- •Федеральное агентство по образованию
- •Научный редактор Кащук м.Г.
- •Предисловие
- •Введение
- •Условные обозначения
- •Рдс – ручная дуговая сварка штучными электродами;
- •Оцк – объемно-центрированная кристаллическая решетка;
- •Мхн – микрохимическая неоднородность.
- •1. Классификация сталей и сплавов
- •1. По химическому составу:
- •2. По назначению в зависимости от основных свойств:
- •3. По системе легирования:
- •5. По системе упрочнения твердого раствора:
- •2. Особенности работы сварных конструкций из специальных сталей и сплавов
- •3. Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие в сталях при сварке
- •3.1. Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие при нагреве
- •3.2. Влияние легирующих элементов на превращения аустенита при охлаждении
- •3.3. Влияние легирующих элементов на структурные превращения при сварке
- •3.4. Влияние легирующих элементов на физические свойства сталей
- •3.5. Влияние легирующих элементов на плавление и кристаллизацию металлов и сплавов
- •3.5.1. Особенности кристаллизации сварочной ванны
- •3.6. Химическая неоднородность сварного соединения
- •3.7. Влияние режима сварки на степень химической неоднородности сварного шва
- •4. Свариваемость легированных сталей
- •4.1. Горячие трещины в сварных соединениях
- •4.1.1. Методы повышения сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин
- •4.2. Холодные трещины в сварных соединениях
- •4.2.1. Способы повышения сопротивляемости сварных соединений легированных сталей холодным трещинам
- •4.3. Ламелярные трещины
- •4.4. Трещины повторного нагрева
- •4.5. Хрупкие разрушения
- •4.6. Термическая обработка сварных соединений
- •5. Сварка жаропрочных перлитных сталей
- •5.1. Трудности при сварке жаропрочных перлитных сталей
- •5.2. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •5.3. Термическая обработка сварных соединений
- •Режим отпуска сварных соединений, выполненных дуговой сваркой
- •6. Сварка хромистых сталей
- •6.1. Общие рекомендации по сварке хромистых сталей
- •6.2. Сварка мартенситных сталей
- •4. Термообработка после сварки (табл. 12).
- •Тепловой режим сварки мартенситных сталей
- •6.2.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •6.3. Сварка мартенситно-ферритных сталей
- •6.3.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •6.4. Сварка ферритных сталей
- •6.4.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •7. Сварка аустенитных хромоникелевых сталей
- •Химический состав коррозионно-стойких сталей
- •Химических состав некоторых жаропрочных сталей
- •7.1. Трудности при сварке хромоникелевых сталей
- •4. Поры в наплавленном металле.
- •7.1.1. Трещины в сварных соединениях
- •7.1.2. Межкристаллитная коррозия сварных соединений
- •7.1.3. Охрупчивание металла сварного соединения при эксплуатации
- •7.1.4. Поры в наплавленном металле
- •7.2. Общие рекомендации по сварке аустенитных сталей
- •7.3. Технология сварки
- •7.4. Термическая обработка
- •8. Сварка разнородных сталей
- •8.1. Образование и строение зоны сплавления
- •8.2. Образование диффузионных прослоек в зоне сплавления
- •8.3. Дефекты сварных соединений
- •8.4. Рекомендации по сварке разнородных сталей
- •9. Сварка сплавов на никелевой основе
- •9.1. Трудности при сварке никелевых сплавов
- •Химическая неоднородность металла шва
- •9.2. Технология сварки и свойства соединений
- •Приложения
- •Перечень лабораторных и практических работ
- •Темы индивидуальных докладов
- •Условное обозначение элементов в марках сталей
- •Список использованной и рекомендуемой литературы Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Введение ……………………………………………………………... 4
3.6. Химическая неоднородность сварного соединения
Формирование сварного соединения сопровождается сложными диффузионными процессами в жидкой и твердой фазах, которые приводят к изменению химического состава в различных зонах, выделению или перераспределению примесей и ЛЭ.
Состав кристаллизирующейся твердой фазы будет отличаться от состава исходного расплава, т. к. сначала затвердевают более чистые материалы, а расплав будет постоянно изменять химический состав.
Неоднородность по химическому составу, наблюдаемая в отливках и сварных швах в результате особенностей кристаллизации, называется ликвацией, а участки с выраженным увеличением содержания примесей – ликвационными зонами, или просто ликвациями.
Распределение примеси или ЛЭ при постоянной скорости кристаллизации выражают через коэффициент распределения К – отношение концентраций элементов в твердой и жидкой фазах, Ств/Сж. Для большинства сплавов К < 1, т.е. растворимость элемента в твердой фазе меньше, чем в жидкой.
В металле шва наблюдаются преимущественно два вида ликвации: дендритная (микрохимическая неоднородность) (МХН) и зональная. В свою очередь, дендритная ликвация может быть внутри - и межкристаллической (рис. 15).
Внутрикристаллическая химическая неоднородность (ВХН) проявляется как различное содержание примеси в последовательно кристаллизующихся точках кристаллита (1, 2, 3, 4).
На рис. 16 показано распределение примесей. В центральной части шва в зоне встречи двух противоположных фронтов кристаллизации обычно количество примесей невелико, во всяком случае, не больше, чем в пограничных областях между соединениями ячейками или осями дендритов, так как большая часть примесей захватывается боковыми гранями или ветвями.
Рис. 15. Виды химической неоднородности сварного шва |
Межкристаллическая химическая неоднородность определяется как отношение концентраций примеси в пограничной зоне и в центре кристаллита (С5/С2) и является результатом оттеснения к границам растущих кристаллитов различных легкоплавких эвтектик и примесей, создающих межкристаллитные прослойки (рис. 16). |
Рис. 16. Распределение примесей в зоне срастания кристаллов |
Особую опасность представляют располагающиеся здесь легкоплавкие эвтектики типа сернистых. При дендритном (рис. 16, а) или ячеистом (рис. 16, б) типе кристаллизации в результате бокового роста выступов примеси оттесняются в межячеистые или в междендритные пространства. |
Заметное влияние на формирование МХН оказывает прерывистость процесса кристаллизации, которая характеризуется микроскопическими изменениями средней скорости кристаллизации: замедлением, остановкой и ускорением (рис. 17).
Все это является причиной "слоистости" сварного шва. При нерегулярном характере изменений Vкр на поверхности шва появляются геометрические нарушения, наблюдаемые как "чешуйчатость" шва.
Рис. 17. Распределение примеси по оси кристаллита (а), регулярная (б) и нерегулярная (в) слоистость шва |
При замедлении и остановке Ств приближается к равновесной СоК, при ускорении процесс приближается к бездиффузионной кристаллизации, а Ств – к максимальной в концентрационном уплотнении Со/К. Микроскопическое изменение Vкр имеет регулярный характер, связанный с процессом выделения тепла при кристаллизации, и нерегулярный, обусловленный колебаниями режима сварки, падением капель, механическими колебаниями изделия и т. п. |
Межкристаллитная МХН образуется путем отвода растворенных примесей от вершины к подножию выступов при их росте в зоне концентрационного уплотнения. При ячеистом и дендритном типах кристаллизации в результате прямого и бокового роста выступов примеси оттесняются в межячеистые пространства.
Распределение примесей, формируемое в процессе кристаллизации шва, может существенно отличаться от распределения примесей в конечной структуре шва. Это связано с процессами выравнивающей диффузии, скоростью охлаждения и другими факторами.