. Если при сварке используется электродная проволока из нелегированной стали, то распад аустенита в шве происходит в интер­вале температур перлитного превращения, т. е. выше 600° (см. § 1, гл. i).
...
электроды) или смещения его в область пониженных температур (легиро­ванные ферритные электроды) механическая стабилизация аустенита в околошовной зоне отсутствует и превращение его в аустенит становится возможным при относительно более высоких температурах, благодаря чему получают развитие процессы самоотпуска мартенсита, релакса­ции напряжений второго рода и упорядочения строения границ зерен.
...
Наибольшие затруднения теория испытывает при обсуждении меха­низма зарождения и роста микротрещин до размеров, при которых они могут развиваться под действием приложенного напряжения. С этой точки зрения схема Зинера не всегда может быть применима, так как она предполагает зарождение трещины (полости) только по концам сколь­зящей границы, т. е. в вершине зерна, вследствие создаваемой там кон­центрации напряжений.
...
Кроме того, при обычных значениях свободной энергии поверхности границ сомнительно, чтобы концентрация напряжений всегда была столь высокой, чтобы могла возникнуть трещина. К такому выводу пришел Мак Лин, который на основании дислокационной теории Стро рассчитал минимальное напряжение, необходимое для хрупкого разрушения при условии, что у вершины зерна деформация только упругая [50]. Однако следует отметить, что с этой точки зрения схема Зинера объясняет межкристаллитную хрупкость при низких температурах все-таки лучше, чем при высоких, так как в последнем случае труднее создать высокую концентрацию напряжений.
...
Естественно, что для объяснения механизма зарождения полостей в последние годы было обращено внимание на физические явления, спо­собствующие снижению свободной энергии поверхностей раздела и прежде всего за счет увеличения дефектности в строении границ зерен. Наиболь­ший интерес для рассматриваемого нами случая низкотемпературной межкристаллической хрупкости представляют теории, связывающие об­разование зародышей полостей и их последующий рост с пересыщением металла вакансиями и их движением к границам зерен под действием напряжений [50, 195].
...
В настоящее время имеется большое количество работ, рассматриваю­щих источники вакансий и других точечных дефектов и их подвижность при низких температурах [20, 230—233]. По возрастанию энергии акти­вации перемещения наиболее подвижные дефекты могут быть расположены в следующем порядке: дислоцированный атом (0,07—0,27 эв
...
Другим важным источником избыточных вакансий является холодная пластическая деформация. Если вакансии, созданные закалкой, равно­мерно распределены по объему и диспергированы, то при пластической деформации они образуются в виде рядов в процессе движения дислока-
...
О роли вакансий в механизме задержанного разрушения закаленной стали
...
ций. Считают, что эти ряды нестабильные и могут распадаться на оди­ночные и парные вакансии. В соответствии с теорией, по которой вакансии образуются ступеньками на дислокациях, концентрация вакансий про­порциональна е!/% где е — степень деформации. Еще ранее Мотт выска­зывал соображение, что концентрацию вакансий можно оценить как вели­чину порядка Ю-4 е [232]. По-видимому, концентрации вакансий, близ­кие к создаваемым закалкой, можно получить за счет холодной пластиче­ской деформации только при больших степенях последней.
...
При закалке или сварке сталей такие значительные степени деформации имеют место только при фазовом наклепе аустенита в процессе мартенсит­ного превращения. С этой точки зрения наклеп в процессе превращения остаточного аустенита, в частности при обработке холодом, должен созда­вать вакансии в большем количестве, чем на ранних стадиях мартенсит­ного превращения. Завершение роста мартенситных пластин в стали вблизи границ зерен повышает вероятность попадания определенной части избыточных вакансий на границы.
...
Общая пластическая деформация металла в околошовной зоне, вызы­ваемая неравномерным нагревом и охлаждением сварных соединений и различиями в составе и свойствах шва и основного металла, не может служить существенным источником вакансий, так как она обычно не­велика (е=0,01 -т- 0,03) и в значительной части протекает при повышен­ных температурах.
...
Для объяснения закономерностей задержанного разрушения и явле­ния «отдыха» важно рассмотреть возможные стоки избыточных вакансий и влияние температуры и напряжений на эффективность этих стоков. В зависимости от природы металла в определенном интервале отрицатель­ных и невысоких положительных температур основными стоками вакан­сий могут быть ступеньки на линиях дислокаций, границы зерен и свобод­ные поверхности. При повышенных температурах все более и более суще­ственную роль начинает играть тепловая активация атомов, благодаря которой становится возможным также исчезновение вакансий при взаимо­действии их с дислокациями, а также путем рекомбинации с дислоциро­ванными атомами. Кроме того, при этих температурах полнее протекают процессы установления термического равновесия путем перемещения вакансий, а возможно и дислокаций, от источников к стокам, и наоборот. Это приводит к упорядочению строения системы в целом, а именно матрицы зерен и границ между ними и отдельными фазами. По-видимому, такие условия создаются не только при низкотемпературном отпуске или старе­нии, но также и непосредственно в процессе охлаждения, если оно про­исходит с достаточно малой скоростью, например при сварке с подогревом.
...
Следует полагать, что явление «отдыха» даже при относительно не­высоких температурах (особенно близких к комнатной) обусловлено не только упорядочением строения границ зерен, но в определенной мере и упорядочением внутризеренной структуры путем перераспределения дисло­каций, образующих скопления внутри зерен. Дислокации перераспреде­ляются преимущественно путем пластических сдвигов, приводящих к «раз­рядке» скоплений, а также вследствие анигиляции дислокаций разных знаков. При отрицательных температурах, когда возникновение тепловых флуктуации, достаточных для осуществления сдвига (перемещения дисло­каций), маловероятно, «разрядка» развивается слабо и возможна в основ­ном за счет анигиляции дислокаций при взаимодействии с точечными де­фектами (вакансиями). При этом роль границ зерен становится определяю­щей. С повышением температуры низкого отпуска длительность процессов релаксации внутри зерна, наоборот, существенно снижается благодаря увеличению подвижности дислокаций.
...
Важно отметить также, что по данным С. С. Шуракова [219] энергия активации процесса «отдыха» не остается постоянной во времени. К концу
...
ций. Считают, что эти ряды нестабильные и могут распадаться на оди­ночные и парные вакансии. В соответствии с теорией, по которой вакансии образуются ступеньками на дислокациях, концентрация вакансий про­порциональна е!/% где е — степень деформации. Еще ранее Мотт выска­зывал соображение, что концентрацию вакансий можно оценить как вели­чину порядка Ю-4 е [232]. По-видимому, концентрации вакансий, близ­кие к создаваемым закалкой, можно получить за счет холодной пластиче­ской деформации только при больших степенях последней.
...
При закалке или сварке сталей такие значительные степени деформации имеют место только при фазовом наклепе аустенита в процессе мартенсит­ного превращения. С этой точки зрения наклеп в процессе превращения остаточного аустенита, в частности при обработке холодом, должен созда­вать вакансии в большем количестве, чем на ранних стадиях мартенсит­ного превращения. Завершение роста мартенситных пластин в стали вблизи границ зерен повышает вероятность попадания определенной части избыточных вакансий на границы.
...
Общая пластическая деформация металла в околошовной зоне, вызы­ваемая неравномерным нагревом и охлаждением сварных соединений и различиями в составе и свойствах шва и основного металла, не может служить существенным источником вакансий, так как она обычно не­велика (е=0,01 -т- 0,03) и в значительной части протекает при повышен­ных температурах.
...
Для объяснения закономерностей задержанного разрушения и явле­ния «отдыха» важно рассмотреть возможные стоки избыточных вакансий и влияние температуры и напряжений на эффективность этих стоков. В зависимости от природы металла в определенном интервале отрицатель­ных и невысоких положительных температур основными стоками вакан­сий могут быть ступеньки на линиях дислокаций, границы зерен и свобод­ные поверхности. При повышенных температурах все более и более суще­ственную роль начинает играть тепловая активация атомов, благодаря которой становится возможным также исчезновение вакансий при взаимо­действии их с дислокациями, а также путем рекомбинации с дислоциро­ванными атомами. Кроме того, при этих температурах полнее протекают процессы установления термического равновесия путем перемещения вакансий, а возможно и дислокаций, от источников к стокам, и наоборот. Это приводит к упорядочению строения системы в целом, а именно матрицы зерен и границ между ними и отдельными фазами. По-видимому, такие условия создаются не только при низкотемпературном отпуске или старе­нии, но также и непосредственно в процессе охлаждения, если оно про­исходит с достаточно малой скоростью, например при сварке с подогревом.
...
Следует полагать, что явление «отдыха» даже при относительно не­высоких температурах (особенно близких к комнатной) обусловлено не только упорядочением строения границ зерен, но в определенной мере и упорядочением внутризеренной структуры путем перераспределения дисло­каций, образующих скопления внутри зерен. Дислокации перераспреде­ляются преимущественно путем пластических сдвигов, приводящих к «раз­рядке» скоплений, а также вследствие анигиляции дислокаций разных знаков. При отрицательных температурах, когда возникновение тепловых флуктуации, достаточных для осуществления сдвига (перемещения дисло­каций), маловероятно, «разрядка» развивается слабо и возможна в основ­ном за счет анигиляции дислокаций при взаимодействии с точечными де­фектами (вакансиями). При этом роль границ зерен становится определяю­щей. С повышением температуры низкого отпуска длительность процессов релаксации внутри зерна, наоборот, существенно снижается благодаря увеличению подвижности дислокаций.
...
ций. Считают, что эти ряды нестабильные и могут распадаться на оди­ночные и парные вакансии. В соответствии с теорией, по которой вакансии образуются ступеньками на дислокациях, концентрация вакансий про­порциональна е!/% где е — степень деформации. Еще ранее Мотт выска­зывал соображение, что концентрацию вакансий можно оценить как вели­чину порядка Ю-4 е [232]. По-видимому, концентрации вакансий, близ­кие к создаваемым закалкой, можно получить за счет холодной пластиче­ской деформации только при больших степенях последней.
...
При пониженных температурах наиболее эффективным стоком вакан­сий являются границы зерен, поскольку с точки зрения термодинамики вакансии подобны примесным атомам.
...
Приложенные или остаточные напряжения следует рассматривать как фактор, не только активизирующий и ускоряющий движение вакан­сий к стокам, но и ориентирующий их движение преимущественно в на­правлении действия растягивающей компоненты напряжений, т. е. к по­перечным границам зерен. Упруговязкое течение по границам, не пер­пендикулярным к растягивающему напряжению, приводит к тому, что в объемах зерен, прилегающих к поперечным границам, возникает трех­осное напряженное состояние (см. рис. 127, а).
...
Проведенный Мак Лином [50, 195] теоретический анализ показал, что зарождение микрополостей возможно только при одновременном соблюдении двух условий: высокого пересыщения вакансиями и наличия высоких напряжений. Второе условие может быть соблюдено только в ме­стах концентрации напряжений, т. е. в вершинах зерен или в выступах на поперечных границах. Так как приложенные или остаточные напряже­ния направляют поток вакансий к поперечным границам и смещают зерна относительно друг друга, они не только способствуют образованию полостей, по их росту и раскрытию в микротрещины. Нетрудно показать, что в каждом конкретном случае должна существовать определенная критическая величина напряжений, ниже которой образование микро­трещины станет маловероятным.
...
По-видимому, главным условием, определяющим критическую вели­чину напряжений, является насыщение поперечных границ достаточным количеством вакансий, так как требуемое для этого напряжение должно быть значительно больше того, которое способно вызвать сдвиг по смеж­ным границам.
...
При напряжении, меньшем критического, выход вакансий на границы будет ограничен. Главными стоками вакансий окажутся дислокации, образующие границы блоков, двойники и плоскости сдвига, которые были созданы ранее вследствие деформации зерен при охлаждении с высоких температур и в процессе фазовых превращений. Развитие упруговязкого течения зерен по смежным границам в этих условиях не вызовет трещин, но, наоборот, приведет к упорядочению в строении этих границ. При этом в зависимости от величины напряжений в большей или меньшей степени будет проявляться «отдых».
...
С увеличением напряжений выше критической величины поток вакан­сий к поперечным границам будет приобретать все более и более лавино-
...
образный характер, а скорость упруговязкого течения по смежным гра­ницам будет возрастать, что приведет к уменьшению времени, необходи­мого для зарождения и роста микротрещин. При этом все более и более четко будет проявляться тенденция в расположении трещин но попереч­ным границам (см. рис. 128).
...
В связи с тем, что температура испытания в существенной мере опре­деляет подвижность вакансий, длительность их существования, сопро­тивление границ сдвигу, а также степень проявления «отдыха», для каждого сплава в зависимости от его основы
...
образный характер, а скорость упруговязкого течения по смежным гра­ницам будет возрастать, что приведет к уменьшению времени, необходи­мого для зарождения и роста микротрещин. При этом все более и более четко будет проявляться тенденция в расположении трещин но попереч­ным границам (см. рис. 128).
...
напряжения cxpmin отличаются незначительно, а длительность до раз­рушения tv при o"pmin в случае испытания при 348° К в 4—5 раз больше, чем при 323° К. С повышением температуры испытания до 373° К сталь становится нечувствительной к задержанному разрушению. При 0
...
В качестве примера на рис. 130 приведены кривые задержанного раз­рушения при 348, 293 и 273° К, показывающие, что с
...
напряжения cxpmin отличаются незначительно, а длительность до раз­рушения tv при o"pmin в случае испытания при 348° К в 4—5 раз больше, чем при 323° К. С повышением температуры испытания до 373° К сталь становится нечувствительной к задержанному разрушению. При
...
Данные табл. 27 показывают, что параметр t0 зависит от приложен­ного напряжения а. В полулогарифмических координатах эта зависимость имеет линейный характер (рис. 132). Поэтому уравнение (1) для анализа энергетических характеристик за-
...
полиции опытных данных. На рис. 131 соответствующая прямая при о=0 нанесена пунктиром.
...
Таким образом, с ростом приложенного напряжения энергия актива­ции процесса задержанного разрушения закаленной стали изменяется от значений, близких к энергии активации движения моновакансий, до
...
вания и роста зародышей трещин, осо­бенно при напряжениях, близких к ар min. При высоких же напряжениях, близких к пределу текучести, существенно возра­
...
Таким образом, с ростом приложенного напряжения энергия актива­ции процесса задержанного разрушения закаленной стали изменяется от значений, близких к энергии активации движения моновакансий, до
...
ствие упруговязкого течения по одним границам зерен к накоплению нормальных микронапряжений по другим границам, ориентированным преимущественно поперек направления действующих напряжений.
...
Для подтверждения этого механизма автором и В. В. Беловым были проведены расчеты времени жизни вакансий, фиксированных резким охла­ждением с высоких температур [233],
...
и теоретический анализ [236] усло­вий образования каверн устойчивого размера при 293° К в стали типа 40Х при избыточной концентрации вакансий 0,017 ат. %. Эта концен­трация вакансий была принята по данным работ [237, 238]. Расчеты по­казали, что для образования каверн устойчивого размера этой концен­трации вакансий вполне достаточно. Время жизни вакансий значительно
...
ствие упруговязкого течения по одним границам зерен к накоплению нормальных микронапряжений по другим границам, ориентированным преимущественно поперек направления действующих напряжений.
...
искажений (в результате мартенситного превращения) имеют пониженное сопротивление сдвигу и в условиях воздействия значительных напряже­ний первого рода являются концентраторами напряжений. Для того чтобы эти границы могли при обычных значениях свободной энергии поверхностей раздела служить зародышами трещин, необходима нереаль­но высокая концентрация напряжений. Поэтому зарождение трещин возможно только при условии резкого снижения свободной энергии гра­ниц зерен, а для этого необходимо интенсивное насыщение этих поверхно­стей раздела вакансиями. Приме- 
...
Рис. 135. Влияние приложенных напря­жений а на условия проявления «отды­ха» или задержанного разрушения закаленной стали:
...
искажений (в результате мартенситного превращения) имеют пониженное сопротивление сдвигу и в условиях воздействия значительных напряже­ний первого рода являются концентраторами напряжений. Для того чтобы эти границы могли при обычных значениях свободной энергии поверхностей раздела служить зародышами трещин, необходима нереаль­но высокая концентрация напряжений. Поэтому зарождение трещин возможно только при условии резкого снижения свободной энергии гра­ниц зерен, а для этого необходимо интенсивное насыщение этих поверхно­стей раздела вакансиями. Приме-
...
При низких отрицательных температурах (см. рис. 136) холодные трещины не образуются вследствие повышения сопротивления сдвигу по границам зерен, а также снижения или полного отсутствия подвиж­ности вакансий. При повышенных температурах задержанное разрушение предотвращается благодаря релаксации напряжений и «отдыху».
...
В связи с важностью проблемы задержанного разрушения при изу­чении и разработке конструкционных сталей и сплавов, по-видимому, целесообразно рассматривать влияние легирующих элементов и примесей не только на кинетику фазовых превращений, но и на концентрацию избыточных вакансий и других дефектов в реальной структуре. Вакан-сионный механизм зарождения микрополостей позволяет подвести базу и под существующие представления о влиянии водорода на хрупкость металлов, которые основаны на адсорбционном эффекте, снижающем кри­тические размеры микротрещин.
...
Проведенный анализ механизма задержанного разрушения показы­вает, что интенсивному образованию холодных трещин при температурах, близких к комнатной, в первую очередь способствуют повышение тем­пературы закалки, скорости охлаждения, напряжений первого рода, микронапряжений и их концентрации. Особенно сильное влияние тем­пературы закалки обусловлено не только избыточной концентрацией вакансий, но и рядом других важных причин. Например, в сталях с повы­шением температуры закалки происходят укрупнение зерна, повышение концентрации углерода в твердом растворе и в связи с этим снижение температуры мартенситного превращения, увеличение объемного эффекта превращения и связанных с ним напряжений.
...
При сварке сталей интенсивность образования холодных трещин в околошовной зоне выше, чем при закалке, не только из-за более высокой температуры нагрева, но и потому, что в процессе интенсивного роста зерна по границам возможна сегрегация некоторых легирующих эле­ментов и вредных примесей, а в ряде случаев оплавление сегрегатов и выделение легкоплавких фаз по границам (явление перегрева), приводя­щее к резкому снижению межкристаллической прочности. При закалке это явление обычно выражено значительно менее резко, так как выдержка при высоких температурах перед закалкой обычно достаточна для уста­новления низкой равновесной концентрации примесей на границах (см. рис. 44).
...
Однако отрицательное действие примесей нельзя объяснить только в связи с непосредственным влиянием их на свойства границ зерен. Вы­сокая концентрация примесей в самом зерне также должна повышать склонность к межкристаллическому разрушению, поскольку примесные атомы, закрепляя дислокации, увеличивают сопротивление сдвигу в зерне и тем самым способствуют локализации деформации по границам.
...
§ 3. Влияние пластической деформации аустенита на сопротивляемость закаленной стали задержанному разрушению
...
Известно, что при одинаковом структурном состоянии стали в около­шовной зоне сопротивляемость ее образованию холодных трещин при сварке тем ниже, чем больше жесткость сварных соединений. Обычно
...
размера зародыша трещины. В этих условиях упруго-вязкое течение i
...
это объясняют только повышением уровня напряжений первого рода, не анализируя возможного влияния величины внутренней пластической деформации на тонкую структуру аустенита, а также на состояние границ зерен.
...
При изучении влияния пластической деформации аустенита на микро­структуру стали с помощью вакуумного микроскопа ИМЕТ-ВМД было показано (см. § 3, гл. 5), что при небольшом повышении величины пластиче­ской деформации сначала происходит поворот зерен относительно друг друга при весьма ограниченном числе возникающих внутри зерен пло­скостей скольжения. При больших степенях пластической деформации, характерных для термомеханической обработки, идет интенсивное дроб­ление зерен с образованием множества новых поверхностей раздела. В связи с этим можно ожидать, что в первом случае возникают дополни­тельные искажения по границам зерен, которые могут отрицательно ска­заться на сопротивляемости стали к задержанному разрушению после закалки. Во втором случае дробление и исчезновение непрерывных гра­ниц рекристаллизованных зерен аустенита, наоборот, могут оказывать положительное влияние.
...
Исследование этого вопроса было проведено автором и В. В. Беловым на сталях 15Х12НМВФА и 42Х2ГСНМ, которые были подвергнуты ис­пытанию на задержанное разрушение по методике ИМЕТ-4 (см. § 6, гл. III). Плоские образцы (см. рис. 32, а),
...
Ряд образцов подвергали вторичному нагружению для сравнения только после полного охлаждения до комнатной температуры. Опыты при больших степенях деформации аустенита практически соответствовали условиям низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО)
...
Условия нагрева, охлаждения и нагружения образцов при изучении влияния степени деформации аустенита на сопротивляемость задержанному разрушению
...
это объясняют только повышением уровня напряжений первого рода, не анализируя возможного влияния величины внутренней пластической деформации на тонкую структуру аустенита, а также на состояние границ зерен.
...
закаливающихся сталей, а при малых — условиям сварки и обычной закалки. Во всех случаях скорость охлаждения образцов была выше кри­тической скорости закалки.
...
После иагружения все образцы длительное время выдерживали под нагрузкой до момента разрушения. Неразрушившиеся образцы снимали со стоек машины через 4—7 сут.
...
закаливающихся сталей, а при малых — условиям сварки и обычной закалки. Во всех случаях скорость охлаждения образцов была выше кри­тической скорости закалки.
...
У стали 15Х12НМВФА наименьшая сопротивляемость задержанному разрушению (o"pmin=90 кГ/мм2)
...
Следует заметить, что положительный эффект НТМО может быть связан не только непосредственно с увеличением общей протяженности поверхностей раздела, но и
...
Снижение сопротивляемости задержанному разрушению при малых степенях деформации аустенита (еф=10 20% или е8 = 510%)
...
деформации повышает сопротивляемость стали задержанному разруше­нию в два раза.
...
У малоуглеродистой мартенситной стали с 12% Сг 15Х12НМВФА критерий сопротивляемости задержанному разрушению ар ш)п изменяется
...
Таким образом, изменение параметров термического цикла околошов­ной зоны (Wu,
...
В этих условиях повышению стр шЬ способствуют: 1) развитие про­цессов самоотпуска мартенсита, релаксации напряжений, упорядочения строения границ и зерен и т. д.; 2) снижение избыточной концентрации вакансий; 3) снижение количества мартенсита в структуре (в сталях с невысокой устойчивостью аустенита).
...
Снижение стрш!„ могут вызывать: 1) увеличение размера зерна; 2) увеличение концентрации углерода в мартенсите вследствие более полного растворения карбидов; 3) повышение концентрации при­месей на границах зерен вследствие роста зерна и последующего медлен­ного охлаждения; 4) протекание мартенситного превращения при отно­сительно более низких температурах.
...
Наоборот, при переходе от мягких режимов к жестким ограничение явлений I группы должно приводить к снижению стрш!п, а ограничение явлений II группы — к повышению ар miT1.
...
В сталях 35ХГСА, 45ХНМТА и 43ХЗСНМФА <трш1п повышается только при мягких режимах. Это указывает на весьма существенное отри­цательное влияние явлений II группы уже при жестких и средних режи­мах сварки, что обусловлено в основном высоким содержанием углерода в этих сталях.
...
У стали 15Х12НМВФА, как и у многих других мартенситных сталей с малым содержанием углерода, низкая сопротивляемость задержанному разрушению имеет место при
...
средних режимах, при кото­рых еще не получают требуемого развития явления I группы. Повышение о*р ш1п при жестких режимах обусловлено малой
...
у сталей с более высоким содержанием углерода и 1—3% Сг (40ХГСЛ,. 45ХНМТА и 43ХЗСНМФА, рис. 141).
...
склонностью этой стали к росту зерна, невысоким уровнем напряжений второго рода и относительно низкой концентрацией избыточных ва­кансий благодаря малому количеству углерода и высокому содержанию хрома и энергичных карбидообразующих элементов.
...
склонностью этой стали к росту зерна, невысоким уровнем напряжений второго рода и относительно низкой концентрацией избыточных ва­кансий благодаря малому количеству углерода и высокому содержанию хрома и энергичных карбидообразующих элементов.
...
днях мартенситного превращения, либо через некоторое время после пол­ного охлаждения сварного соединения. Это накладывает определенные требования к выбору не только температуры предварительного или сопут­ствующего подогрева при сварке, но и длительности от момента окончания сварки до отпуска.
...
Как было показано выше, образование холодных трещин при сварке зависит от кинетики процессов фазовых превращений и изменения де­формаций и напряжений. Развитие этих процессов определяется составом стали и металла шва, термическим циклом сварки, а также формой и размерами (жесткостью) сварного соединения.
...
Современные способы количественной оценки сопротивляемости стали образованию холодных трещин при сварке можно разделить на две группы:
...
В связи с этим представляет большой интерес сопоставить данные этих двух видов испытаний для сталей различных систем легирования. Приведем некоторые результаты сравнительного исследования автором и В. В. Беловым сопротивляемости образованию холодных трещин по методикам ИМЕГ-4, пробы CTS и крестовой пробы сталей следующих пяти основных групп, сущзственно отличающихся по своей реакции на термический цикл сварки (по склонности к закалке) вследствие значи­тельной разницы в устойчивости аустенита: 1) углеродистые и низколеги­рованные стали с низкой и средней устойчивостью аустенита (ст. 45, 12ХН2, 20НГМ, 25НЗ, 35ГСНА, 23Г, 20ХГСА, 20ХГС, ЗОХГСА, 35ХМ, 35ХМФА, 35ХВФА, 40Х, 35ХГСА); 2) то же, с высокой устойчивостью аустенита(45ХМА, 45ХНМТА, 40ХГСНМТА, 40ХГСА); 3)сталис2-3% Сг, имеющие преимущественно бейнитную структуру (18Х2ВФ, 20X2, 5МВФ); 4) то жз, преимущественно с мартенситной структурой (ЗЭХ2ГСНВМ, 42Х2ГСНМ, 43ХЗСНМФА); 5) мартенситные и полуферритные стали с 12% Сг (15Х12НМВФА, 15Х12ВМФ, 25Х11МЗФ, 13Х12Н2МФ).
...
В табл. 30 и 31 приведены результаты испытаний сталей при сварке жестких проб. Стали расположены в порядке повышения сопротивляе­мости образованию холодных трещин. Скорости охлаждения, соответ­ствующие появлению мартенсита и 100% мартенсита в структуре, огра­ничивающие область частичной закалки, устанавливали по методике ИМЕТ-1 (см. § 3, гл. III). Температуры начала 7\,.я, конца 7\. к и 50% мартенситного превращэния Тш. 5оу„
...
При сварке обеих проб трещины возникали в околошовной зоне на расстоянии одного-двух крупных зерен от границы сплавления основ­ного металла со швом (рис. 142, а).
...
днях мартенситного превращения, либо через некоторое время после пол­ного охлаждения сварного соединения. Это накладывает определенные требования к выбору не только температуры предварительного или сопут­ствующего подогрева при сварке, но и длительности от момента окончания сварки до отпуска.
...
Сопротивляемость сталей образованию холодных трещин в околошовной зоне при сварке (проба CTS)
...
Сопротивляемость сталей образованию холодных тре
...




    Сварные базовые детали станков и машин. Обзор
    Руководство по пайке металлов
    Газовая сварка и резка металлов
    Металловедение сварки стали и сплавов титана
    Справочник по сварке и склеиванию пластмасс
    Контактная сварка. В помощь рабочему-сварщику
    Справочник молодого электросварщика по ручной сварке: Справ, пособие для средних ПТУ

    rss
    Карта