Микроструктурный анализ сварных соединений низкоуглеродистой стали

Оценивать структуру сварных соединений по диаграммам состояния можно только приблизительно, так как их условия охлаждения не отвечают равновесному охлаждению, при котором строятся диаграммы состояния. При этом следует учитывать процессы ликвации и возможность образования неравновесных структур.

Для назначения режимов термической обработки сварных соединений и определения влияния теплового воздействия при сварке на зоны основного металла, граничащие со швом, использование диаграмм состояния является вполне возможным.

Более точно можно определить структуру стальных сварных со­единений по термокинетическим диаграммам - диаграммам превращения аустенита при непрерывном охлаждении.

В низкоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,2-0,4% в результате перекристаллизации образуется структура из зерен феррита и небольшого количества перлита. При этом значительно увеличивается число зерен за счет образования в одном первичном зерне аустенита нескольких зерен феррита и перлита. Такая структура обладает хороши­ми механическими свойствами.

Однако известно, что в структуре доэвтектоидных сталей избы­точный феррит, а в заэвтектоидных - избыточный цементит могут выде­ляться из аустенита не по границам зерен, а по кристаллографическим плоскостям отдельных кристаллитов в виде полос, прожилок параллель­ных друг другу или под углом 60-90-120°..Такая структура встречается в литой стали и в стали перегретой при отжиге или горячей механической обработке. Структура перегретой стали нежелательна, так как она снижает механические свойства, особенно сопротивление ударным нагрузкам.

Температура нагрева сварного соединения при сварке различна, начиная от нормальной (комнатной) температуры и кончая температурой плавления сплава. Поэтому и структура металла зоны сварного шва, зоны сплавления и различных участков зоны термического влияния будет различ­ной. При этом характер структур в отдельных участках этой зоны может быть определен по диаграмме состояния сплава, подвергаемого сварке.

Рис.3. Температурные границы участков зоны термического влияния:

а - схема микроструктур околошовной зоны;

б - схема диаграммы состояния железо-цементит, с указанными на ней участками

зоны термического влияния для низкоуглеродистой стали.

На рис.3 показаны температурные границы и микроструктура участков зоны термического влияния свариваемой низкоуглеродистой стали.

Микроструктура наплавленного металла (сталь 08) в зоне свар­ного шва состоит из крупных ориентированных кристаллитов феррита и весьма незначительного количества перлитных участков (рис.4). Столб­чатые кристаллиты феррита в сечениях, не параллельных их продольным осям, могут наблюдаться в виде зернистой структуры. На этом же рисун­ке видна граница перехода наплавленного металла (зона сварного шва) к участку неполного расплавления (зона сплавления). Для участка не­полного расплавления - участка 1 на рис.3, а также для участка перегре­ва - участка 2 на рис.3 характерна видманштеттова структура с крупными темными зернами перлита (квазиэвтектоида) и феррита в виде светлой сетки, игл или пластин (рис.5).

Рис.4. Схема микроструктуры наплав- Рис.5. Схема микроструктуры стали
ленного металла (сталь 08, феррит и марки 5 на участке перегрева. Вид-
перлит; и стали марки 5 (0,35%С) на манштеттова структура, перлит (ква-
участке неполного расплавления (фер- зиэвтектоид) и феррит, х 250
рит и перлит), х 250

Большое количество квазиэвтектоида объясняется неравновес­ной кристаллизацией, при которой перлит образуется при содержании углерода меньше 0,8%. Подобная структура обладает, как известно, низ­кими механическими свойствами, особенно низкой ударной вязкостью.

Участок неполного расплавления при максимальной температуре нагрева состоит из смеси жидкой и твердой фаз, что вызывает развитие крупнозернистой структуры. При сварке низкоуглеродистой стали интер­вал температур неполного расплавления очень мал, что способствует образованию незначительных по размерам и трудноразличимых в структуре стали участков. Вместе с тем, влияние этого участка перехода на­плавленного металла к основному на качество сварного соединения весьма значительно.

Участок перегрева с крупнозернистым строением включает ме­талл, нагретый до температуры, близкой к температуре плавления.

Повышение содержания углерода в свариваемой стали ухудшает механические свойства перегретой структуры и затрудняет восстановле­ние их последующей термической обработкой.

Для участка нормализации (участок 3 см.рис.3), распространяе­мого на нагреваемый при сварке выше критической точки Aс3 металл, характерна мелкозернистая структура, состоящая из светлых зерен феррита и темных зерен перлита (рис.6).

Рис.6. Схема микроструктуры стали Рис.7. Схема микроструктуры стали

марки 5 на участке нормализации. марки 5 неполной перекристаллизации

Перлит (квазиэвтектоид) и феррит, Перлит и феррит, х 250.

х 250.

Значительное измельчение зерна основного металла связано с перекристаллизацией при нагреве и охлаждении. Поэтому участок нор­мализации металла обладает более высокими механическими свойства­ми, чем основной металл вне зоны термического влияния.

Участок неполной перекристаллизации (участок 4, см. рис.3), включает металл, нагретый при сварке в интервал температур от крити­ческой точки Ас1 до Ас3. При этом в структуре наблюдаются более круп­ные светлые зерна феррита, не прошедшие перекристаллизацию, и бо­лее мелкие светлые зерна феррита и темные зерна перлита, прошедшие перекристаллизацию (рис.7). Значительное различие о размерах зерен снижает механические свойства.

Участок рекристаллизации (участок 5, см. рис.3) включает ме­талл, нагретый при сварке в интервал температур 500-725°С, Сильное изменение микроструктуры участка рекристаллизации наблюдается толь­ко в стали, предварительно деформированной в холодном состоянии. Микроструктура участка рекристаллизации (рис.8) будет отличаться от строчечной структуры холоднонормированной стали (рис.9) более произвольно расположенными мелкими светлыми зернами феррита и темными зернами перлита. При этом размер зерен зависит от температуры и времени рекристаллизации.

Металл на участке рекристаллизации будет иметь более высо­кую пластичность и несколько меньшую прочность и твердость по срав­нению с исходным холоднодеформированным состоянием. Изменение структуры и свойств металла на участке рекристаллизации по сравнению с основным недеформированным металлом не наблюдается.

Участок синеломкости (участок 6, см. рис.3) по структуре совер­шенно не отличается от основного металла (см. рис.9). Однако участок синеломкости при нагреве до температур 200-250°С обладает понижен­ной пластичностью, что может послужить причиной образования трещин при сварке.

Рис.8 Схема микроструктуры стали 5 на Рис.9. Схема микроструктуры предварительно

участке рекристаллизации. Перлит и фер- деформированной стали 5 на участке синеломкости

рит, х 250. вне зоны термического влияния. Строчечная структура.

Перлит и феррит, х 350.

Информация о строении и свойствах отдельных участков сварно­го соединения позволяет более правильно оценить его качество и вы­брать соответствующую термическую обработку для него в целом или отдельно для сварного шва.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: