Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
8 Свариваемость 2013. Их свариваемость, т е. способность образовывать сварное соединение. Для разных видов сварки
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
СВАРИВАЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ Одним из важных технологических свойств металлов является их свариваемость, т. е. способность образовывать сварное соединение. Для разных видов сварки она может быть неодинаковой. Очень ценное свойство металла — хорошая свариваемость для нескольких видов сварки. К таким металлам относится, например, малоуглеродистая сталь. Наиболее проста и распространена сварка деталей из одного и того же металла. Здесь большинство металлов проявляют достаточно хорошую свариваемость. Но встречаются случаи пониженной свариваемости, где сварное соединение нельзя признать удовлетворительным. Иногда сварка настолько затруднена, что применить ее можно лишь при использовании особых, сложных приемов. Примерами металлов, имеющих пониженную свариваемость, могут служить некоторые высоколегированные стали, закаливающиеся стали, многие чугуны, большинство медно-цинковых сплавов, некоторые тугоплавкие и химически высокоактивные металлы и др. Факторами, затрудняющими сварку, могут быть образование кристаллизационных и холодных трещин, возникновение зон высокой хрупкости, испарение составных частей металла и пр. Более сложный случай - сварка разнородных металлов, которые различны по своей природе и свойствам. При этом сварку может затруднить
Удовлетворительная свариваемость должна обеспечивать соответствие сварного соединения определенным техническим требованиям. Поскольку такие требования весьма разнообразны, различными могут быть и показатели, принимаемые для оценки свариваемости. В связи с этим существует ряд испытаний для оценки свариваемости. Из них наиболее часто применяются такие: 1) определение стойкости металла шва к образованию кристаллизационных трещин; 2) определение стойкости металла околошовной зоны к образованию холодных трещин; 3) определение стойкости металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом к переходу в хрупкое состояние в сопоставлении с основным металлом при различных условиях (определение ударной вязкости, показателя пластической деформации и пр.); 4) проверка служебных характеристик металла шва и сварного соединения:
Выбор вида испытаний для оценки свариваемости того или иного металла зависит от свойств этого металла и условий работы сварного изделия. СВАРИВАЕМОСТЬ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ К углеродистым конструкционнымсталям относятся стали, в которых содержание углерода находится в пределах 0,1— 0,6%, а количество остальных примесей не превышает: Мп — 0, 7%- Si — 0,4%; Р - 0,05%; S — 0,07%; 02— 0,05%. Возможно наличие и других случайных примесей, содержание которых в таких сталях должно быть не более: Си — 0,5%; As — 0,05%; Сг — 0,3%; Ni — 0,3%. Обычно в сварных конструкциях применяют углеродистую сталь, выплавляемую в мартеновских печах и имеющую пониженное содержание вредных газов и примесей (N2, S и Р). В зависимости от содержания С углеродистые конструкционные стали разделяют на низко-, средне- и высокоуглеродистые. К низкоуглеродистым относят стали, содержащие до 0,25% С (Ст.3, стали 10, 15, 20, М16С, 22К и др.). Они обладают хорошей свариваемостью. Металл шва по своему химическому составу обычно несколько отличается от основного (понижено содержание углерода и повышено — марганца и кремния). Уменьшение содержания углерода может привести к снижению прочности сварного шва. Чтобы избежать этого, в металл шва вводят дополнительно марганец и кремний. Повышению прочности способствует также ускоренное охлаждение шва. Поэтому при сварке низкоуглеродистых сталей обеспечить равнопрочность сварного шва основному металлу легко. К среднеуглеродистым конструкционным сталям относят спокойные стали, в которых содержание С колеблется в пределах 0,26 — 0,45% (Ст5, стали 25,30, 35, 40, 25Г, 30Г, 35Г и др.). Повышенное содержание углерода ухудшает свариваемость этих сталей, так как оно снижает стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин и делает возможным появление в околошовной зоне малопластичных структур и холодных трещин. Усиление чувствительности швов к кристаллизационным трещинам объясняется тем, что углерод повышает степень неоднородности распределения серы и способствует выделению ее по границам кристаллитов в виде легкоплавких сульфидных включений, увеличивающих ТИХ. Чтобы получить качественный шов, следует снизить содержание углерода в нем за счет применения соответствующих сварочных материалов и уменьшения доли основного металла в наплавленном. Необходимую равнопрочность шва основному металлу получают дополнительным легированием элементами, упрочняющими феррит (марганец, кремний). Повышенное содержание углерода в среднеуглеродистых сталях облегчает возможность появления мартенсита в околошовной зоне. Для углеродистого мартенсита характерны высокая твердость (HВ> 600) и хрупкость, объясняемые пластинчатой формой строения мартенсита. Протекающее же при низких температурах (<350°С) мартенситное превращение резко повышает уровень внутренних напряжений. Чтобы предотвратить образование малопластичных и хрупких структур при сварке среднеуглеродистых сталей, следует замедлять охлаждение металла, регулируя режим сварки, а если необходимо, предварительно подогревать изделие. В ряде случаев для обеспечения высокой деформационной способности сварного соединения и его равнопрочности с основным металлом после сварки назначают термическую обработку (закалку с отпуском, нормализацию). Использование среднеуглеродистых сталей для сварки не всегда целесообразно. По металлургической обработке различают стали спокойные, полуспокойные и кипящие. Для сварки лучше спокойные стали. По способу производства бывают стали мартеновские и бессемеровские (конверторные). Для сварки лучше — мартеновские. В настоящее время в связи с коренными улучшениями производства конверторных сталей они могут считаться вполне пригодными для сварки. К высокоуглеродистым конструкционным сталям относят стали, содержащие 0,46…0,7% С. Высокоуглеродистые стали относят к трудносваривающимся. Свариваемость их еще более затруднена по тем же причинам, что и свариваемость среднеуглеродистых сталей. Для преодоления трудностей рекомендуются те же способы. ………………………………………………………………………………………………………. СВАРИВАЕМОСТЬ НИЗКО- И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТы) Легированными, называют такие стали, в состав которых входят легирующие элементы, отсутствующие в углеродистой стали, или те же кремний и марганец, но в повышенном по сравнению с углеродистой сталью количестве. Легирующие элементы в такой стали взаимодействуют с железом и углеродом и тем самым изменяют механические и физико-химические свойства металла. Как правило, легированные стали характеризуются высокими механическими свойствами, рядом специальных свойств (жаростойкость, коррозионная стойкость и др.) и повышенной стойкостью против хрупкого разрушения. Отмеченные особенности этих сталей широко используют при изготовлении из них соответствующих конструкций.
Легированные стали разделяют на три группы: низколегированные, среднелегированные, высоколегированные. В зависимости же от микроструктуры, получаемой при охлаждении на спокойном воздухе стандартных образцов, нагретых выше Ас3, эти стали разбивают на четыре структурных класса:
Для свариваемости каждой из названных групп сталей характерны свои особенности. 1. Свариваемость низколегированных сталей. К низколегированным относят такие стали, которые легированы одним или несколькими элементами при содержании каждого из них < 2% и суммарном содержании легирующих элементов < 5 % . Эти стали делят на три группы: 1.1 низколегированные низкоуглеродистые конструкционные; 1.2 низколегированные жаропрочные; 1.3 низколегированные среднеуглеродистые конструкционные. 1.1 Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали. 1.1.1 Низкоуглеродистые низколегированные конструкционные стали. Эти стали используют в машиностроении и строительстве. Поставляют их преимущественно в горячекатаном виде. Легирующие элементы — Мп, Si, Ni, Cr, Си, Ti — растворяются в феррите, упрочняют его и измельчают перлит. Благодаря этому прочностные характеристики таких сталей повышаются и предел прочности доходит до 55 кГ/мм2. По своей свариваемости стали этой группы мало отличаются от нелегированных низкоуглеродистых. Однако они более склонны к росту зерна в околошовной зоне, а при высоких скоростях охлаждения в ней могут появиться неравновесные структуры закалочного характера. 1.1.2 Низколегированные низкоуглеродистые высокопрочные стали (14Х2ГМР, 14ХМНДФР, 16Г2АФ, 12ХГ2СМФ и др.) относят к термически упрочняемым сталям, для которых наряду с высокой прочностью (в > 80 кГ/мм2) характерны достаточная пластичность, вязкость, повышенное сопротивление хрупким разрушениям, коррозионная стойкость и др. Применение таких сталей в машиностроении и строительстве позволяет значительно снизить вес конструкций и повысить их несущую способность. Упрочнения этих сталей достигают сочетанием минимального легирования с термической обработкой - обычно закалкой и отпуском. Таким образом, создается весьма измельченная структура с мелкодисперсными упрочняющими частицами карбидов или нитридов. Однако свариваемость высокопрочных сталей снижается в сравнении со свариваемостью низкоуглеродистых низколегированных, так как: 1) в околошовной зоне сварных соединений возможно образование холодных трещин; 2) в зоне термического влияния вероятно появление участка разупрочнения, снижающего прочность сварного соединения. Вследствие наличия легирующих элементов, повышающих устойчивость аустенита, эти стали чувствительны к скорости охлаждения. Но опасность возникновения холодных трещин в околошовной зоне здесь меньшая, чем в углеродистых конструкционных сталях, так как мартенситное (или бейнитное) превращение из-за низкого содержания углерода протекает при относительно высоких температурах (> 350 °С) и сопровождается сравнительно низкими напряжениями второго рода (микронапряжениями). Уменьшение скорости охлаждения в околошовной зоне, как и средства по снижению количества растворенного в металле сварочной ванны водорода, позволяют получить стойкий в отношении холодных трещин металл. Разупрочнение в зоне термического влияния, сопровождаемое провалом твердости (рис. 190), может достигать 30% и более.  Его появление связано с действием сварочного нагрева и касается тех участков зоны, максимальная температура нагрева которых лежит в пределах 500 °С — Асз (участки рекристаллизации и неполной .перекристаллизации). Степень разупрочнения зависит от химического состава стали и ее термической обработки и увеличивается с повышением погонной энергии сварки: на рис. 190 кривая 1 представлена для стали 14ХМНДФР (qn = 8000 кал/см); кривая 2 — для 15ХСНД. Значительно уменьшить и даже устранить разупрочнение можно, увеличив скорость охлаждения при сварке. Однако в этом случае следует учитывать возможность появления закалочных структур в околошовной зоне. Поэтому регулировать термический цикл при сварке термоупрочняемых сталей следует весьма продуманно. 1.2 Жаропрочные низколегированные стали (15М, 15ХМА, 20ХМА, 20ХМФЛ и др.) обладают повышенной прочностью при высоких температурах и длительных постоянных нагрузках. Их жаропрочность оценивается величиной предела ползучести и предела длительной прочности. Применяют эти стали для изготовления конструкций, работающих в условиях высоких температур (350—450 °С) и значительных напряжений, а также в средах, способствующих химическому и механическому разрушению металла (паровые котлы, нефтеаппаратура и пр.). Обычно в такие стали для повышения их жаропрочности вводят специальные легирующие элементы (Mo, V, W), которые повышают температуру разупрочнения металла при нагреве и стойкость металла к разупрочнению. Для одновременного повышения жаростойкости стали в ее состав вводят Cr, создающий защитную пленку оксидов на поверхности металла (жаростойкость — устойчивость против окисления при высоких температурах). Применяют жаропрочные стали, как правило, после термообработки (нормализация с отпуском, закалка с отпуском и др.) – снижение остаточных напряжений и выравнивание структуры Примечания: 1 Ползучесть—это способность нагретого до высокой температуры металла постепенно пластически деформироваться под воздействием длительной постоянной нагрузки. Отсюда предел ползучести— напряжение, при котором через определенный промежуток времени при заданной температуре деформация ползучести получит заранее установленную величину. 2 Пределом длительной прочности называется минимальное напряжение, вызывающее разрушение металла при заданной температуре за определенный отрезок времени (1000 ч, 10 000 ч и т. д.). Стали этой группы обладают удовлетворительной свариваемостью. Однако при этом нужно обязательно получать металл шва, близкий по составу к основному, чтобы предупреждать развитие диффузионных процессов в условиях высоких температур Тем самым достигается и необходимая равнопрочность металла шва с основным металлом. Жаропрочные низколегированные стали характеризуются повышенной чувствительностью к закалке. Поэтому в околошовной зоне могут образовываться хрупкие структуры мартенсита и холодные трещины. Чтобы создать в свариваемом металле условия, при которых околошовная зона охлаждалась бы со скоростью, не превышающей допустимую, применяют предварительный подогрев изделия. Температуру подогрева и режим сварки определяют соответствующим расчетом. Обычно температура подогрева хромо-молибденовых жаропрочных сталей лежит в пределах 200 — 300 °С. После сварки все изделия из жаропрочных низколегированных сталей подвергают термической обработке (чаще — нормализации с отпуском, иногда — высокому отпуску для выравнивания структуры и снятия сварочных напряжений). 1.3 Среднеуглеродистые низколегированные конструкционные стали (25ХГСА, 30ХГСА, 35ХМ и др.), наиболее широко применяемые в машиностроении, используют преимущественно в термически обработанном виде. Такие стали обладают высокими механическими свойствами, в особенности прочностными характеристиками (в = 80…110кГ/мм2). |