ан, кГ -и/си? 6,% ]2 еь.бт.кГ/ппг

25

20

15

10

металла к старению, повышается склонность к хладноломкости синеломкости, увеличивается способность к закалке, понижаете^ магнитная проницаемость, увеличивается электрическое сопротивление металла.

Таким образом, в общем случае азот — нежелательная примесь в металле шва, особенно при действии на такой металл динамической нагрузки. Однако в условиях сварки высоколегированных сталей аустенитного класса азот повышает устойчивость аустенита и выступает как легирующая добавка, способная заменить некоторое количество никеля. В таких сталях азот устраняет явление

транскристаллизации и улучшает механические свойства; может вызвать и эффект упрочнения чугуна.

Влияние водорода на свойства стали Водород может оказывать на металл двоякое влияние: с одной стороны^ он защищаег его от насыщения кислородом и азотом, предупреждает окисление, связывая кислород, восстанавливает при известных условиях металл из оксидов, препятствует образованию нитридов железа; с другой - растворяется в металле и становится причиной появления существенных дефектов в шве — пористости и трещин.

Металлы, растворяющие водород, делятся на две группы-

1)Не Образующие ХИМИЧеСКИХ Соединений С ВОДОРОДОМ тт- Ре,

№, А1, Со, Си, Мо, Р1 и др.;

2)образующие твердые растворы и химические соединения с водородом (гидриды) — 2г, Т\, V, Та, Тп и др-

Атомарный водород растворяется как в твердом, так и в жидком железе. Как видно из рис. 113, растворимость водорода в железе с повышением температуры растет и изменяется скачкообразно в моменты полиморфных превращений. При переходе железа из твердого состояния в жидкое наблюдается резкое возрастание растворимости водорода, достигающее максимальной величины при температуре ~ 2400 °С. Таким образом, наиболее значительное насыщение металла водородом происходит в процессе переноса капель.

Степень насыщения жидкого металла водородом зависит от наличия в газовой среде элементов, способных связывать водород в химические соединения, нерастворимые в жидком металле и тем самым снижающие парциальное давление его в газовой среде. Так, образование в газовой среде соединений ОН и ИР, нерастворимых в жидком металле, снижает насыщенность металла водородом. На рис. 115

о

0.05 0.10 0.15

Рис. 114. Влияние содержания азота иа механические свойства малоуглеродистой стали.

представлены зависимости между растворимостью водорода в металле, температурой среды и парциальным давлением рнг его в газовой среде. Кривая / приведена для рцг = 760 мм рт. ст. (1 ата); кривая 2 — для рнг = 380 мм рт ст. (0,5 ата); 3 — для рн, = 1= 190 мм рт. ст. (0,25 шла); — для рн, = 76 мм рт. ст. (0,1 ата).

Находясь в окисленном жидком металле, водород взаимодействует с кислородом по уравнениям

2[Н] + [О] [Н] + Ю] -

ОН

(VI.20) (VI.21)

[H][o] = const

Рис. 115. Влияние температуры и парциального давления водорода в газовой фазе на его растворимость в жидком железе.

,0 0.02 0,04 0,0б[о],%

Рис. 116. Кривая, характеризующая совместную растворимость водорода и кислорода в жидком железе при р = 22 мм рт. ст.: О— данные Морозова и Чучмарева; ф - данные Морозова и Борисова.

(в скобки взяты газы, растворенные в металле). Поэтому наличие в металле кислорода ограничивает концентрацию в нем водорода. На рис. 116 приведены данные о совместном растворении водорода и кислорода в жидком железе. Как видим, даже незначительная окисленность жидкого металла резко снижает содержание в нем водорода.

Насыщение водородом жидкого металла отрицательно сказывается на его свойствах. При достаточно быстром охлаждении металла ванны не весь растворенный в ней водород успевает выделиться. Оставшийся в металле атомарный водород задерживается в ветвях зарождающихся и растущих дендритов, у поверхности кристаллов, у мест расположения посторонних включений, а также дефектов кристаллической структуры. Здесь атомы водорода воссоединяются в молекулы, а парциальное давление атомарного водорода резко снижается, вследствие чего он продолжает сюда диффундировать. Непрерывно образующийся молекулярный водород создает значительные давления, так как сам он не в состоянии диффундировать через металл и практически нерастворим в нем. Кроме того, водород может окисляться в водяной пар, который в металле не растворяется. В связи с тем что давление направлено во все стороны, в металле возникает объемное напряженное состояние, приводящее