Участок / (неполного расплавления) характеризуется одновременным присутствием жидкой и твердой (аустенит с предельным содержанием углерода 1,7—2,0%) фаз. При быстром охлаждении жидкая фаза затвердевает, образуя белый чугун; в твердой же фазе (аустенит) могут возникнуть закалочные структуры (мартенсит).

Участок 2 (аустенита) ограничен эвтектической и эвтектоидной температурами (в рассматриваемом случае 800—1150 °С). Его структура в значительной степени зависит от исходной структуры чугуна и может состоять из аустенита и графита, аустенита и цементита

или одновременно из Есех трех составляющих. Однако при быстром охлаждении вблизи первого участка из аустенита, в наибольшей степени насыщенного углеродом, может выделиться цементит, а затем, в результате переохлаждения аустенита,— и мартенсит.

На участке 3 (неполной перекристаллизации), нагреваемом в узком интервале температур, вследствие быстрого нагрева металла и кратковременности пребывания его в соответствующей температурной области феррит не успевает Рис. 214. Микроструктура участков У и 2 ПОЛНОСТЬЮ перейти в околошовной зоны на чугуне.аустенит. Поэтому при

охлаждении следует ожидать некоторого измельчения зерна за счет частичной перекристаллизации.

На участке 4 (графитизации и сфероидизации карбидов) наблюдается увеличение количества графита при распаде цементита, а также округление, или сфероидизация, оставшихся карбидов.

Итак, появление цементитных выделений и закалочных структур возможно на первых двух участках околошовной зоны, и поэтому здесь обычно металл обладает наибольшей твердостью и хрупкостью. Образование белого чугуна, или отбел, имеет место лишь на участке /.

Микроструктура участков 1 и 2 приведена на рис. 214. В верхней части зоны, ближе к наплавке, располагаются ледебуритные выделения, а ниже, на участке 2,— мелкоигольчатый мартенсит. В последнем случае сварочные напряжения создадут опасность возникновения холодных трещин. Появлению трещин способствует также наличие грубого пластинчатого графита. Модифицированный чугун, особенно с шаровидным графитом, более стоек к образованию трещин.

ТХ 1500 П00 1300 1200 1100 Си 1000

воо

Наиболее эффективно предотвращают появление отбеленных и закаленных участков металла, трещин, а также пористости чугуна подогрев и замедленное охлаждение после сварки. Уменьшение температурного градиента, термических напряжений и скорости охлаждения металла в этом случае приводит к значительному улучшению структуры металла, более полному распаду цементитных выделений (горячая сварка чугуна).

В многочисленных способах холодной сварки чугуна широко используются металлургические и технологические средства воздействия на металл для повышения качества соединений. К металлургическим средствам можно отнести следующие:

1)получение в наплавке феррито-перлитной структуры, характерной для малоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в дисперсные и более прочные, чем цементит, карбиды, равномерно распределенные в металле, максимального окисления избыточного углерода, или его «выжигания», при помощи кислородсодержащих компонентов сварочных материалов;

2)создание в наплавке структуры серого чугуна путем насыщения металла углеродом и другими графитизирующими элементами;

3)образование в наплавке различных сплавов железа с цветными металлами, отличающихся высокой пластичностью: медно-железных; медно-никелевых; железоникелевых.

Железо с медью образует раствор, в котором предельная растворимость железа в меди при температуре плавления последней составляет около 3% (рис. 215). Но только при содержании в меди 10—15% железа можно получить сплав с температурой плавления 1330—1370 °С, близкой к температуре плавления чугунов. В этом случае обеспечивается смешиваемость составляющих самого расплава с чугуном. Однако после затвердевания наплавка представляет собой мягкую медную основу с различными по форме и величине вкраплениями очень твердой стальной составляющей. Эти включения и затрудняют механическую обработку металла. Частично диффундируя в основной металл, медь проявляет себя как графитизатор, поэтому на участке / околошовной зоны отбел проявляется слабо.

Никель образует с медью непрерывный ряд твердых растворов (рис. 216), в которых при содержании 30—65% N \ температура плавления близка к температуре плавления чугунов. Интервал кристаллизации растворов 80 °С. Хорошее смешивание и сплавление чугуна с медно-никелевым сплавом, которому присуща высокая пластичность, позволяет получать достаточно однородный, весьма пластичный и плотный, хорошо обрабатываемый наплавленный металл. Недостатками сварки чугуна медно-никелевыми сплавами

Рис. 215. Часть диаграммы состояния для бинарного сплава Си—Ре.

363