НАЦИОНАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО КОНТРОЛЯ И СВАРКИ

Некоммерческое Образовательное Учреждение

НОУ «ГАЦ ВВР»

4

Б.П. Конищев

ТЕОРИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

Основы металловедения сварки

(Физические процессы в металлах при сварке)

Нижний Новгород

2011

Строение железа

Железо имеет кубическую решетку 2-х видов:

ОЦК – объемно-центрированная кубическая решетка

ГЦК – гранецентрированная кубическая решетка.

а – параметр кубической решетки, нм – нанометр, 1 нм = 10^-9 м = 10^-6 мм.

Fe  - альфа-железо; Fe  - бетта-железо (немагнитное); Fe  - дельта-железо;

А₂ =768 ^оС = Т_к – точка Кюри; А₃ = 911 ^оС; А₄ = 1392 ^оС

Атомы железа расположены в вершинах куба и один атом в центре решетки. Это альфа-железо Fe . Оно сохраняется до А₂ = Т_к =768 ^оС. Потом оно переходит в бетта-железо Fe  (решетка та же, только не магнитит). После А₃=911 ^оС решетка переходит в ГЦК, атомы железа расположены по вершинам куба и в центре граней, а в центре куба железа нет. Решетка по размерам больше, т.е. ГЦК > ОЦК. После А₄ = 1392 ^оС ГЦК возвращается в ОЦК (это дельта-железо Fe ).

Структурные составляющие стали

1. Твердые растворы внедрения C, В, N, и другие неметаллы;

2. Твердые растворы замещения Mn, Cr, Ni и др. металлы

Феррит (Ф) – твердый раствор углерода и др. элементов в альфа и дельта-железе. Ф -низкотемпературный феррит; Ф - высокотемпературный феррит.

Аустенит (А) – твердый раствор углерода и других элементов в гамма-железе.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fe₃C.

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита с цементитом (Ф+Ц).

Мартенсит (М) – пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе.

Бейнит

верхний

Троостит

Сорбит

Перлит пластинчатый

Бейнит

нижний

Мартенсит

Ф А П С Т Б_в Б_н М Ц

Увеличивается твердость и прочность 

 увеличивается пластичность и ударная вязкость

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 ^оС

Ас₁, Ас₃ – критические точки при нагреве. Сталь 20 Ас₁₌735 С, Ас₃₌ 850 С

Аr₁, Аr₃ – критические точки при охлаждении. Сталь 20 Аr₁₌680 С, Аr₃₌835 С

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 Ф_ - С_мах =0,02 %

Максимальная растворимость углерода в Ф_ - 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  - Fe – называется мартенсит.

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