 |
Высокие скорости охлаждения, свойственные сварочному циклу, влияют на характер превращений в наплавленном металле, и поэтому конечные структуры отличаются от равновесных.
|
|
|
|
Скорость охлаждения при сварке для каждого объема металла шва во времени — величина крайне непостоянная. В начальный момент, после прохождения дугой исследуемого участка металла, скорость охлаждения достигает 500—300 °С/с, а с течением времени быстро снижается до 15…5 °С/с.
Наибольшее влияние на структуру металла шва скорость охлаждения оказывает в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита.
Для малоуглеродистой стали интервал температур наименьшей устойчивости аустенита приходится на температуры 500…550 °С, т.к. процессы перестройки структуры происходят при некотором переохлаждении (ниже 727 °С).
В указанном интервале температур мгновенная скорость охлаждения не должна превышать критических значений, при которых существенно возрастает доля мартенсита (закалочной структуры), и возникает опасность возникновения холодных трещин.
Для каждой стали существует своя критическая скорость wохл охлаждения в этом температурном интервале, превышение которой (wохл > wкр)приводит к появлению в структуре металла мартенсита.
Если скорость охлаждения ниже критической (wохл < wкр), то распад аустенита произойдет полностью, и продуктами превращения будут структуры типа перлита.
Наличие легирующих добавок и особенно углерода сдвигает С-диаграмму вправо (рис. 186), а потому снижает и величину критической скорости охлаждения. Следовательно, для получения перлитной структуры здесь потребуется более замедленное охлаждение металла, чем для обычной углеродистой стали.
Увеличение содержания углерода в стали повышает склонность к возникновению холодных трещин не вследствие увеличения фазы цементита, а из-за повышения склонности к закалке даже при средних скоростях охлаждения с образованием фазы мартенсита, который охватывает существенно больший объем металла.
|
|
|
Основными параметрами термического цикла околошовной зоны, влияющими на образование холодных трещин, являются (рис. 187):
1) максимальная температура нагрева Tmах;
2) скорость wн нагрева при 700—1000 °С;
3) длительность t1 нагрева от температуры, соответствующей критической точке Асз до Тmaх;
4) длительность t2 охлаждения от Tmах до температуры, отвечающей точке AС3.
5) скорость wо охлаждения при 500—600 °С;
Конечная структура металла околошовной зоны после охлаждения до нормальной температуры зависит от:
- параметров структуры, образующейся в процессе нагрева к моменту начала охлаждения,
- структурных превращений при охлаждении.
При нагреве перлит и феррит околошовной зоны превращаются в аустенит, карбиды частично или полностью растворяются в нем, зерна аустенита растут, и происходит выравнивание их состава (гомогенизация).
2. Высокотемпературный и длительный перегрев металла способствует укрупнению и гомогенизации зерен аустенита, что плохо сказывается на свойствах металла ЗТВ, потому что крупнозернистая гомогенная структура аустенита более устойчива, а при охлаждении высокая устойчивость замедляет его распад, что в конечном итоге ведет к увеличению доли мартенсита в структуре остывшего металла.
3. Быстрый нагрев и малое время пребывания металла в области температур выше Асз приводят к образованию сравнительно неустойчивого аустенита с мелкими зернами, что способствует при охлаждении более полному превращению аустенита в феррит с меньшей долей мартенсита.
В условиях повышенной скорости охлаждения перегретого металла с укрупненным зерном вполне вероятна закалка с резким снижением пластических свойств сварного соединения. В этом случае высока вероятность появления холодных трещин.
|
|
|
5. Если же в результате нагрева образовался мелкозернистый неустойчивый аустенит, то при той же повышенной скорости охлаждения содержание мартенсита в продуктах распада будет незначительным, сохранятся высокие пластические свойства сварного соединения и вероятность появления холодных трещин низка.
Термический цикл при сварке должен быть таким, чтобы в околошовной зоне, где металл нагревается выше критических точек полиморфных превращений, продолжительность нагрева была бы минимальной, а скорость охлаждения ниже критической.
Ориентировочно значение такой скорости охлаждения можно взять из С-диаграммы изотермического распада аустенита для свариваемой стали с корректировками на непрерывность охлаждения при сварке и рост зерна, вызванный нагревом. Определенная таким образом критическая скорость охлаждения носит приближенный, условный характер.
|
|
|
