Разупрочнение

Трещины повторного нагрева

С увеличением степени легированности свариваемых сталей, особенно химическими элементами, способствующими дисперсионному твердению, значительно возрастает вероятность образования трещин при повторном нагреве сварных соединений в процессе последующей термообработки, например, отпуска. Механизмы, ответственные за образование трещин термической обработки (ТТО) можно разделить на две группы в зависимости от их влияния на прямое и относительное разупрочнение границ зерен.

Прямое разупрочнение является следствием зерноограничительной сегрегации легирующих и примесных элементов, адсорбции газов, выделения хрупких фаз, появления в результате мартенситного превращения субмикроскопических или микроскопических зародышевых дефектов.

Относительное разупрочнение, являющееся в большинстве случаев основным фактором, проявляется в результате процесса дисперсионного твердения, вызванного выделением частиц термически стойких вторичных фаз. При выдержке, принятой в процессе термической обработки, дисперсионное твердение низко- и среднелегированных сталей проявляется в температурном интервале 500-600С, в котором отмечается появление ТТО, что вызвано в первую очередь образованием карбидов молибдена и ванадия.

Для анализа склонности сварных соединений к образованию трещин при повторном нагреве используются различные показатели, предложенные различными исследователями, например,

Для сталей с С < 0,18% и Cr < 1,5% используется показатель DG = Cr + 3,3Mo + 8,1V –2

При DG > 0 возрастает опасность появления ТТО.

Для сталей типа 15Г2НМ

CERL = 0,2Cu + 0,44S + P + 1,8 As + 1,9 Sn +2,7 Sb

C увеличением CERL возрастает опасность появления ТТО.

Для сталей типа 0,5Cr-Mo-V

R= P = 2,43As + 3,57Sn + 8,16 Sb

C увеличением R возрастает опасность появления ТТО.

Одним из важнейших показателей свариваемости термически упрочненных сталей является склонность к разупрочнению под действием термического цикла сварки. Явление разупрочнения закономерно для сталей с нестабильной структурой, потому, что структура термоупрочненной стали обладает большим запасом свободной энергии, чем равновесная феррито-карбидная фаза, образующаяся в условиях сварочного нагрева и охлаждения в ЗТВ сварных соединений при общепринятой технологии сварки. В зависимости от химического состава стали эффект разупрочнения проявляется в определенном интервале максимальных температур нагрева.

Исследования свидетельствуют о значительной разупрочняемости термоупрочненных сталей перлитного класса при сварке по общепринятой для нормализованных и горячекатаных сталей технологии. Термически упрочненные стали с бейнитной и бейнитно-мартенситной структурами в меньшей степени подвергаются разупрочнению. Это обстоятельство связано с воздействием отдельных легирующих элементов на решетку железа, искажение которой сопровождается повышением твердости и прочности металла. Степень повышения твердости металла зависит от условий охлаждения.

Разупрочнение является результатом проявления ряда процессов: коагуляции карбидов, изменения их состава, снижения плотности дислокаций и др.

Наряду с разупрочненными участками в ЗТВ наблюдается участок подкалки. Степень повышения твердости металла этого участка определяется химическим составом стали и термическим циклом сварки. В ряде случаев наличие участка подкалки может явиться причиной снижения конструктивной прочности сварных соединений.

Склонность сталей к разупрочнению проявляется в зависимости от соотношения скоростей охлаждения w кр/ w, где w кр – условная критическая скорость охлаждения, при которой обеспечивается распад аустенита с образованием структур, твердость которых соответствует твердости свариваемой стали; w - скорость охлаждения при сварке. Чем ближе значение w кр/ w, к единице, тем меньше степень разупрочнения.

В некоторых работах исследователей в этой области проанализированы два подхода к обеспечению равнопрочности сварных соединений. Первый основан на снижении w кр за счет легирования, изменения структурного состояния сталей, повышения степени гомогенизации аустенита. Второй основан на повышении w до w кр посредством принудительного сопутствующего охлаждения.

Дата добавления: 2014-01-07