- •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
5. По системе упрочнения твердого раствора:
карбидное – характерно для жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием углерода 0,2...1,0 %; при выдержке стали при Т = 600...650 °С выпадают сложные карбиды Fe, Cг, Nb, V, W типа Me23C6, Ме6С, MeC и другие, которые располагаются по границам зерен и "заклинивают" их;
боридное – характерно образованием боридов Fe, Cr, Mo, Nb;
интерметаллидное – характерно для никельсодержащих жаропрочных сталей легированных Ti (1,0...3,5 %) и Аl (до 6 %). При Т = 650...850 °С образуются мелкодисперсные интерметаллиды типа Ni3 (Ti, Al), (Ni; Fe)2Ti и другие. Наличие других элементов может привести к карбидному виду упрочнения.
Контрольные вопросы к главе 1
1. По каким показателям классифицируются стали и сплавы?
2. Перечислите структурные составляющие системы Fe–C.
3. Чем отличается аустенит от феррита?
4. Как классифицируются стали по назначению?
5. Каким образом определяется принадлежность стали к структурному классу?
2. Особенности работы сварных конструкций из специальных сталей и сплавов
В зависимости от длительности работы сварные конструкции можно разделить на группы:
1. Кратковременного действия (узлы ракет и ракетных двигателей), работающие несколько минут.
2. Среднего действия (узлы самолетов и т. п.), работающие сотни часов.
3. Длительной службы (паропроводы, турбины, химическая аппаратура), работающие 10...20 лет.
Как правило, чем выше температура, давление и другие параметры, тем короче срок службы конструкций.
В сварных конструкциях из легированных сталей под действием длительных нагревов наблюдаются следующие формы нестабильности структуры:
– сфероидизация перлита и коагуляция (укрупнение) частиц карбидной фазы;
– графитизация (только в сталях перлитного класса, не содержащих хром);
– образование новых и перерождение старых фаз (химических соединений);
– перераспределение легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой.
В условиях работы атомных электростанций добавляется и действие нейтронного облучения и агрессивной среды.
При работе в условиях ползучести и малоцикловой усталости наблюдается:
1. Внутризеренная деформация, когда пластическая деформация происходит путем сдвига внутри зерна. Такая деформация наблюдается при значительных скоростях ползучести, больших напряжениях и сравнительно коротком времени его действия. При этом возникают значительная пластическая деформация и вязкое разрушение.
2. Межзереннаядеформация, при которой образование и развитие трещин происходит по границам зерен. Такой вид деформаций наблюдается при малых скоростях ползучести (малыеи высокие Т). При этом происходит хрупкое разрушение.
Вследствие упругопластического скольжения зерен по границам, ориентированным в направлении нормальных напряжений, под действием происходит релаксация касательных напряжений и накопление нормальных напряжений на поперечных границах.
Мартенситные превращения (как и понижение Т) исключают развитие упругопластической деформации в прилегающих участках металла. Поэтому вершины зерен, в которых сходятся скользящие границы и прилегающие к ним поперечные, являются наиболее вероятными местами очагов разрушения.
В этих условиях проявляется несовершенство сварных соединений, обусловленное самим процессом сварки.
К этим несовершенствам относятся:
– неоднородность структуры и свойств металла по зонам сварного соединения (наличие хрупких участков закалочного и иного происхождения, малопрочных прослоек и т. п.);
– концентраторы напряжений, обусловленные формой шва и сварного узла;
– наличие концентратов в виде допустимых технологических дефектов шва (шлаковые включения, газовые поры и т. п.);
– наличие остаточных сварочных напряжений.
Для устранения или уменьшения таких несовершенств сварных соединений необходимо:
1. Совершенствовать проектно-технологическую проработку сварной конструкции.
2. Применять более технологичные и чистые материалы, например сталь ЭШП, ВДП.
3. Применять прогрессивные способы сварки, позволяющие получать сварные соединения (швы) требуемой чистоты, свойств, сплошности и геометрической формы,
4. Совершенствовать методы нагрева для термообработки сварных соединений в строго заданных режимах,
5. Совершенствовать методы и средства неразрушающего контроля для сооружаемых и эксплуатируемых сварных конструкций.
6. Совершенствовать организацию сварочных работ и повышать технологическую дисциплину их изготовления.
В настоящее время в промышленности применяется свыше 2500 марок сталей и сплавов и нет единой технологии их сварки.
Один и тот же материал можно использовать и в реактивном двигателе, и в химическом аппарате, и если в первом случае необходимо обеспечивать жаропрочность, то во втором – коррозионную стойкость. Технология сварки различна и зависит от условий эксплуатации.
Задачей инженера-технолога является разработка технологии сварки специальных сталей и сплавов с учетом условий эксплуатации и требований к сварному соединению.
Контрольные вопросы к главе 2
1. Какие формы нестабильности структуры наблюдаются в сталях под действием длительных нагревов?
2. Когда в сталях наблюдается межзеренная деформация?
3. Какими несовершенствами характеризуется сварное соединение?