Задание1 По рисунку 1 проанализировать состояние сталей.
Рис. 1 Кривые распределения по длине зоны l твердости в сварном соединении из термоупрочненных сталей.
Задание 2
Указать влияние химического состава и структуры на физико-механические свойства шва:
Задание 3. Объяснить применение приведенной ниже номограммы и таблицы
Рис.2 Номограмма для расчета скорости охлаждения при Т=500°С
Табл.1 Допустимые скорости охлаждения металла ЗТВ для некоторых закаливающихся сталей
ЭТАЛОН ОТВЕТА
Задание 1
Разупрочнение в зоне термического влияния, сопровождаемое провалом твердости, может достигать 30% и более. Его появление связано с действием сварочного нагрева и касается тех участков зоны, максимальная температура нагрева которых лежит в пределах 500 °С — Асз (участки рекристаллизации и неполной перекристаллизации). Чаще всего разупрочнение связано с двумя процессами: 1) распадом пересыщенного твердого раствора и обеднением его упрочняющими легирующими элементами; 2) образованием карбидных фаз и коагуляцией их. Степень разупрочнения зависит от химического состава стали и ее термической обработки и увеличивается с повышением погонной энергии сварки: на рис. 190 кривая 1 представлена для стали 14ХМНДФР (qп — 8000 кал/см); кривая 2 — для 15ХСНД (qп — 7500 кал/см), а кривая 3 — для стали 15ХНД (qп — 12 ООО кал/см).
Значительно уменьшить и даже устранить разупрочнение можно, увеличив скорость охлаждения при сварке. Однако в этом случае следует учитывать возможность появления закалочных структур в околошовной зоне. Поэтому регулировать термический цикл при сварке термоупрочняемых сталей следует весьма продуманно.
Задание 2
- заметное увеличение количества низкоуглеродистого феррита и связанное с этим снижение вязкости и стойкости против образования трещин шва наблюдается при увеличении в нем содержания хрома более 13% и кремния более 0,35%.
- трещины не образуются при легировании наплавленного металла титаном в количестве 0,10—0,40%. Шов при этом приобретает мелкозернистую дезориентированную структуру, что повышает стойкость его против образования трещин;
- сварные швы, содержащие 12—13% хрома и 0,10—0,25% титана и не более 0,30%кремния, обладают оптимальными механическими свойствами. При увеличении в таких швах содержания титана выше 0,3% количество низкоуглеродистого (структурно-свободного) феррита в них резко возрастает, а ударная вязкость при этом, несмотря на измельченную, дезориентированную структуру, снижается;
- повышением содержания марганца от 0,35 до 0,8% в шве с 12—13% хрома ударная вязкость его возрастает;
- аналогично марганцу влияет никель. Влияние увеличения содержания марганца и никеля на ударную вязкость шва в данном случае связано с уменьшением количества низкоуглеродистого (структурно-свободного) феррита в нем;
- аналогично марганцу и никелю действует азот, содержание которого в швах с таким количеством хрома из условий предотвращения пористости не должно превышать 0,08%.
8. Чтобы обеспечить достаточную стойкость против образования холодных трещин при сварке стали 20X13 толщиной до 10 мм без предварительного подогрева и получить удовлетворительные механические свойства сварных соединений после высокого отпуска, необходимо иметь следующий химический состав металла швов: до 0,12% С; 0,5—0,8%Мо; 0,20—0,35%Si; 12—13%Cr; 0,4—0,8%Ni; 0,15—0,25%Ti. Сталь 20X13 не проявляет склонности к 475-градусной хрупкости и поэтому может применяться в качестве жаропрочного материала для сварных изделий, работающих при температуре до 500 °С.
Задание 3 На рис. 2. приведена номограмма для расчета скорости охлаждения околошовной зоны при толщине металла 5... 36 мм. Диапазон скоростей охлаждения металла зоны термического влияния, в котором не возникают трещины и получается удовлетворительное сочетание механических свойств, приведен в табл.1.
Сварка на режимах, при которых скорость охлаждения околошовной зоны больше верхнего предела, вызывает резкое снижение пластичности металла зоны термического влияния за счет ее закалки; режимы, приводящие к слишком малой скорости охлаждения (меньше нижнего предела, указанного в табл..1), снижают пластичность и вязкость вследствие чрезмерного роста зерна. Если сталь подвержена резкой закалке, то возможно, что при всех скоростях охлаждения в околошовной зоне образуется мартенситная структура в таком количестве, при котором пластичность металла будет низкой.
Критерии оценки
Отметка «5» ставится за правильно выполненные 3 заданий
отметка «4» ставится за правильно выполненные 3 задания с незначительными недочетами;
отметка «3» ставится за правильно выполненные 2 задания
отметка «2» ставится за не выполненное ни одно задание.
Практическая работа № 10. Ознакомление со структурой и свойствами цветных металлов и сплавов