Бондаренко. Брянский государственный технический университет
 Скачать 7.13 Mb.
|
Таблица 29Химическая неоднородность металла шва
Примечание. Со – концентрация (%) элемента в осях дендридов; См – концентрация (%)элементов в межосных объемах. Основное следствие ликвации – неоднородность химического состава, приводящего к образованию в шве менее эффективных интерметаллидных фаз по сравнению с фазами в основном металле. Так, в результате преимущественной ликвации титана в зонах ликвации при старении будет выделяться фаза NiTi, обладающая меньшей жаропрочностью, чем '–фаза. Все это приводит к образованию транскристаллитности швов, в центре которых на больших скоростях сварки формируется "зона слабины" – стык двух фронтов кристаллизации с явно выраженной зональной ликвацией. При малых скоростях сварки в центре шва образуются осевые кристаллиты, на гранях которых возникают две зоны срастания боковых и осевых кристаллов, также характеризуемые пониженными свойствами. В ЗТВ происходят следующие изменения структуры: – укрупнение зерна в гомогенных сплавах; – растворение упрочняющих фаз в гетерогенных сплавах в нагреваемой выше 900 °С зоне, фиксируемое по изменению твердости; – оплавление фаз в перестаренных сплавах; – перестаривание (при сварке состаренных сплавов), приводящее к укрупнению упрочняющих фаз. Развитие указанных негативных явлений зависит от длительности высокотемпературного нагрева, исходного состояния сплава и химического состава, определяющего стабильность фаз при нагреве. При сварке гомогенных никелевых сплавов (типа Х20Н45, ХН69ВТ, ХН78Т) возможно образование кристаллизационных и подсолидусных ГТ в металле шва. При сварке гетерогенных сплавов возможно появление ГТ и в ЗТВ, где велика протяженность ТИХ из-за наличия легкоплавких ликватов и мала пластичность из-за крупнозернистой структуры. Металлургические способы предотвращения ГТ:
Таблица 30 Влияние способа выплавки на сопротивляемость ГТ при сварке сплава Х20Н45М4В3БГ
Технологические способы предотвращения трещин:
Сопротивляемость образованию ГТ наиболее употребляемых проволок приведена в табл. 31. Таблица 31 Сопротивляемость металла шва образованию ГТ и его длительная прочность Д при 800 С
Трещины при послесварочной обработке возникают на этапе медленного нагрева в интервале дисперсионного твердения. Сплавы с (Ti+Al) > 4 % весьма склонны к трещинообразованию при термообработке сварных соединений. Сравнительная оценка склонности к таким разрушениям при термообработке представлена на рис. 47.
В сплавах, легированных Nb вместо Ti, также удается избежать образования трещин. Замена Ti позволяет на первом этапе ослабить интенсивность старения, что снижает сварочные напряжения, а на втором – повысить жаропрочность старения. Такие сплавы, как ХН62МБ8Ю (ЭП-709) с упрочняющей '–фазой Ni (Al, Nb) не склонны к образованию трещин в процессе термообработки при сохранении жаропрочности до 800 °С. В условиях циклического высокотемпературного нагружения наблюдается высокотемпературное охрупчивание, при котором происходит снижение в и пластичности основного металла и сварных соединений. Это обусловлено: – преобразованием первичных карбидов МеС во вторичные Ме6С и Ме23С6, имеющих пластинчатую форму и выпадающих на границах; – образованием оксидов Ме2О, способствующих диффузионному окислению сплавов по межзеренным границам; – изменением морфологии '–фазы в результате высокотемпературной деформации при сварке; – разнозернистостью металла в ЗТВ; – межзеренным проскальзыванием в ЗТВ в процессе сварки, приводящим к зарождению трещин возле включений и ступенек, образовавшихся при выходе дислокаций на границах. Чем короче длительность высокотемпературного нагрева при сварке и меньше разница в сопротивлении деформированию металла шва, ЗТВ и основного металла, тем слабее развиваются указанные необратимые изменения, выше эксплуатационные свойства и свариваемость сплавов. Под воздействием агрессивных сред охрупчивание металла вызывается сульфидной и межкристаллитной коррозией. Сульфидная коррозия связана образованием легкоплавких сульфидов никеля NiS (Тпл = 810 °С) при наличии в газовом потоке сернистых соединений. Сульфиды имеют больший объём, что вызывает разрыхление металла и проникновение сульфидов по границам зерен, особенно сильное в восстановительных средах, где нет плотных защитных пленок. Чем крупнее зерно в ЗТВ, чем больше напряжение и длительность высокотемпературного нагрева при сварке, тем ниже стойкость сварного соединения против газовой коррозии по отношению к основному металлу. МКК вызывается распадом твердого раствора в интервале 550...750 °С и выпадением карбидов в результате диффузии С и Сг на границах зерен. Снижению склонности швов к МКК способствует легирование ниобием исходя из соотношения Nb/C > 20 при работе соединений ниже 550 °С и Nb/C > 40 при более высоких температурах эксплуатации. Радиационное охрупчивание происходит под воздействием нейтронов и –частиц. При этом наиболее сильно снижается длительная прочность у дисперсионно-твердеющих сплавов, содержащих Со, N, В и др. Меньшее влияние радиация оказывает на гомогенные сплавы, не склонные к дисперсионному твердению. Их свойства восстанавливаются после отжига при Т = 0,5Тпл. Свариваемость облученного материала (при ремонте) понижена в связи с повышенным порообразованием, образованием ГТ в ЗТВ. Выбор сварочных материалов и технологии должен быть направлен на снижение гетерогенности швов и концентрации высокотемпературных деформаций, влияющих на появление ГТ и длительную прочность сварных соединений. 9.2. Технология сварки и свойства соединений При выборе сварочных материалов необходимо предотвратить горячие трещины в шве и ЗТВ, трещины при термообработке, а также обеспечить равную жаропрочность сварного соединения и основного металла. При сварке гомогенных сплавов применяют присадочные проволоки, близкие по химическому составу к основному. Отличие состоит в увеличении доли элементов, повышающих энергию активации процессов диффузии (Mo, W, Mn), и в уменьшении упрочняющих добавок (Ti, A1) (табл. 32). При сварке гетерогенных сплавов с большим содержанием Ti и Al применяют присадочные проволоки, в которых часть Ti заменена Nb. Таблица 32 Типовые составы присадочных материалов
Общий принцип выбора режима сварки – максимально возможное сокращение времени высокотемпературного нагрева, увеличение скорости охлаждения и уменьшения размеров сварочной ванны, снижение сварочных напряжений. Указанные требования выполняются при лазерной и ЭЛС на скорости < 50 м/ч. Эффективно также применение сварки давлением. Чтобы уменьшить перегрев, электроды и изделие помещают в воду или омывают струями воды. Сплавы с содержанием (Ti+Al) > 4 % являются плохо свариваемыми и их рекомендуют соединять диффузионной сваркой и пайкой. Термообработка после сварки для гомогенных сплавов включает аустенизацию сварных узлов при Т = 1050...1200 °С, которая приводит к растворению избыточных фаз и снятию сварочных напряжений. Это повышает работоспособность сварных соединений в коррозионных средах (табл. 33). Таблица 33 Жаропрочность сварных соединений никелевых сплавов
Примечание. Аустенизация 1200 С, 1 час, воздух. Для гетерогенных дисперсионно-упрочняемых сплавов термообработка включает аустенизацию и стабилизирующий отжиг. Более эффективна двукратная обработка, которая формирует глобулярную структуру карбидов и –фазы по границам. Последующее двухступенчатое старение при 900 °С, 8 часов и при 850 °С, 15 часов приводит к выделению '–фазы в объёмах зерен и стабилизирует структуру для последующей высокотемпературной эксплуатации, но не изменяет морфологию карбидов. Качественные сварные соединения показывают высокие эксплуатационные свойства, мало отличающиеся от основного металла (табл. 33). Контрольные вопросы к главе 9 1. Какими свойствами обладают никелевые сплавы? 2. Назовите трудности при сварке никелевых сплавов. 3. Как предотвратить возможность образования горячих трещин в никелевых сплавах? 4. Какие изменения структуры наблюдаются в ЗТВ? ЗАКЛЮЧЕНИЕ Многообразие сталей и сплавов, применяемых при изготовлении сварных конструкций, требует от инженера-сварщика глубоких знаний в области материаловедения, теории сварочных процессов, технологии и оборудовании сварки плавлением и давлением. Особенно это относится к специальным сталям и сплавам, которые характеризуются наличием в них большого количества легирующих элементов, обеспечивающих получение особых свойств сварных конструкций. К таким свойствам относятся жаростойкость, коррозионностойкость, хладостойкость, радиационностойкость и другие. Эти свойства обеспечиваются сталями различных структурных классов (аустенитные, ферритные и т.д.) и комплексным легированием. Разработка способов и технологии сварки таких материалов требует учета условий эксплуатации и требований к сварным соединениям. Условия работы сварной конструкции должны учитываться на всех этапах разработки технологии сварки и термообработки. При этом необходимо принимать меры против разрушения сварных соединений как при изготовлении, так и в условиях эксплуатации (устранять возможности образования трещин, коррозионного разрушения, охрупчивания и т.п.). Разрабатываются и будут разрабатываться новые марки сталей и сплавов, обладающих требуемыми эксплуатационными свойствами. Сварка таких материалов потребует применения новых чистых и сверхчистых основных и присадочных материалов, высококонцентрированных источников тепла (плазма, электронный луч) и специального оборудования. От инженера-сварщика требуется комплексный подход к разработке технологии и оборудования для сборки и сварки конструкций из специальных сталей и сплавов, начиная с анализа конструкции и заканчивая выбором способов контроля качества сварных соединений. Все это обусловливает необходимость изучения широкого круга вопросов общетехнических и специальных дисциплин, применения современных средств информационной и вычислительной техники. ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
