Диаграмма Fe-c

При нагреве: солидус - начало плавления стали, ликвидус - конец плавления стали.

При охлаждении: ликвидус - начало кристаллизации, солидус - конец кри­сталлизации стали.

При С=0% Т_л = Т_с = Т_пл = 1539 °С

Ас₁, Ас₃- критические точки при нагреве

Аr₁, Аr₃- критические точки при охлаждении

Ас₁> А₁ (727°С), Аr₁< А₁ (727 °С), Ас₃ > А₃> Аr₃

С увеличением скорости нагрева критические точки повышаются, а с уве­личением скорости охлаждения - снижаются.

Максимальная растворимость углерода в Фα- С_мах = 0,02 %

Максимальная растворимость углерода в Фδ - С_мах = 0,1 %

Максимальная растворимость углерода в А - С_мах= 2,14 %

При снижении температуры растворимость С в аустените падает до 0,8 %.

Чем больше С, тем больше перлитных зерен, тем прочнее сталь.

Чтобы получить из аустенита феррит необходимо перестроить решетку и перераспределить углерод.

При быстром охлаждении углерод не успевает перейти в соседние зерна и образуется пересыщенный твердый раствор С в α - Fe — называется мартенсит.

Мартенсит - неустойчивая, нестабильная структура с большой твердостью,. прочностью, низкой пластичностью.

Виды термической обработки конструкционных сталей

1. Отжиг — нагрев выше линии Аз сталь переводится в аустенитное состоя­ние, выдержка и медленное охлаждение в печи.

При отжиге получается однородная структура, отличающаяся высокой пла- стичностью и низкой прочностью, в наибольшей степени снимаются напряжения.

2. Нормализация — нагрев выше Аз, выдержка и охлаждение на воздухе.

Образуется мелкозернистая структура, в меньшей степени, чем при отжиге, сни­жается прочность, повышается пластичность и ударная вязкость, снижаются на­пряжения.

3. Закалка — нагрев выше А₃, выдержка и быстрое охлаждение в воде или в масле. В результате закалки образуется мартенсит, сильно повышается твердость и прочность, снижается пластичность и ударная вязкость. Возникают закалочные напряжения, которые могут вызвать образование холодных трещин.

Чем больше в стали углерода и других легирующих элементов, тем больше склонность стали к закалке. Чем больше содержаний С, тем ниже температура на­грева под закалку и меньше должна быть скорость охлаждения. В воде охлаждают сталь, которая менее склонна к закалке, в масле - которая склонна.

4. Отпуск - нагрев ниже A₁, выдержка и охлаждение на воздухе. В резуль­тате отпуска снимается напряжение, происходит распад мартенсита, снижается твердость и прочность, повышается пластичность и ударная вязкость.

Отпуск бывает высокий ВО - 500-600 °С

средний СО - 400-500 °С

низкий НО - 300-400 °С

Чем выше температура отпуска, тем в большей степени происходят отме­ченные ранее изменения.

Строение зон сварного соединения

I - металл шва МШ

II - зона термического влияния ЗТВ

III - основной металл ОМ

Т_ирз- температура интенсивного роста зерна.

Крупнозернистая структура отличается пониженной пластичностью и удар­ной вязкостью.

Мелкозернистая структура отличается повышенной пластичностью и удар­ной вязкостью.

Строение зон сваренного соединения

1. Участок неполного расплавления (от температуры солидус до температуры ликвидус) обеспечивает неразрывную связь металла шва с основным метал­лом. Кристаллизация сварочной ванны начинается от оплавленных зерен основ­ного металла. От размера оплавленных зерен будут зависеть размеры кристалли­ческой структуры металла шва.

2. Участок перегрева или крупного зерна (от Т_ирс до Тс). Отличается пони­женной пластичностью и ударной вязкостью, чем крупнее зерно тем ниже эти свойства.

3. Участок нормализации или мелкого зерна (от т. А₃ до Т_ирс) отличающий­ся повышенной пластичностью и ударной вязкостью.

2-3 - Участки полной перекристаллизации. Исходная зернистая структура на 2 участке превращается в крупнозернистую, на 3 — наоборот в мелкозернистую.

4. Участок неполной перекристаллизации (от т. Ai до А3) состоящий из ис­ходных зерен феррита и новых мелких зерен перлита.

5. Участок рекристаллизации или отпуска (участок разупрочнения) (от температуры 500 °С до At)

Участок рекристаллизации наблюдается при сварке холодно-деформированной (наклепанной) стали. Из раздробленных зерен вырастают новые зерна. После рекри­сталлизации снижается твердость, прочность, повышается пластичность, ударная вяз­кость. Происходит снижение прочности — разупрочнение.

Участок отпуска наблюдается при сварке термически обработанной, т.е. за­каленной стали. В результате отпуска снижается твердость и прочность повыша­ется пластичность и ударная вязкость.

Для литой и отожженной стали изменения структуры на этом участке не происходит.

6. Участок старения или синеломкости (от 200 до 500 °С). Наблюдается особенно при сварке кипящих сталей, т.к. она не раскислена, в ней больше [FeO]. Когда кипящая сталь нагревается от 200 до 500 °С тогда кислород выделяется из твердого раствора, образуя оксидные неметаллические включения. Металл ох­рупчивается, снижается пластичность и ударная вязкость.

При больших скоростях охлаждения на 2 и 3 участке возможна полная за­калка, т.е. образование мартенсита. На 2-ом - крупноигольчатый мартенсит, на 3-ем — мелкоигольчатый, на 4 участке возможна неполная, частичная закалка.

Вывод: сварное соединение представляет собой совокупность участков ме­талла, прошедших разную металлургическую и термическую обработку.

Характерные участки сварного соединения из стали Ст3, выполненного сваркой под флюсом, электродная проволока Св-08

1 – шов; 2 – участок перегрева; 3 – участок мелкого зерна; 4 – участок неполной перекристаллизации; 5 – основной металл