Углеродный эквивалент стали 09г2с. Углеродный эквивалент. Вычисление значения твердости в зоне термического влияния

В процессе сварки свойства сварных соединений должны соответствовать свойствам основного металла. Это соответствие оценивается характеристикой, называемой свариваемостью. Свариваемость – комплексная технологическая характеристика металлов и сплавов, выражающая их реакцию на процесс сварки.

Свариваемость – способность свариваемых металлов и металла шва образовывать сварное соединение, отвечающее конструктивным и эксплуатационным требованиям. Сварное соединение не должно иметь трещин и участков металла с пониженными пластическими свойствами. Появление трещин и снижение пластических свойств может привести к разрушению сварных соединений при эксплуатации.

Свариваемость – способность свариваемых металлов образовывать сварное соединение, отвечающее конструктивным и эксплуатационным требованиям

Если свариваемые металлы образуют сварное соединение, отвечающее конструктивным, технологическим и эксплуатационным требованиям, то они хорошо свариваются.

Различают физическую и технологическую свариваемость.

Физическая свариваемость – свойство материалов создавать монолитное сварное соединение с химической связью . Такой свариваемостью обладают все практически чистые металлы.

Технологическая свариваемость – технологическая характеристика стали, определяющая ее реакцию на воздействие процесса сварки и способность при этом образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами.

Количественным показателем свариваемости является эквивалентное содержание углерода, которое определяют согласно ГОСТ 27772-88 по формуле (3.2). В формуле доля влияния каждого легирующего элемента на свариваемость стали (процентное содержание каждого элемента умноженное на коэффициент, указанный в формуле) суммируется с процентом содержания углерода в свариваемой стали.

t – толщина свариваемого металла.

Если С э 0,25%, то трещины в околошовной зоне не возникают и свариваемость считают хорошей.

Если С э = 0,25?0,35%, то свариваемость удовлетворительная. Трещины могут возникнуть и во избежание их появления необходимо применить предварительный подогрев. Сварку без подогрева допускают при толщине металла до 10 мм .

Если С э = 0,35?0,4%, то свариваемость ограниченная.

Необходим предварительный и сопутствующий подогрев.

Если С э > 0,4%, то сталь не сваривается обычными методами сварки плавлением.

Все малоуглеродистые стали, в которых углерода менее 0,25%, хорошо свариваются. При этом обеспечивается равнопрочность сварного соединения , швы обладают достаточной стойкостью против образования трещин.

Низколегированные стали, применяемые в строительстве, также хорошо свариваются, обладают необходимой стойкостью к образованию трещин и имеют необходимые механические свойства сварных соединений после сварки.

При сварке термоупрочненных сталей происходит нарушение структуры металла, образовавшейся при термической обработке. Получение равнопрочного соединения при сварке таких сталей вызывает определенные трудности и требует специальных технологических приемов.

Для более точной оценки свариваемости используют комплекс показателей свариваемости. Значение каждого показателя, полученное при испытании сварного соединения сопоставляют с нормативным значением того же показателя

Показатели свариваемости определяют техническую пригодность сталей и сплавов к выполнению процесса сварки.

В указанный комплекс входят следующие основные показатели свариваемости:

• сопротивляемость образованию горячих трещин (см. п 4.3.2);
• сопротивляемость образованию холодных трещин (см. п 4.3.2);
• чувствительность стали к тепловому воздействию сварки;
• окисляемость стали при сварочном нагреве;
• чувствительность к образованию пор;
• прочность при статическом растяжении металла шва или сварного соединения в целом;
• ударная вязкость металла шва или сварного соединения в целом;
• стойкость против коррозии;
• стойкость против искусственного старения.

Кроме того, в комплекс показателей входят химический анализ металла шва и околошовной зоны, а также анализ их макро и микроструктуры.

Если хотя бы один показатель свариваемости не удовлетворяет предъявленным требованиям, то металл считают обладающим плохой свариваемостью при данном способе сварки и принятой её технологии.

Следует отметить, что образованию горячих и холодных трещин более подвержены легированные и высоколегированные стали, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали. Стали, применяемые в строительстве, хорошо свариваются, обладают необходимой стойкостью к образованию горячих и холодных трещин и имеют необходимые механические свойства сварных соединений после сварки.

Стали, применяемые в строительстве, хорошо свариваются, без образования горячих и холодных трещин и имеют необходимые механические свойства сварных соединений после сварки.

1. Ручная дуговая с использованием специальных, изначально прокаленных электродов, диаметром от 2 до 5 мм. Типы: Э38 (для средней прочности), Э42, Э46 (для хорошей прочности до 420 МПа), Э42А, Э46А (для высокой прочности сложных конструкций и их работы в особых условиях). Сваривание стержнями ОММ-5 и УОНИ 13/45 совершается под действием постоянного тока . Работы с помощью электродов ЦМ-7, ОМА-2, СМ-11 проводятся током любой характеристики.
2. Газовая сварка. Чаще всего нежелательна, но возможна. Проводится с использованием присадочной проволоки Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-08ГС. Тонкий низкоуглеродистый металл (d 8мм) сваривается левым способом, толстый (d 8мм) - правым. Недостатки свойств шва возможно убрать посредством нормализации или отжига.

Сварку низкоуглеродистых сталей выполняют без дополнительного подогрева. Для деталей простой формы ограничения отсутствуют. Объемные и решетчатые конструкции важно защищать от ветра. Сложные объекты желательно сваривать в условиях цеха при температуре не ниже 5˚С.

Таким образом, для марок ВСт1 - ВСт4, сталь 10 - сталь 20 - свариваемость хорошая, практически без ограничений, требующая стандартного индивидуального подбора способа сварки, типа электрода и характеристик тока.

Среднеуглеродистые и высокоуглеродистые конструкционные стали

Насыщенность сплава углеродом снижает его способность к образованию хороших соединений. В процессе температурных воздействий дуги или газового пламени сера аккумулируется по краям зерен, приводя к красноломкости, фосфор - к хладноломкости. Чаще всего сваривают материалы, легированные марганцем.

Сюда относятся конструкционные стали обычного качества ВСт4, ВСт5 (ГОСТ 380-94), качественные 25, 25Г, 30, 30Г, 35, 35Г, 40, 45Г (ГОСТт 1050-88) разного металлургического производства.

Суть работы заключается в снижении количества карбона в сварочной ванне, насыщении металла в ней силицием и марганцем, обеспечении оптимальной технологии. При этом важно не допустить чрезмерных потерь углерода, что может привести к дестабилизации механических свойств .

Особенности сварочных работ со сталями среднего и высокого содержания углерода:

1. Изначальный подогрев кромок до 100-200˚С на ширину до 150 мм. Только марки ВСт4 и сталь 25 свариваются без дополнительного нагрева. Для среднеуглеродистых, обладающих удовлетворительной свариваемостью, перед началом выполнения работ производится полноценная нормализация. Для высокоуглеродистых необходим подготовительный отжиг.
2. Дуговая сварка осуществляется покрытыми прокаленными электродами, размером от 3 до 6 мм (ОЗС-2, УОНИ-13/55, АНО-7), под постоянным током. возможна работа в среде флюса или защитных газов (СО 2 , аргон).
3. Газовая сварка производится науглероживающим пламенем, левым способом, с предыдущим подогревом до температуры 200˚С, при равномерной низкой мощности подачи ацетилена.
4. Обязательная термическая обработка деталей: закалка и отпуск либо отдельный отпуск с целью минимизации внутренних напряжений, предупреждения образования трещин, смягчения закаленных мартенситных и трооститных структур.
5. Контактная точечная сварка выполняется без ограничения.

Таким образом, средне- и высокоуглеродистые конструкционные стали свариваются практически без ограничений, при внешней температуре не ниже 5˚С. При более низких температурах обязателен изначальный подогрев и высококачественная термическая обработка.

Сварка низколегированных сталей

Легированные стали - это стали, которые во время плавки насыщаются различными металлами с целью получения заданных свойств. Практически все из них положительно влияют на твердость и прочность. Хром и никель входят в состав жаропрочных и нержавеющих сплавов. Ванадий и кремний придают упругость, используются как материал для изготовления пружин и рессор. Молибден, марганец, титан повышают износостойкость, вольфрам - красностойкость. При этом, положительно влияя на свойства деталей, они ухудшают свариваемость стали. Кроме того, повышают степень закаливания и формирования мартенситных структур, внутренние напряжения и риски образования трещин в швах.

Свариваемость легированных сталей определяется также их химическим составом.

Низколегированные малоуглеродистые 2ГС, 14Г2, 15Г, 20Г(гост 4543-71), 15ХСНД, 16Г2АФ (ГОСТ 19281-89) относятся к хорошо свариваемым. В стандартных условиях не требуют дополнительного подогрева и термообработки по завершении процессов. При этом все же некоторые ограничения существуют:

• Узкий диапазон допустимых тепловых режимов.
• Работы проводить при температуре не ниже -10˚С (в условиях более низких атмосферных температур, но не ниже -25˚С, применять предварительный подогрев до 200˚С).

Возможные способы:

• Электродуговая сварка с силой постоянного тока 40 до 50 А, электродами Э55, Э50А, Э44А.
• Автоматическая сварка электрической дугой под флюсом с использованием присадочной проволоки Св-08ГА, Св-10ГА.

Свариваемость стали 09Г2С, 10Г2С1 также хорошая, требования и возможные способы выполнения те же, что и для сплавов 12ГС, 14Г2, 15Г, 20Г, 15ХСНД, 16Г2АФ. Важной характеристикой сплавов 09Г2С, 10Г2С1 является отсутствие необходимости подготовки кромок для деталей диаметром до 4 см.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные 25ХГСА, 35ХГСА (гост 4543-71) производят более значительное сопротивление формированию ненапряженных швов. Они относятся к группе с удовлетворительной свариваемостью. Требуют предварительного подогрева до температур 150-200˚С, выполнения многослойных швов, закалки и отпуска по завершении сварочных работ. Варианты выполнения:

• Сила тока и диаметр электрода при сваривании электрической дугой выбирается строго в зависимости от толщины металла, с учетом того, что более тонкие кромки сильнее подвергаются закалке во время работ. Так при диаметре изделия 2-3 мм значение тока должно быть в пределах 50-90 А. При толщине кромок 7-10 мм сила постоянного тока обратной полярности увеличивается до 200 А с использованием электродов 4-6мм. Используются стержни с целлюлозными или фтористо-кальциевыми защитными покрытиями (Св-18ХГСА, Св-18ХМА).
• При работе в среде защитного газа СО 2 необходимо использовать проволоку Св-08Г2С, Св-10Г2, Св-10ГСМТ, Св-08Х3Г2СМ диаметром до 2 мм.

Часто для этих материалов применяют аргонодуговой способ или сварку под флюсом.

Теплоустойчивые и высокопрочные стали

Сварочные работы с теплоустойчивыми железоуглеродистыми сплавами 12МХ, 12Х1М1Ф, 25Х2М1Ф, 15Х5ВФ необходимо проводить с предварительным подогревом до температур 300-450˚С, с завершающей закалкой и высоким отпуском.

• Электродуговая сварка каскадным способом оформления многослойного шва, с использованием прокаленных покрытых электродов УОНИИ 13/45МХ, ТМЛ-3, ЦЛ-30-63, ЦЛ-39.
• Газовая сварка с подачей ацетилена 100 дм 3 /мм с использованием присадочных материалов Св-08ХМФА, Св-18ХМА. Соединение труб выполняется с предыдущим газовым подогревом всего стыка.

При сварке среднелегированных высокопрочных материалов 14Х2ГМ, 14Х2ГМРБ важно руководствоваться теми же правилами, что и для теплоустойчивых сталей, с учетом некоторых нюансов:

• Тщательная зачистка кромок и использование прихваток.
• Высокотемпературное прокаливание электрода (до 450˚С).
• Предварительный подогрев до 150˚С для деталей толщиной больше 2 см.
• Медленное охлаждение шва.

Высоколегированные стали

Применение особой технологии необходимо при сваривании высоколегированных сталей. К ним относится огромный диапазон нержавеющих, жаростойких и жаропрочных сплавов , некоторые из них: 09Х16Н4Б, 15Х12ВНМФ, 10Х13СЮ, 08Х17Н5МЗ, 08Х18Г8Н2Т, 03Х16Н15МЗБ, 15Х17Г14А9. Свариваемость сталей (ГОСТ 5632-72) относится к 4-й группе.

Характеристика свариваемости стали высокоуглеродистой высоколегированной:

1. Необходимо снижение силы тока в среднем на 10-20 % в связи с их низкой теплопроводностью.
2. Сварка должна проводиться с зазором, электродами размером до 2 мм.
3. Снижение содержания фосфора, свинца, серы, сурьми, увеличение численного наличия молибдена, ванадия, вольфрама посредством использования специальных покрытых стержней.
4. Необходимость формирования смешанной микроструктуры шва (аустенит + феррит). Это обеспечивает пластичность наплавленного металла и минимизацию внутренних напряжений.
5. Обязательный подогрев кромок накануне сварочных работ. Температура выбирается в интервале от 100 до 300˚С, в зависимости от микроструктуры конструкций.
6. Выбор покрытых электродов при дуговой сварке определяется типом зерен, свойствами и условиями работы деталей:для аустенитной стали 12Х18Н9: УОНИИ 13/НЖ, ОЗЛ-7, ОЗЛ-14 с покрытиями Св-06Х19Н9Т, Св-02Х19Н9; для мартенситной стали 20Х17Н2: УОНИИ 10Х17Т, АН-В-10 с покрытием Св-08Х17Т; для аустенитно-ферритной стали 12Х21Н5Т: ЦЛ-33 с покрытием Св-08Х11В2МФ.
7. При газовой сварке подача ацетилена должна соответствовать значению 70-75 дм 3 /мм, используемая присадочная проволока - Св-02Х19Н9Т, Св-08Х19Н10Б.
8. Возможны работы под флюсом с использованием НЖ-8.

Свариваемость стали - относительный параметр. Он зависит от химического состава металла, его микроструктуры и физических свойств. При этом способность образовывать качественные соединения может корректироваться с помощью продуманного технологического подхода, специального оборудования и условий выполнения работ.

Под свариваемостью понимается способность стали данного химического состава давать при сварке тем или иным способом высококачественное сварное соединение без трещин, пор и прочих дефектов. От химического состава стали зависит ее структура и физические свойства , которые могут изменяться под влиянием нагрева и охлаждения металла при сварке. На свариваемость стали влияет содержание в ней углерода и легирующих элементов. Для предварительного суждения о свариваемости стали известного химического состава можно подсчитывать эквивалентное содержание углерода, пользуясь формулой

По признаку свариваемости все стали можно условно разделить на четыре группы:

1. Хорошо сваривающиеся у которых экв не более 0,25. Эти стали не дают трещин при сварке обычным способом, т. е. без предварительного и сопутствующего подогрева и последующей термообработки.

2. Удовлетворительно сваривающиеся, у которых С экв в пределах 0,25-0,35; они допускают сварку без появления трещин, только в нормальных производственных условиях, т. е. при окружающей температуре выше 0°С, отсутствии ветра и пр.

К этой же группе относят стали, нуждающиеся в предварительном подогреве или предварительной и последующей термообработке для предупреждения образования трещин при сварке в условиях, отличающихся от нормальных (при температуре ниже 0° С, ветре и др).

3. Ограниченно сваривающиеся, у которых С экв в пределах 0,35-0,45; они склонны к образованию трещин при сварке в обычных условиях. При сварке таких сталей необходима предварительная термообработка и подогрев. Большинство сталей этой группы подвергают термообработке и после сварки.

4. Плохо сваривающиеся, у которых С экв выше 0,45; такие стали склонны к образованию трещин при сварке.

Их можно соединять только с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Для металла небольшой толщины предельное значение С экв можно повысить до 0,55. Температура предварительного подогрева для низколегированных сталей в зависимости от величины С экв принимается следующей:

Предварительный подогрев замедляет охлаждение и предохраняет от появления холодных трещин при сварке.

Свариваемость стали определяют также различными пробами. С помощью проб устанавливают, не появляется ли при сварке данной стали хрупких структур в металле шва и околошовной зоне, способствующих образованию трещин.

Наиболее простой является технологическая проба, при которой к листу из испытуемой стали приваривают втавр односторонним угловым швом прямоугольную пластину (рис. 127, а). После остывания на спокойном воздухе пластину сбивают молотком, разрушая шов со стороны его вершины. Если будут обнаружены следы ранее образовавшихся трещин или разрушений в виде вырывов основного металла вблизи шва, то сталь является ограниченно сваривающейся и требует предварительного подогрева и последующей термообработки.

Склонность к образованию холодных трещин более толстой стали можно проверять пробой по способу Кировского завода (рис. 127, б, виг). В середине квадратного (130x130 мм) образца делается выточка диаметром 80 мм. Толщина а оставшейся части образца равняется 2, 4, 6 мм. В выточку наплавляют один или два валика (см. рис. 127, виг), охлаждая донышко снаружи воздухом или водой. Если при наплавке валика и охлаждении водой образец не дает трещин, сталь считается хорошо сваривающейся. Если трещины появляются при охлаждении водой, но не возникают при охлаждении на воздухе, то сталь считается удовлетворительно сваривающейся. Сталь считается ограниченно сваривающейся, если

образец дает трещины и при охлаждении на воздухе. Такую сталь нужно сваривать с предварительным подогревом до 100-150° С.

Плохо сваривающейся считается сталь, образец которой дает трещины даже при предварительном подогреве до 100-150° С. Такая сталь требует при сварке предварительного подогрева до 300° С и выше.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.06.01

Производство и промышленные технологии

Группы Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью которая определяется внешними и внутренними факторами. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 хорошая свариваемость; 2 удовлетворительная свариваемость; 3 ограниченная свариваемость; 4 плохая свариваемость. К Первая группа хорошо сваривающиеся стали у которых Сэкв не более 025. Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева без...

27.Свариваемость сталей.Группы Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 – хорошая свариваемость; 2 – удовлетворительная свариваемость; 3 ограниченная свариваемость; 4 – плохая свариваемость . К Первая группа – хорошо сваривающиеся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали, при обычных способах сварки не дают трещин, сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки. Вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся стали, у которыхСэкв в пределах от 0,25% до 0,35%, такие стали допускают сварку без появления трещин только в нормальных производственных условиях, когда температура окружающей среды выше ноля градусов и отсутствует ветер и т.д,В условиях, отличающихся от нормальных предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой. Третья группа – С ограниченной свариваемостью, где С экв в пределах от 0,35% до 0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склоны к образованию трещин. Сварка таких сталей производится по специальной технологии, регламентирующей режимы предварительной термообработки и тепловой обработки после сварки. Четвёртая группа – с плохой свариваемостью, где С экв более 0,45%. Стали, входящие в эту группу, наиболее трудно поддаётся сварке, склонны к образованию трещин. Сварка их выполняется с обязательной предварительной термообработкой перед сваркой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

29.Свариваемость сталей.влияние углерода на свариваемость. Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации. Низкоуглеродистые стали отличаются хорошей свариваемостью. Снижать свариваемость могут вредные примеси, если содержание их превышает норму. Вредные примеси могут ухудшать свариваемость даже и при среднем содержании, не выходящем за норму, если они образуют местные скопления, например вследствие ликвации. Вредными для сварки элементами в низкоуглеродистой стали могут являться углерод, фосфор и сера, причем последняя, особенно склонна к ликвации с образованием местных скоплений. Углеродистые стали, содержащие более 0,25% углерода, обладают пониженной свариваемостью по сравнению с низкоуглеродистыми, причем свариваемость постепенно снижается по мере повышения содержания углерода. Стали с повышенным содержанием углерода легко закаливаются, что ведет к получению твердых хрупких закалочных структур в зоне сварки и может сопровождаться образованием трещин. С повышением содержания углерода растет склонность металла к перегреву в зоне сварки. Увеличенное содержание углерода усиливает процесс его выгорания с образованием газообразной окиси углерода, вызывающей вскипание ванны и могущей приводить к значительной пористости наплавленного металла. При содержании свыше 0,4–0,5% углерода сварка стали становится одной из сложных задач сварочной техники . Углеродистые стали вообще обладают пониженной свариваемостью и, если это возможно, рекомендуется заменять их низколегированными конструкционными сталями, которые дают ту же прочность при значительно меньшем содержании углерода за счет других легирующих элементов. При сварке углеродистых сталей плавлением обычно не придерживаются соответствия химического состава присадочного и основного металлов, стремясь получить наплавленный металл равнопрочным с основным за счет легирования марганцем, кремнием и др. при пониженном содержании углерода. Сварка углеродистых сталей часто выполняется с предварительным подогревом и последующей термообработкой, причем, если возможно, во многих случаях стремятся совместить термообработку с процессом сварки, например, с газовой сваркой мелких деталей, с газопрессовой, точечной, со стыковой контактной сваркой и т. д.

29.Свариваемость сталей.влияние легирующих эл. на свариваемостьГруппы. Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва Марганец (Мn) не ухудшает свариваемости стали, если его содержание не превышает 0,3—0,8 %. В средне-марганцовистых (1,8—2,5 % Мn) сталях марганец повышает закаливаемость стали и склонность ее к образованию трещин при сварке. Кремний (Si) не влияет отрицательно на свариваемость стали, если его содержание не превышает 0,3 %. В обычных углеродистых сталях содержится не более 0,2—0,3 % кремния. В специальных сталях содержание кремния достигает 0,8—1,5 %. В таких количествах кремний затрудняет сварку из-за высокой жидкотекучести стали, легкой ее окисляемости и образования тугоплавких окислов. Хром (Cr) содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве 0,2—0,3 %, в конструкционных 0,7—3,5 %, хромистых 12—18 %, хромоникелевых 9—35 %. Хром затрудняет сварку, так как усиливает окисление металла, образует химические соединения с углеродом, повышает твердость металла в переходных зонах и т. п. Однако при правильном выборе режимов сварки, присадочных материалов, а также при соблюдении технологического процесса хром не влияет отрицательно на свариваемость стали. Никель (Ni) в низкоуглеродистых сталях содержится в количестве до 0,2—0,3 %, в конструкционных 1—5 %, в легированных 8—35 %. Никель измельчает зерна, повышает пластичность сталей, не ухудшает их свариваемость. Молибден (Мо) при содержании в стали 0,15—0,2 % затрудняет сварку, служит причиной образования трещин в сварном шве и переходной зоне, сильно окисляется и выгорает при сварке. Вольфрам (W) при содержании в стали 0,8—1,8% увеличивает твердость и работоспособность при высоких температурах, сильно окисляется при сварке, требует хорошей защиты от кислорода, затрудняет сварку. Ванадий (V) обычно содержится в сталях в количестве 0,2—0,8 %, в штамповых сталях 1—1,5 %, сильно окисляется, требует надежной защиты металла при сварке, затрудняет сварку. Титан (Ti) и ниобий (Nb) содержатся в коррозионно-стойких сталях в количестве до 1 %, не усложняют сварочный процесс и не ухудшают свариваемость стали. Медь (Сu) в специальных сталях находится в количестве 0,3—0,8 %, улучшает ряд свойств стали (прочность, пластичность, ударную вязкость, коррозионную стойкость) и не ухудшает свариваемость стали. Сера (S) в стали в количествах, превышающих предельно допустимые, ухудшает свариваемость, вызывает появление горячих трещин. Фосфор (Р) в стали в количествах, превышающих предельно допустимые, ухудшает свариваемость, вызывает появление холодных трещин. Кислород (О) содержится в сплаве в виде закиси железа, ухудшает свариваемость стали, снижая ее механические свойства. Азот (N) образует химические соединения с железом (нитриды) в металле сварочной ванны при ее охлаждении, что снижает пластичность стали. Водород (Н) является вредной примесью в стали; скапливаясь в отдельных местах сварного шва, он образует газовые пузырьки, вызывает появление пористости и мелких трещин.

28. Свар. Сталей. Способ повышения свариваемости сталей. . Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва. Отрицательное влияние на свариваемость может оказывать также засоренность металла газами и неметаллическими включениями. Засоренность металла вредными примесями зависит от способа его производства, и о ней частично можно судить по маркировке металла: сталь повышенного качества сваривается лучше, чем сталь обычного качества соответствующей марки; сталь мартеновская лучше, чем сталь бессемеровская, а сталь мартеновская спокойная – лучше, чем кипящая. При изготовлении ответственных сварных изделий указанные отличия в свариваемости низкоуглеродистых сталей должны обязательно приниматься во внимание и учитываться при выборе марки основного металла. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 – хорошая свариваемость; 2 – удовлетворительная свариваемость; 3 – ограниченная свариваемость; 4 – плохая свариваемость. Низкоуглеродистые стали отличаются хорошей свариваемостью. Снижать свариваемость могут вредные примеси, если содержание их превышает норму. Вредные примеси могут ухудшать свариваемость даже и при среднем содержании, не выходящем за норму, если они образуют местные скопления, например вследствие ликвации. Вредными для сварки элементами в низкоуглеродистой стали могут являться углерод, фосфор и сера, причем последняя, особенно склонна к ликвации с образованием местных скоплений.

29.Сварочные напряжения и деформации.. причины. Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литье, прокатка, волочение, прессование, термическая обработка), вызывает в изделиях собственные напряжения. Собственными называются такие напряжения, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от причины возникновения различают следующие напряжения: тепловые, возникающие из-за неравномерного распределения температуры при сварке; структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений, сходных с закалкой. В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные напряжения и деформации существуют в конструкции только в какой-то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упругости, то временные напряжения и деформации исчезают (снимаются) после охлаждения изделия. Остаточные – остаются в изделии после исчезновения причины, их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения. В некоторых случаях разрушения не происходит, но большие деформации выводят сваренную конструкцию из заданных размеровОсновные виды деформаций сварных соединений: а – направление действия продольных и поперечных напряжений; б – деформация стыкового соединения; в – деформация сварной двутавровой балки (цифрами указан порядок наложения сварных швов , стрелками – направления действующих напряжений); г – вид деформированного сварного тавра; f – стрела прогиба. Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум группам: мероприятия, предотвращающие возникновение напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние; мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений. К первой группе можно отнести такие меры, как выбор правильной последовательности сварки изделия, жесткое закрепление изделия, предварительный обратный выгиб, сопутствующий подогрев, интенсивное охлаждение в процессе сварки, уменьшение количества сварных швов, симметричное расположение ребер жесткости, применение гнутых профилей. Ко второй группе относится местная проковка металла шва или ЗТВ, правка под действием статической нагрузки, местный нагрев и механическая правка, термическая обработка. Все перечисленные мероприятия заранее просчитываются конструкторами и технологами, уточняются в процессе изготовления образцов, и только после этого окончательно вносятся в технологические карты.

30.факторы влияющие на свари сваемость стали. Технические факторы, влияющие на свариваемостьТакие особенности сварки, как высокая температура нагрева, малый объем сварочной ванны, специфичность атмосферы над сварочной ванной, а также форма и конструкция свариваемых деталей, в ряде случаев обусловливают нежелательные последствия: резкое отличие химического состава, механических свойств и структуры металла шва от химического состава, структуры и свойств основного металла; изменение структуры и свойств основного металла в зоне термического влияния; возникновение в сварных конструкциях значительных напряжений, способствующих в ряде случаев образованию трещин; образование в процессе сварки тугоплавких, трудноудаляемых окислов, затрудняющих протекание процесса, загрязняющих металл шва и понижающих его качество; образование пористости и газовых раковин в наплавленном металле, нарушающих плотность и прочность сварного соединения. При различных способах сварки наблюдается заметное окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входят: определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от способа сварки; оценка структуры и механических свойств околошовной зоны; оценка склонности сталей к образованию тещин; оценка получаемых при сварке окислов металлов и плотности сварного соединения. Тепловое воздействие на металл в околошовных участках и процесс плавления определяются способом сварки, его режимами. Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляется выбранным способом сварки(электродуговая сварка, контактная сварка , плазменная сварка , газовая сварка , сварка трением, лазерная сварка, лазерная сварка и др.), а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость. Свариваемые металлы могут иметь как одинаковые, так и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные сточки зрения химического состава и свойств металлы, во втором случае – разнородные. Все однородные металлы обладают физической свариваемостью. Свойства разнородных металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая группа - хорошо сваривающиеся; вторая группа - удовлетворительно сваривающиеся; третья группа - ограниченно сваривающиеся; четвертая группа - плохо сваривающиеся.

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей,- склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относят в основном стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном нагреве, а также в предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергают обработке после сварки.

К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Хорошо сваривающиеся углеродистые, низко- и среднелегированные стали. Условия сварки нормальные. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется варить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск по режиму термообработки для данной стали). Для конструкций, работающих под статической нагрузкой, термообработку после сварки не производят.

Для ответственных конструкций, работающих под или при высокой температуре, термообработка производится в соответствии с техническими условиями. Детали с большим объемом наплавленного металла подлежат отжигу или высокому отпуску.

При сварке электродами Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55 (ГОСТ 9467 - 75) сварное соединение обрабатывают нормальным режущим инструментом .

Свариваемость сталей по маркам приведена в табл. 1.

Удовлетворительно сваривающиеся углеродистые, низко- и средне- легированные стали. Термообработка стали до сварки различна в зависимости от марки стали и конструкции деталей. Для отливок из стали 30Л и 35Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или из поковок, не имеющие жестких контуров, могут подвергаться сварке в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Сварка на морозе не допускается. Сварку деталей с большим объемом наплавленного металла, а также сварку усилительных вкладышей рекомендуется производить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск). При заварке мелких раковин на деталях и элементах из углеродистой стали, содержащей углерода 0,35%, и при невозможности последующего отпуска завариваемую деталь подвергают местному подогреву.

Таблица 1. Свариваемость сталей

Термообработка после сварки различна для разных марок стали.

Для отливок из стали 30Л и 35Л при заварке сквозных трещин и сварке усилительных вкладышей обязателен отжиг или высокий отпуск. При заварке мелких дефектов на углеродистой стали, содержащей углерода более 0,35%, для улучшения механических свойств и обрабатываемости термическую обработку ведут по режиму для данной стали. Для других сталей, сваренных в термически обработанном состоянии, обязателен отпуск с нагревом до температуры на 50 - 100°С ниже температуры отпуска стали. Для стали 27ГС, 20ХГС и других сталей, склонных к отпускной хрупкости, температура отпуска после сварки должна быть вне области температуры отпускной хрупкости.

Сварные соединения, выполненные электродами Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55, можно обрабатывать нормальным режущим инструментом при условии, если содержание углерода в углеродистой стали не превышает 0,35% и объем наплавленного металла не меньше 20х20х10 мм.

Металл, наплавленный электродами ЦЛ-2, ЦЛ-4 (ГОСТ 10052 - 62), обрабатывают твердосплавным инструментом.

Ограниченно сваривающиеся углеродистые низко- и среднелегированные стали. Для отливок из стали ЛХН2 и 50Л до сварки обязателен отжиг независимо от конфигурации отливки. Мелкие дефекты допускается заваривать в термически обработанном состоянии отливки. Для деталей машин из проката или из поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Тепловой режим сварки следующий. Без предварительного подогрева, можно сваривать в случаях, когда сварные соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 15 мм, температура окружающего воздуха не ниже 5°С, а сварные соединения имеют вспомогательный характер. Во всех других случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка после сварки имеет следующие особенности.

При заварке крупных дефектов на деталях из стали ЛХН2 требуется термообработка по режиму для данной стали. После заварки мелких дефектов в термически обработанной отливке обязателен повторный отпуск по режиму для данной стали. Для всякой другой стали рассматриваемой группы, сваренной в термически обработанном состоянии, обязателен отпуск для снятия напряжений с нагревом до температуры на 50 - 100°С ниже температуры отпуска стали. Для стали 30ХГСА и других сталей, склонных к отпускной хрупкости, температура отпуска после сварки должна быть вне области отпускной хрупкости.

При сварке электродами Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55 сварные соединения обрабатываются без затруднении, если деталь подвергнута отпуску при температуре не ниже 550 - 650°С.

Плохо сваривающиеся углеродистые низко- и среднелегированные стали. Сталь перед сваркой должна быть отожжена. Независимо от толщины свариваемых элементов и типа сварного соединения сталь необходимо предварительно подогревать до температуры не ниже 200°С.

Термообработку после сварки производят по специальной инструкции в зависимости от марки стали и ее назначения.

Механическая обработка сварного соединения возможна только после отжига или высокого отпуска.

Хорошо сваривающиеся легированные стали. Термообработку до сварки не производят. При значительном наклепе металл необходимо закалить до температуры 1050 - 1100°С. Тепловой режим сварки нормальный. Термообработку после сварки не производят.

Механическая обработка сварных соединений ввиду высокой вязкости большинства сталей рассматриваемой группы затруднена.

Удовлетворительно сваривающиеся легированные стали. Рекомендуется до сварки применять отпуск при температуре 650 - 710°С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный.

На морозе сварка не допускается. Предварительный подогрев до 150 - 200°С необходим лишь при сварке элементов с толщиной стенок более 10 мм.

После сварки для снятия напряжений и снижения твердости околошовной зоны, особенно при сварке электродами из стали 0Х14А, рекомендуется заваренные детали подвергать отпуску при температуре 650 - 710°С с охлаждением деталей на воздухе.

При сварке электродами ЦЛ-2 и ЦЛ-4 термообработку производят по специальному режиму. Механическая обработка возможна только после термообработки по специальному режиму.

Ограниченно сваривающиеся легированные стали. Термообработка до сварки для различных сталей различна. Для сталей 18Х14А и СХНА обязателен отпуск при температуре 650 - 710°С с охлаждением на воздухе. Для других сталей рекомендуется закалка в воде от температуры 1050 - 1100°С.

При сварке для сталей 18Х14А, СХНА, Х25Н13Л обязателен предварительный подогрев до температуры 200 - 300°С. Стали 9Х19НА, Х18Н9 и 2Х18Н9 сваривают в нормальных условиях с минимальным разогревом и минимальной скоростью охлаждения металла шва и зоны термического влияния.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости металла сварного соединения детали из стали 18Х14А должны подвергаться отпуску при температуре 650 - 710°С. Для стали 9Х19НА, Х18Н9, 2Х18Н9 обязательна закалка в воде от температуры 1050- 1100°С.

Механическая обработка сварного соединения из стали 18Х14А возможна только после отпуска. Для всех других сталей обрабатываемость сварного соединения - на уровне основного металла.

Плохо сваривающиеся легированные стали . До сварки рекомендуется отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Допускается сварка инструментальной стали в термически обработанном состоянии, если шов наплавляется не на режущую часть инструмента.

Для стали Г13Л обязательна закалка. При сварке обязателен предварительный подогрев до 200 - 300°С, за исключением сталей РФ18 и Р9, подогрев которых должен быть не ниже 600°С. Сварка стали Г1ЗЛ в состоянии закалки должна производиться без подогрева.

Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям в зависимости от марки стали и назначения. Для стали Г1ЗЛ термообработка не требуется.

Аустенита и соответственно понижающих температуру начала мартенситного превращения стали. Наиболее часто для определения углеродного эквивалента (Сэ) используется Международного инварианта сварки:
C э = C + Mn/6 + ( + Mo + V)/5 + ( + Ni)/15,
где C, Cr, Мо, V, Cu, Ni - массовые доли элементов в стали.
2. Показатель положения состава чугуна по отношению к эвтектической точке, характеризующий его графитизации, структуру и , - углеродный определяется по уравнению:
C э = C + 0,3(Si + Р),
где C, Р - масовые доли элементов в чугуне. При C э чугун является доэвтектическим, при C э = 4,26 - эвтектическим, при C э > 4,26 - заэвтектическим;
Смотри также:
-
-
-
-
-
-
-
-

Энциклопедический словарь по металлургии. - М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .

Смотреть что такое "углеродный эквивалент" в других словарях:

углеродный эквивалент - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN carbon equivalent valuecarbon equivalentCE …

Углеродный эквивалент - – условная величина содержания углерода, получаемая из набора основных химических элементов арматурной стали. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Cэ величина, характеризующая влияние важнейших элементов на структуру и свойства серого чугуна; определяется по формуле Cэ=Cэ+0,3(Si Р). Углеродный эквивалент алюминеев чугунов равен: Cэ=C+0,25Si+0,15Al. При Cэ4,26 заэвтектическим. Углеродный… …

УГЛЕРОДНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ С э - величина, характеризующая влияние важнейших элементов на структуру и свойства серого чугуна; определяется по формуле Cэ=Cэ+0,3(Si P). Углеродный эквивалент алюминиевых чугунов равен: Cэ=C+0,25Si+0,15Al. При Сэ<4,26 чугун является… … Металлургический словарь

углеродный эквивалент топлива - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN carbon equivalent valueCEV … Справочник технического переводчика

Множитель, учитывающий влияние элементов, способствующих превращению (ферритизации) или препятствующих этому превращению (аустенизации) в Cr Ni сталях. К аустенитообразующим элементам, т. е. действующим аналогично Ni, относятся С, N, Mn; к… … Энциклопедический словарь по металлургии

Предмет или количество, равноценные, равнозначные или соответствующие в каком либо отношении другим и могущие служить или выражением, или заменой: Смотри также: Эквивалент никеля и хрома электрохимический эквивалент хромовый… … Энциклопедический словарь по металлургии

Количество работы, эквивалентное единице количества теплоты, переданной при теплообмене. Понятие механический эквивалент теплоты возникло в связи с тем, что исторически механическую работу и количество теплоты… … Энциклопедический словарь по металлургии

Его масса (выраженная в углеродных единицах), которая присоединяет или замещает одну атомную масса водорода или половину атомной массы кислорода. В реакциях окисления восстановления химический эквивалент… … Энциклопедический словарь по металлургии

Количество вещества, подвергаемое химическому превращению на электродах в результате прохождения через электролит 1 кулона электричества. Выражается обычно в г/Кл. Электрохимический эквивалент связан с химическим… … Энциклопедический словарь по металлургии

Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности. Классификация литейных чугунов. Параметры структуры и свойств.

Москва-2009

Основы технологии производства чугунных отливок

Лекции

Раздел 3

Проф. Э. Б. Тен

Чугуны являются наиболее распространенным материа­лом для изготовления фасонных отливок, прежде всего машиностроительного назначения. Это обусловлено сочетанием хороших функциональных и технологи­ческих свойств с низкой себестоимости их получения. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его качества по показателям прочности и эксплуата­ционных свойств, совершествания составов и технологии получения.

Чугуны отличаются от стали тем, что при кристаллизации претерпевают эвтектическое превращение. При этом промышленные чугуны представляют собой многокомпонентные сплавы на основе железа и углерода, дополнительно содержащие постоянные и легирующие компоненты, а также примеси и газы. Железо и углерод образуют основу чугуна, поэтому являются базовыми компонентами. Постоянными компонентами чугуна являются кремний (до 4 %) и марганец (до 1 %). К легирующим компонентам относятся никель, медь, хром, молибден, ванадий и др., а также кремний и марганец сверх обычного содержания. Их вводят в чугун для улучшения параметров структуры и свойств, в том числе придания им специальных свойств. В чугуне также всегда присутствуют фосфор и сера как примеси, а также газы – водород, кислород и азот. Все компоненты, содержащиеся в промышленных чугунах, в той или иной степени сдвигают критическиие точки (вверх или вниз, вправо или влево) относительно их положения в двойной диаграмме состояния Fe-C(Fe 3 C). Поэтому положение состава промышленного чугуна на диаграмме состояния (Рис. 3.1.1), как правило, не совпадает с содежанием в нем углерода. Для оценки этого отличия используют понятия углеродного эквивалента C Э и степени эвтектичности S Э.

Рис. 3.1.1 Диаграмма состояния Fe-C (Fe 3 C).

Углеродный эквивалент C Э представляет собой показатель кажущегося содержания углерода в чугуне:

C Э = C + 0,30 Si + 0,33 P + 0,40 S + 0,25 Cu + 0,07 Ni - 0,03 (0,04) Mn (3.1.1)

Из уравнения (3.3.1) следует, что 1 % кремния, фосфора, серы, меди и никеля смещают точку эвтектики влево эквивалентно 0,30, 0,33, 0,40, 0,25 и 0,07 % углерода, а 1 % марганца, наоборот, смещает эвектическую точку вправо эквивалентно 0,03-0,04 % углерода.

Степень эвтектичности S Э представляет собой показатель положения чугуна данного состава относительно эвтектического состава:

S Э = C / (3.1.2)

По значению S Э можно оценить степень отклонения чугуна данного состава от эвтектического состава, для которого S Э = 1.

Например, чугун, который содержит 3,30 %С, 2,00 %Si, 0,10 % P, 0,07 %S, 0,03 %Cu, 0,02 %Ni и 0,70 %Mn имеет углеродный эквивалент

C Э = 3,30 + 0,30∙2,00 + 0,33∙0,10 + 0,40∙0,07 + 0,25∙0,03 + 0,07∙0,02 - 0,03∙0,70 = 4,20 %.

При этом степень эвтектичности его равна:

S Э = 3,30 / =

3,30 / = 3,30 / 3,36 = 0,98.

Это означает, что промышленный чугун с фактическим содержанием углерода 3,3 % при формировании структуры будет вести себя как Fe-C сплав с содержанием углерода 4,20 %, т. е будет иметь структуру эвтектического чугуна, поскольку степень эвтектичности его равна 0,98.

Параметры C Э иS Э позволяют пользоваться двойной диаграммой состояния Fe-C (Fe 3 C) для оценки процессов, протекающих при кристаллизации многокомпонентного чугуна.

Свариваемость - одно из главных технологических требований, предъявляемых к строительным сталям, поскольку большинство металлоконструкций являются сварными . Одним из важнейших технологических показателей свариваемости является углеродный эквивалент, далее CE (от англ. Carbon Equivalent ). Нужен он для того, чтобы оценить совместное влияние на свариваемость содержащихся в стали углерода и др. элементов, сведя их в одно значение — CE. Более высокое содержание в стали C, и таких элементов как Mn, Cr, Si, Mo, V, Cu и Ni снижают способность стали к сварке, потому как увеличивают склонность металла шва к закалке при его охлаждении: если после сварки металл шва закалится, то в результате получим различные свойства основного металла и металла сварного шва, который будет менее пластичным и более склонным к хрупкому разрушению. Поэтому часто для обеспечения хорошего качества сварного шва сталей с высоким значением CE требуется подогрев шва до или после сварки, либо и то и другое.

Существует несколько формул для оценки CE:

• При расчете по ф. (1) свариваемость считается удовлетворительной при CE <=0,45
• При расчете по формуле (2) существует подразделение для сталей различного класса прочности:
  свариваемость считается удовлетворительной при CE<=0.49 для стали класса прочности 390, и при CE<=0.50 для стали класса прочности 440
• Расчет по ф. (3). По мнению Американского общества сварщиков для CE более 0,4 в зоне термического влияния шва уже существует риск растрескивания. Соответственно, свариваемость удовлетворительная при CE <=0,4
• При расчете по ф. (4) свариваемость стали в зависимости от CE может быть определена как

< 0.35 — отличная
0.36–0.40 — очень хорошая
0.41–0.45 — хорошая
0.46–0.50 — средняя
>0.50 — плохая

• При расчете по ф. 5 значение CE <=0,3 считается оптимальным для обеспечения свариваемости. Чем-то это отдаленно напоминает ГОСТ 19281 (см. ф. 2 и примечание после таблицы), но все-таки конкретики здесь побольше.

Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985. 408 с. [см. стр. 121]

ГОСТ 535-2005, п. 4.4

ГОСТ 19281-89 п. 2.2.4

Bruneau Michel; Uang, Chia-Ming; Whittaker, Andrew Stuart. Ductile design of steel structures, 1998, McGraw-Hill Professional, 485 p [см. стр. 31].

J.F. Lancaster Metallurgy of welding — Sixth Edition. Abington Publishing. 1999 pp. 464

Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Flat rolling fundamentals, CRC Press, pp. 141–142

4. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела: учеб. пособие для вузов. - М. : Высшая школа, 1965. - 276 с.

5. Алешин, Н. П. Ультразвуковая дефектоскопия: справ. пособие / Н. П. Алешин, В. Г. Лупачев. - Мн. : Высшая школа, 1987. - 271 с.

6. Ермолов, И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля / И. Н. Ермолов. - М. : Машиностроение, 1981. - 240 с.

ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Нефтехимические технологии и оборудование».

Адрес для переписки: 190567@ mail.ru МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Технология машиностроения».

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, кафедра ТМ.

Статья поступила в редакцию 25.02.2015 г. © О. С. Ломова, А. П. Моргунов

УДК 621.791.011+669.14.018

Б. Е. ЛОПАЕВ Р. Р. ХИСМАТУЛИН И. И. КАГАРМАНОВ А. М. УСТЯН

Омский государственный технический университет

ОЦЕНКА СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА УГЛЕРОДА_

На основе расчета химического эквивалента углерода проведена оценка склонности углеродистых и легированных сталей к образованию холодных трещин, относящихся к понятию «свариваемость материалов».

Ключевые слова: химический эквивалент углерода, свариваемость, холодные трещины, мартенсит, локальная концентрация, инкубационный период.

Способность материалов образовывать сварное соединение определяется испытаниями на свариваемость.

Свариваемость (соединяемость) - свойство материала образовывать неразъемное соединение с требуемым качеством и уровнем физико-механических и функциональных свойств соединения как в процессе его получения, так и при эксплуатации изделия .

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей, - склонность к образованию трещин различного типа и механические свойства сварного соединения.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая - хорошо сваривающиеся; вторая - удовлетворительно сваривающиеся; третья - ограниченно сваривающиеся; четвертая - плохо сваривающиеся стали .

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относят стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном подогреве, а также в предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергают термообработке после сварки.

К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

При сварке углеродистых и легированных сталей свариваемость определяется испытаниями на склонность к образованию холодных трещин.

Известно, что холодные трещины возникают в металле зоны термического влияния при наличии трех условий: образования закалочных микроструктур (мартенсита); наличия диффузионного водорода и растягивающих напряжений .

Для оценки склонности металла к образованию холодных трещин используют понятие химического эквивалента углерода. В основу математического подхода к описанию химического эквивалента углерода было положено предположение, что свариваемость можно определить по показателю, определяющему, какое минимальное критическое время охлаждения необходимо, чтобы в металле шва образовалось 100 % мартенсита. Чем меньше подгото-

Химический состав исследуемых сталей, %

Марка стали С Б! Мп № Сг Мо Си

Низкоуглеродистые

Сталь Ст 3 сп 0,14-0,22 0,12-0,30 0,40-0,65 0,30 0,30 - 0,25

Сталь 20 0,17-0,24 0,17-0,37 0,35-0,65 0,30 <0,30 - 0,25

Сталь 20г 0,17-0,24 0,17-0,37 0,70-1,00 0,25 <0,25 - -

Сталь 15 0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,30 0,30 - 0,30

Среднеуглеродистые

Сталь Ст 4 сп 0,18-0,27 0,12-0,30 0,40-0,70 - - - -

Сталь Ст 5 сп 0,28-0,37 0,15-0,35 0,50-0,80 - - - -

Сталь 25 0,22-0,30 0,17-0,37 0,50-0,80 - <0,25 - -

Сталь 40 0,37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,81 - <0,25 - -

Низколегированные

15ХСНД 0,12-0,18 0,40-0,70 0,40-0,70 0,3-0,6 0,6-0,9 - 0,20-0,4

10Г2С1 £0,12 0,90-1,20 1,30- 1,65 £0,30 £0,30 - £0,30

20ХМ 0,15-0,25 0,17-0,37 0,40-0,70 - 0,8-1,1 0,40-0,60 -

10Г2Б £0,12 0,17-0,37 1,20-1,60 £0,30 £0,30 - £0,30

17ГС 0,14-0,20 0,40-0,60 1,0- 1,40 £0,30 £0,30 - £0,30

16Г2АФ 0,12-0,18 0,17-0,37 1,30-1,70 - - - -

Среднелегированные

12Х5МА 0,15 0,6 0,5 - 4,0-6,0 0,5-0,6 -

20Х2МА 0,18-0,24 0,17-0,37 0,30-0,70 0,3-0,7 2,1-2,4 0,25-0,35 -

30ХН2МФА 0,26-0,33 0,17-0,37 0,30-0,60 2,0-2,5 0,6-0,9 0,20-0,30 -

06НЗ 0,04-0,08 0,3 0,5 3,0-4,0 - - -

20ХГСА 0,17-0,23 0,90-1,20 0,80- 1,10 - 0,8-1,1 - -

30ХГСНА 0,27-0,34 0,90-1,20 1,00- 1,30 1,4-1,8 0,9-1,2 - -

вительного времени необходимо для образования 100 %-й мартенситной структуры (т.е. чем выше критическая скорость охлаждения), тем лучше свариваемость и выше сопротивление образованию холодных трещин. Это свидетельствует о том, что подготовительные процессы, связанные с образованием холодных трещин, имеют диффузионный характер, и напрямую связаны с перераспределением водорода в металле шва. В случае малого инкубационного периода (1 - 10 с) образования мартенсита водород быстро фиксируется в металле шва, однако его локальная концентрация оказывается не достаточной для инициирования образования холодных трещин. В случае длительного инкубационного периода образования мартенсита (1000 - 2000 с) времени оказывается вполне достаточно для охрупчивания свариваемого металла в результате действия водорода. При малом инкубационном периоде, но последующей длительной выдержке возможно постепенное перераспределение водорода, что и вызывает эффект замедленного разрушения.

Уравнение химического эквивалента углерода имеет вид :

СЕ м = С+--+--Мп+-№ +

Сг+--Мо +-Си,

где С, Мп и т.д. элементов, %.

концентрация химических

Оценка закаливаемости металла ЗТВ рассчитывается по уравнению:

1п(Мм) = А СЕм + В,

АМ - критическое время охлаждения от температуры от 800 до 500 °С, с.

При СЕм от 0,2 до 0,45 % стали обладают хорошей свариваемостью; при

СЕ м = 0,46 - 0,576 % - удовлетворительной; при СЕ м = 0,577 -0,782 % - ограниченной и при СЕ м = = 0,783-1,0 % - плохой свариваемостью .

Целью настоящей работы является определение свариваемости по химическому эквиваленту углерода некоторых низко- и среднеуглеродистых, низко-и среднелегированных сталей, химический состав которых приведен в табл. 1.

Расчеты СЕм и 1п(А^) приведены ниже, а графические зависимости 1п(А^) от СЕм представлены на рис. 1-4.

Расчет СЕм и 1п(А^) по уравнениям (1) и (2)

Низкоуглеродистые стали

Сталь Ст. 3 сп _ _ 0,12 0,40 0,30 0,30 0,25

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Ау = 11,26-0,427-3,51 = 1,29

для хорошо сваривающихся сталей: Ст. 3 сп, 20, 20Г, 15, Ст. 4 сп, 25, 06Н3

Рис. 2. Влияние СЕМ на 1п(Ау для удовлетворительно сваривающихся сталей: Ст. 5 сп, 15ХСНД, 10Г2С1, 10Г2Б, 17ГС, 16Г2АФ

Рис. 3. Влияние СЕМ на 1п(А(м) для ограниченно сваривающихся сталей: 40, 20ХГСА

се м = 0,17+017+035+030+025+025=0,422, % ;

М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,42 -3,51 = 1,24

СЕ м = 0,17+0И+035+030+025+025=0,422, % ;

М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,442 -3,51 = 1,46

^ 0,17 0,35 0,30 0,30 0,30 п лпг 0.

СЕм = 0,12+--+--+--+--+--=0,406 , % ; М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,406 -3,51 = 1,06

У всех вышеперечисленных низкоуглеродистых сталей химический эквивалент углерода СЕМ <0,45, поэтому они относятся к хорошо сваривающимся сталям.

Рис. 4. Влияние СЕМ на 1п(А(м) для плохо сваривающихся сталей: 20ХМ, 12Х5МА, 20Х2МА, 30ХН2МФА, 30ХГСНА

Среднеуглеродистые стали Сталь Ст. 4 сп

СЕ м =0,27+030+070=0,394, % ; М 38 6,0

1п(ДМ) = 11,26.0,394 -3,51= 0,92

Оценка свариваемости сталей

Марка стали СЕм, % 1п(ЛГм) ЛГм, с Свариваемость

Низкоуглеродистые

Сталь Ст 3 сп 0,427 1,29 3,661 хорошая

Сталь 20 0,422 1,24 3,459 хорошая

Сталь 20г 0,442 1,46 4,331 хорошая

Сталь 15 0,406 1,06 2,889 хорошая

Среднеуглеродистые

Сталь Ст 4 сп 0,394 0,92 2,524 хорошая

Сталь Ст 5 сп 0,492 2,02 7,606 удовлетворительная

Сталь 25 0,429 1,32 3,743 хорошая

Сталь 40 0,626 3,53 34,398 ограниченная

Низколегированные

15ХСНД 0,575 2,96 19,375 удовлетворительная

10Г2С1 0,564 2,84 17,115 удовлетворительная

20ХМ 0,869 6,27 531,126 плохая

10Г2Б 0,529 2,44 11,542 удовлетворительная

17ГС 0,541 2,58 13,210 удовлетворительная

16Г2АФ 0,464 1,71 5,551 удовлетворительная

Среднелегированные

12Х5МА 3,842 39,75 1,833 1017 плохая

20Х2МА 1,534 11,98 160011,345 плохая

30ХН2МФА 0,899 6,61 743,969 плохая

06НЗ 0,402 1,01 2,762 хорошая

20ХГСА 0,771 5,17 176,09 ограниченная

30ХГСНА 1,076 8,42 4536,90 плохая

Сталь Ст. 5 сп

СЕм = 0,35 +035+080=0,492 , % ; м 38 6,0

1п(ЛМ) = 11,26-0,492 -3,51= 2,02

Сталь 10Г2С1

™ пш 0,9 1,3 0,30 0,30 0,30 %

СЕм = 0,10+--+--+--+--=0,564 , % м 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(ЛМ) = 11,26-0,564 -3,51= 2,84

СЕ м = 0,22 +

Сталь 25 0,17 0,50 0,22

1п(Лу = 11,26-0,429 -3,51 = 1,32

Сталь 20ХМ

П10 0,17 0,40 0,8 0,40 п огп 0. СЕм = 0,18+--+--+--+--=0,869 , % ; м 38 6,0 1,8 2,3

1п(Лу = 11,26-0,869 -3,51= 6,27

0,17 0,50 0,25 --+-+-

1п(Лу = 11,26-0,626 -3,51= 3,53

У сталей Ст. 4 и 25 химический эквивалент углерода СЕм <0,45 %, и они относятся к хорошо сваривающимся сталям. У стали 40 СЕм = 0,626 %, поэтому ее можно отнести к ограниченно сваривающимся, сталь Сп. 5 СЕм = 0,492 %, поэтому она относится удовлетворительно сваривающимся сталям.

Низколегированные стали

СЕ м = 0,12 +

Сталь 15ХСНД 0,40 0,40 0,30 0,60 0,20

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Лу = 11,26-0,57 -3,51= 2,96

Сталь 10Г2Б

0,17 1,2 0,30 0,30 0,30 „ 10 +--+--+--+--=0 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Лу = 11,26-0,529-3,51=2,44

Сталь 17ГС 0,40 1,0 0,30 0,30 0,30

-+-■+--+--+--=0,541, %

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Лу = 11,26-0,541 -3,51= 2,58

Сталь 16Г2АФ

СЕ м = 0,18 + 037+165=0,464, % ; м 38 6,0

1п(Лу= АСЕм +В =11,26-0,464-3,51 = 1,71

Стали 10Г2С1, 10Г2Б, 17ГС, 15ХСД, 16Г2АФ относятся к удовлетворительно сваривающимся сталям, 20ХМ - к плохо сваривающимся сталям.

Среднелегированные стали

Сталь 12Х5МА

^ плг 0,6 0,5 6 0,6 „ , СЕM = 0,15+-++-++-+-=3,842 , % M 38 6,0 1,8 2,3

ln(AfM) = 11,26-3,842 -3,51= 39,75

Сталь 20Х2М2

0,17 0,3 0,3 2,1 0,25 „ --+-++-++-+--=1,534, % 38 6,0 12 1,8 2,3

ln(AfM) = 11,26-1,534-3,51 = 11,98

Сталь 30ХН2МФА 0,17 0,3 2,0 0,6 0,20

СЕ M = 0,26 +--+-++-++-++■

38 6,0 12 1,8 2,3 ln(AiM) = 11,26-0,899 -3,51= 6,6

Сталь 06НЗ

030 + 050 + М=0 02 , % ; 38 6,0 12

ln(AiM) = 11,26-0,402-3,51 = 1,01

ступить для построения графиков соответствующих удовлетворительной, ограниченной и плохой свари-ваемостям (рис 2 - 4).

Из табл. 2 видно, что чем меньше критическое время охлаждения 100 % мартенсита, тем меньше значение химического эквивалента углерода, тем выше свариваемость и тем меньше вероятность образования холодных трещин в углеродистых и легированных сталях.

При малом значении времени (1 - 10) с локальная концентрация водорода недостаточна для образования холодных трещин.

Численное значение времени, влияющее на свариваемость сталей (табл. 2) можно распределить так: (1-5) с - хорошая; (5-18) с - удовлетворительная; при AtM>18 с - ограниченная и плохая свариваемости.

Таким образом, изложенные в статье сведения будут полезны разработчикам свариваемых материалов, технологам при проектировании технологии сварки различных конструкций, студентам при изучении дисциплины «Теория сварочных процессов».

Библиографический список

Сталь 20ХГСА

СЕ« = 0,17 + 09+08+08 = 0,771, % ;

1п(Ду = 11,26-0,771-3,51=5,1

Сталь 30ХГСНА

п ^ 0,9 1,0 1,4 0,9 1 ппг 0.

СЕм = 0,27 I-1-I-:-I-:-I--=1,076 , % ; м 38 6,0 12 1,8

1п(Ду = 11,26-1,076 -3,51=8,4

Сталь 06Н3 имеет СЕм =0,402, она относится к хорошо сваривающимся сталям. Сталь 20ХГСА имеет СЕм =0,771, поэтому она относится к ограниченно сваривающимся сталям. Стали 12Х5МА, 20Х2М2, 30ХН2МФА, 30ХСНА относятся к плохо сваривающимся сталям.

Полученные в результате расчета СЕм и 1п(Ду сводим в табл. 2.

Построим графические зависимости химического эквивалента углерода от логарифма критического времени охлаждения 100 % мартенсита по группам свариваемости.

Например, для построения графика «свариваемость хорошая» необходимо из табл. 2 выбрать значения СЕм в пределах 0,2 - 0,45 % и соответствующие им значения 1п(Ду. Таким же образом нужно по-

1. Ющенко, К. А. Свариваемость и перспективные процессы сварки материалов [Текст] / К. А. Ющенко // Автоматическая сварка. - 2004. - № 9. - С. 40 - 45.

2. Справочник сварщика / Под ред. В. В. Степанова. - 3-е изд. - М. : Машиностроение, 1974. - 520 с.

3. Костин, В. А. Математические описание углеродного эквивалента как критерия оценки свариваемости сталей [Текст] / В. А. Костин // Автоматическая сварка. - 2012. - № 8. - С. 12-17.

4. Технология электрической сварки металла и сплавов плавлением [Текст] / Под ред. Б. Е. Патона. - М. : Машиностроение, 1974. - 768 с.

ЛОПАЕВ Борис Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».

ХИСМАТУЛИН Роман Рафикович, студент гр. С-510

КАГАРМАНОВ Игорь Игоревич, студент гр. СМ-312

машиностроительного института.

УСТЯН Армен Манвелович, магистрант гр. СПМ-

514 машиностроительного института.

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 26-02-2015 г. © Б- Е- Лопаев, Р. Р. Хисматулин, И- И- Кагарманов, А- М- Устян

Книжная полка

Мылов, Г- В- Методологические основы автоматизации конструкторско-технологического проектирования гибких многослойных печатных плат / Г- В- Мылов, А- И- Таганов- - М- : Горячая линия-Телеком, 2014- - 167 c- - ISBN 978-5-9912-0367-8-

Изложены методологические основы, включающие в себя современную концепцию построения информационного сопровождения стадий жизненного цикла гибких многослойных печатных плат (ГМП), основы анализа и синтеза проектных конструкторско-технологических решений и информационной поддержки этапов автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства изделий ГМП. Для специалистов, будет полезна аспирантам и студентам.