LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення холодостійкості зварних з'єднань термічно зміцнених кремніємарганцевих сталей

низьковуглецеві. Це виявляється їх схильністю до формування гартівних структур у металі шва і біляшовній зоні та до утворення холодних тріщин. Між тим, загальні закономірності впливу різних сполучень легуючих елементів і режимів зварювання на структуру і властивості металу шва і ЗТВ дотепер не встановлені. Відсутні однозначні технологічні рекомендації з вибору оптимальних складів електродних дротів для дугового зварювання термозміцнених низьколегованих сталей. Обмежена інформація про особливості формування структури і властивостей металу ЗТВ під впливом термічного циклу зварювання.

Вибір раціональної системи комплексного легування металу шва. Службові властивості зварних з'єднань термічно зміцнених холодостійких низьколегованих сталей у значній мірі визначаються хімічним складом металу шва, що за інших рівних умов залежить від складів електродного дроту і основного металу. Попередні дослідження, проведені з застосуванням традиційних зварювальних матеріалів, показали, що жоден з них не забезпечує необхідної холодостійкості металу шва при –70єС на термічно зміцнених кремнієвомарганцевих сталях 09Г2С та 09Г2СЮч. Тому для розробки раціональної системи комплексного легування металу шва використані інтерполяційні розрахункові моделі, що встановлюють залежності механічних властивостей металу шва від концентрації в ньому різних легуючих елементів. На підставі узагальнення літературних відомостей з питання, що розглядається, як вихідні дані для регресійного аналізу вибрали отримані нами результати випробувань більш як 100 зразків зварних з'єднань, виконаних дослідними електродними дротами, які забезпечували концентрацію легуючих елементів у металі шва в межах, %: Mn–0,7...1,3; Cr–0,2...0,7; Ni–0,4...1,0% і Mo–0,15...0,50. Вміст інших елементів при цьому залишався постійним, %: C–0,08; Si–0,45; P0,03; S0,03; O0,05; N0,04. За результатами математичної обробки експериментальних даних побудовані відповідні регресійні моделі в,0,2, , н КСV–40...-70єС =(C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, P, S, O, N), які ілюструють неадитивний і нелінійний характер впливу легуючих елементів системи 08ХГСНМ на механічні властивості і холодостійкість металу шва (рис.1). Ступінь впливу окремого елемента значною мірою залежить від вмісту інших і в більшості випадків зменшується з підвищенням його концентрації. Найбільш помітний позитивний вплив на холодостійкість металу шва при –40єС і –70єС справляє нікель, а потім хром і молібден. Марганець збільшенню анКСV практично не сприяє. Всі розглянуті легуючі елементи підвищують показники міцності металу шва (0,2 і в).

При заданому рівні легування в базовому шві не досягаються необхідні механічні властивості та холодостійкість при –70єС. Аналіз показав, що необхідний комплекс показників міцності, пластичності та холодостійкості металу шва при зварюванні термічно зміцнених кремнієвомарганцевих сталей може бути забезпечений тільки в результаті комплексного його легування марганцем (0,90...1,1%); хромом (0,5...0,6%); нікелем (0,6...0,7%) і молібденом (0,25...0,35%) при обмеженні граничного вмісту вуглецю до 0,08 % і кремнію до 0,45%. Додаткове введення в такий метал шва титану в кількості 0,04...0,08% сприяє підвищенню ударної в'язкості як при –40єС, так і при –70єС. Позитивний вплив титану на холодостійкість металу шва пояснюється здрібненням первинної і вторинної мікроструктури та поліпшенням форми неметалевих включень.

З метою оптимізації складу зварювального дроту проведені дослідження з вивчення термодинамічної активності основних легуючих елементів системи ХГСНМТ, впливу зазначених елементів на стійкість процесу дугового зварювання в захисних газах (СО2, Ar+СО2) і характеристики переносу електродного металу в цих умовах. За результатами дослідів по визначенню термодинамічної активності Si, Mn, Cr, Ni, Mo і Ti у бінарних і багатокомпонентних розплавах на основі заліза зроблені такі висновки:

 з підвищенням концентрації легуючих елементів тільки у молібдену підвищується коефіцієнт термодинамічної активності;

 при введенні в розплав заліза Mn, Cr, Ni, Mo і Ti активність кремнію підвищується на один-два порядка, що дозволяє зменшити вміст Si у металі шва системи 08ХГСНМТ до 0.3...0.4 %;

 в присутності легуючих елементів активність марганцю знижується в 2-5 раз, у зв'язку з чим для забезпечення необхідних механічних властивостей металу шва концентрація марганцю в ньому повинна бути не менше 1%;

 активність молібдену значною мірою підвищується при введенні в розплав хрому і зниженні концентрації кремнію, що і реалізовано в обраній системі комплексного легування металу шва в частині зменшення вмісту молібдену і кремнію.

На підставі розрахунків концентраційних і температурних залежностей ефективного потенціалу іонізації (Uеф) різних систем на основі заліза, розглянуті легуючі елементи умовно розділені на три групи:

 елементи, що знижують Uеф (хром, титан, алюміній, цирконій);

 елементи, що не справляють помітного впливу на Uеф (кремній, марганець, нікель, молібден);

 елементи, що підвищують Uеф (вуглець, сірка, фосфор).

Така класифікація легуючих елементів задовільно корелює з експериментальними даними про розривну довжину дуги і рівнем втрат металу на розбризкування при дуговому зварюванні дослідними електродними дротами. Визначено, що істотний вплив на характеристики переносу електродного металу (к, mк, nк) при зварюванні в СО2 справляє кремній, потім алюміній і титан (рис.2). Аналогічні результати отримані при зварюванні в суміші Ar + 25 % СО2.

На основі виконаних досліджень з урахуванням коефіцієнтів засвоєння легуючих елементів і частки основного металу у формуванні шва оптимізовані склади комплекснолегованих електродних дротів Св-08ХГ2СНМТ і Св-08ХГНМТ для зварювання термічно зміцнених холодостійких низьколегованих сталей відповідно в захисних газах і під флюсом (табл. 1).

Таблиця 1. Склади електродних дротів композиції 08ХГСНМТ

Тип легування Масова частка елементів, % Призначення

C Si Mn Cr Ni Mo Ti

08ХГ2СНМТ 0,05... 0,08 0,30... 0,60 1,3 ... 1,5 0,5... 0,7 0,7 ... 0,8 0,3 ... 0,4 0,1... 0,2 для зварювання в захисних газах

08ХГНМТ 0,05... 0,08 0,15... 0,40 1,1 ... 1,3 0,5... 0,7 0,7 ... 0,8 0,3 ... 0,4 0,1... 0,2 для зварювання під флюсом


Найбільш висока ударна в'язкість металу шва термічно зміцненої сталі 09Г2С (анКСV–70єС 45 Дж/см2 ) має місце при зварюванні в суміші Ar+25%СО2 дротом Св-08ХГ2СНМТ. Трохи менші, але достатні значення цього показника (анКСV–70єС =30 Дж/см2) забезпечує даний дріт при захисті дуги