Краткие теоретические сведения

Определение показателей

Технологической прочности стали в процессе кристаллизации

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

по курсу «Теория сварочных процессов»

для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка»

всех форм обучения

Мариуполь

УДК 621.791.042 (077)

Определение показателей технологической прочности стали в процессе кристаллизации: методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу «Теория сварочных процессов» для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка» всех форм обучения /сост.: В. Я. Зусин, А. Г. Белик. – Мариуполь: ПГТУ, 2015. – 11 с.

В лабораторной работе исследуется склонность к образованию кристаллизационных трещин при сварке малоуглеродистой стали, когда к плавленому флюсу добавляется ферросилиций и ферромарганец. Приводится методика проведения работы, требования к содержанию отчета, контрольные вопросы и рекомендуемая литература.

Составители: В. Я. Зусин, д-р техн. наук, профессор,

А. Г. Белик, канд. техн. наук, доцент

Рецензент Т. Н. Башмакова, канд. техн. наук, доцент

Утверждено

на заседании кафедры металлургии и технологии

сварочного производства,

протокол № 4 от 26 декабря 2014 г.

Утверждено

методической комиссией сварочного факультета,

протокол № 2 от 19 января 2015 г.

© ГВУЗ «ПГТУ», 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ... 4

2 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 4

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 7

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.. 10

5 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 11

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 11

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы по курсу «Теория сварочных процессов» необходимы для закрепления теоретических знаний студентов, полученных при изучении лекционного материала. Выполнение экспериментальной части при проведении лабораторной работы даст возможность проанализировать полученные данные и подтвердить теоретические выкладки.

На лабораторную работу отводится 4 часа, т.е. два занятия. За это время студенты должны составить отчет, выполнить экспериментальную часть работы, получить и проанализировать результаты, а также защитить работу.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучить влияние содержания кремния и марганца на склонность металла шва к образованию кристаллизационных трещин при сварке.

Задачи:

- ознакомится с теоретическими сведениями об исследуемом процессе;

- изучить экспериментальную схему для исследований;

- провести анализ полученных данных по результатам экспериментов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе сварки возникает больший градиент температур, вследствие чего возникает сжимающие и растягивающие усилия. Под действием этих усилий отдельные участки шва удлиняются и, если исчерпывается пластичность, то образуется трещина.

Сопротивление пластической деформации и пластичность материала зависит от температуры. Причем прочность зерна и границы изме­няется по различным законам (рис. 2.1).

При низких температурах прочность границы выше прочности тела зерна, поэтому деформация распределяется равномерно по всему объему, а показатель пластичности оказывается высоким. С ростом температуры интенсивнее протекают процессы релаксации, что увеличивает деформационную способность материала. При достижении эквикохезивной (равносвязной) температуры прочность тела и границы зерна становится одинаковой.

d – пластичность

Рисунок 2.1 – Влияние температуры на прочность и пластичность металла

С дальнейшим ростом температуры прочность границы становится меньше проч­ности зерна, поэтому деформация локализуется по границам зерен. Объем вещества, воспринимающего деформацию, уменьшается и резко снижается пластичность, Эту точку называют нижней границей температурного интервала хрупкости НгТИХ. Резкое снижение прочности границы обусловлено ее плавлением. С ростом температуры количество жидкой фазы растет, и кристаллиты получают возможность вращаться вокруг своей оси без заклинивания, что приводит к увеличению пластичности. Эту точку называют верхней границей температурного интервала хрупкости ВгТИХ. Интервал температур, обуславливающий низкую пластичность, называется температурным интервалом хрупкости (ТИХ). ТИХ определяется составом сплава, а также условиями охлаж­дения.

В процессе охлаждения при понижении температуры сплав, имеющий концентрацию С_о легирующего элемента (рис. 2.2) начинает кристаллизоваться. В первую очередь кристаллизуются более чистые порции жидкого металла, имеющие концентрацию легирующего элемен­та C₁ в соответствии с диаграммой состояния. Образующиеся твердые кристаллиты по мере снижения температуры увеличиваются в размерах за счет присоединения к ним новых порций металла. В какой-то момент образуется общий твердый каркас металла, в промежутках которого находится жидкая фаза. Начиная с этого момента кристал­литы, теряют возможность поворота и заклинивают, что приводит к накапливанию деформации усадки ε.

Рисунок 2.2 – Влияние процессов кристаллизации на величину ТИХ

Если деформация усадки окажется меньше пластичности сплава δ, то разрушения не будет, если больше – то образуется трещина ε ׳.

Вследствие неравновесности сварочного процесса линия солидус снижается, как показано на рис. 2.2 штриховой линией Т_{с нер}, а величина ТИХ увеличивается. Это может привести к исчерпанию пластичности и появлению трещин. Таким образом, при сварке склонность к образованию горячих (кристаллизационных) трещин возрас­тает по сравнению с равновесными условиями.

На величину температурного интервала хрупкости влияет химический состав сплава и свойства межкристаллитных прослоек, размеры и форма кристаллов. Значительно снижает стойкость сплава про­тив образования горячих трещин легкоплавкие эвтектики.

На стали отрицательное влияние оказывает наличие серы, фосфора, кремния (особенно в сочетании с углеродом), водорода. Сла­бее действуют марганец и никель. Однако при сварке конструкционных сталей необходимо учитывать не только наличие какого-то элемента, но и обязательно сочетания элементов, т.к. в этом случае возможно резкое уменьшение стойкости против образования горячих трещин (например, никель в сочетании с повышенным содержанием серы).