Марка сплава |
|
|
|
|
1 5 |
Содержание |
|
С |
Si |
Мп |
Р |
W |
|||
|
|||||||
ВЖ-98 |
0,1 |
0,8 |
0,5 |
0,005 |
0,01 |
1 3 -1 6 |
|
ЭП-683 |
0,1 |
0,5 |
1,0 |
0,02 |
0,02 |
— |
|
ЭП-367 |
0,04 |
0,5 |
1,0—2,0 |
0,015 |
0,01 |
— |
|
ЭП-533 |
0,01 |
0,6 |
0,5 |
0,015 |
0,01 |
7,0—9,0 |
|
ЭП-648 |
0,1 |
0,4 |
0,5 |
0,015 |
0,01 |
4,3—5,3 |
21.3.2. Выбор режимов сварки
При сварке плавлением гомогенных сплавов главная проблема
выбора режимов — сохранение |
жаропрочных |
свойств сплавов |
|
в зоне сварки, а при |
сварке |
гетерогенных |
сплавов — предот |
вращение трещин при |
послесварочной термообработке. |
||
Наиболее общий принцип |
выбора режимов — максимально |
||
возможное сокращение времени высокотемпературного нагрева, увеличение скорости охлаждения и уменьшение размеров сва рочной ванны [8], снижение сварочных напряжений. Указанные требования выполняются при сварке наиболее концентрирован
ным источником |
энергии — лазерным или электронным лучом |
на скорости ^ 5 0 |
м/ч. |
Выбор режимов сварки давлением обусловлен более высо кой жаропрочностью сплавов и электросопротивлением. По этому с увеличением доли легирующих элементов давление на электродах увеличивают, а силу тока снижают. Чтобы умень шить перегрев, электроды и изделие помещают в воду или омы вают струями воды. Перед сваркой поверхности деталей тща тельно зачищают или обезжиривают травлением.
Сплавы с большим содержанием 2(Ti + A l ) > 4 % являются плохосвариваемыми. Такие сплавы рекомендуют соединять диф фузионной сваркой и пайкой [4].
Выбор режимов послесварочной термообработки. Для гомо генных сплавов рекомендуется аустенитизация сварных узлов при температуре 1050—1200 °С, которая приводит к растворе нию избыточных фаз, а также к снятию сварочных напряже ний, что повышает работоспособность сварных соединений в коррозионных средах (табл. 21.6.).
При сварке гетерогенных дисперсионно-упрочняемых спла вов послесварочная термообработка включает аустенизацию и стабилизирующий отжиг. Более эффективна двукратная обработка, которая формирует глобулярную структуру карбидов и у'-фазы по границам. Последующее двухступенчатое старение при 900 °С, 8 ч и при 850 °С, 15 ч приводит к выделению
21.3.3. Жаропрочность соединений
Качественные сварные соединения жаропрочных никелевых сплавов обнаруживают высокие значения жаропрочности и со противляемости термической усталости, мало отличающиеся от таковых для основного металла (табл. 21.6).
Раздел 5 ■5^: ■ ■ ЧУГУНЫ
Г л а в а 22. СЕРЫЕ ЧУГУНЫ (Грецкий Ю. Я., Метлицкий В. А.)
22.1. Состав и свойства
22.1.1. Классификация по составу и свойствам
Согласно диаграмме состояния F e —-С , область чугунов охватывает сплавы, содержащие свыше 2,1 % С. В процессе кристаллизации и последующего охлаждения чугуна избыточный С выделяется в виде включений графита или карбида. Количество графита, форма, размеры и характер распределения его в металлической матрице оказывают существенное влияние на механи
ческие свойства чугунов. |
|
|
|
|
|
Нелегированным |
считают чугун, |
содержащий |
до 3,5— 4,0 % Si, |
до |
|
1,5—2,0 % Мп, до 0,3 % Р, до 0,25 % |
S и до 0,1 % Cr, Ni или Си |
(порознь). |
|||
В низколегированном чугуне суммарное содержание |
легирующих |
элементов |
|||
(Сг, Ni, Си) обычно |
не превышает |
1,0— 1,5%, в |
среднелегированном |
оно |
|
может достигать 7 %, а в высоколегированном превышает 7— 10 %. Добавки сотых и даже тысячных долей процента Mg, N, В считают легирующими (микролегирование, модифицирование). Классификация чугунов по механи
ческим свойствам указана ниже; |
|
|
|
— по твердости |
НВ |
||
|
мягкий чугун |
до |
149 |
|
средней твердости |
149— 197 |
|
|
повышенной твердости |
197—269 |
|
|
твердый . . |
> 2 6 9 |
|
— |
по прочности . . |
а„, |
МПа |
|
обыкновенной прочности |
до |
200 |
|
повышенной прочности |
2 00 -380 |
|
|
высокой прочности |
> 3 8 0 |
|
— |
по пластичности |
6, |
% |
|
непластичный |
ДО |
1 |
|
малопластичный |
1—5 |
|
|
пластичный |
5 - 1 0 |
|
|
повышенной пластичности |
> 1 0 |
|
По специальным свойствам чугуны подразделяют на износостойкие, ан тифрикционные, коррозионностойкие, жаростойкие, немагнитные.
22.1.2. Основные марки>структура и свойства
В соответствии с ГОСТ И 12—85 серые чугуны маркируются буквами СЧ и двухзначными цифрами» обозначающими величину предела прочности ме талла при растяжении: £ 410, СЧ15 — СЧ45. Прочность серого чугуна с плас тинчатыы графитом, та^им образом, находится в пределах 100—450 МПа.
Структура серого чугуна весьма разнообразна и является главным фактором, определяющий ег0 свойства. В ферритных серых чугунах матрица состоит fi3 зерен а-раст0ОРа5 в перлитных она представляет собой эвтектоидную sjvfecb <*-раствор0 и карбида; в ферритно-перлитных эти составляю щие присутствуют в ра2ЛИЧНЫХ соотношениях. Существуют также перлитно карбидные, бейнитные, мартенситные и аустенитные чугуны. Устойчивость аустенитд в последних ПРИ комнатной температуре достигается высоким комплексным легированием Ni, Мп, Сг и др. Характеризуя структуру матрицы, следует также указать на фосфидную эвтектику в виде изолиро
ванных включений или сетки.
Структура чугуна И» следовательно, его свойства во многом определя
ются скоростью охлаждения. С уменьшением скорости охлаждения увели чиваются графитные включения» укрупняется зерно металлической основы, понижаются прочность и твердость.
Чугун не подчиняется закону Гука и ведет себя как неупругий мате риал. Временное сопротивление серого чугуна на сжатие примерно в 2—4 раза выще, чем на растяжение. Отношение между прочностью на срез и временным сопротивлением на растяжение составляет 0,75— 1,80. Ударная вязкость серого чугуна (на образцах без надреза) из-за пластинчатой формы графита не превышает Ю кДм/м2, однако демпфирующая способность ве лика. Усталостная прочность серого чугуна увеличивается с повышением временного сопротивления при растяжении.
22.2. Свариваемость серых чугунов
Чугун обладает небольшой усадкой, примерно в два раза меньшей, чем сталь. Поэтому вероятность образования трещин в случае больших объемов наплавленного металла в виде чу гуна уменьшается. Высокое содержание С в сварочной ванне при этом способствует уменьшению количества цементита и ле дебурита в зоне сплавления. Отбел наплавленного чугуна ис ключается при сварке с нагревом изделия до температуры 600— 700 °С. Последующее охлаждение изделий со скоростью не бо лее 50-—100 °С/ч гарантирует отсутствие цементита и мартен сита не только в структуре наплавленного чугуна, но и ЗТВ.
Структура металла шва представляет собой чугун с пластин чатым графитом и матрицей от ферритной (при медленном ох лаждении соединения) до перлитной (при ускоренном охлаж дении). Обеспечивается идентичность механических, физических и эксплуатационных свойств соединений, аналогичных свойст вам свариваемого чугуна.
Создание сварочных материалов, обеспечивающих получе ние работоспособных соединений чугуна при сварке без подо грева, идет двумя путями. Один путь предусматривает примене ние цветных металлов (Ni, Си) и их сплавов, которые не об разуют стойких карбидов, оставаясь пластичными после на плавки на чугун.
Железоникелевые сплавы образуют непрерывный ряд твер дых растворов. Сплавы, содержащие свыше 30 % Ni, являются аустенитными при комнатной температуре и не имеют а-превра- щения. Расплавленный Ni может растворять значительное ко личество С, который выделяется при охлаждении большей частью в виде графита. Присутствие С в тройном сплаве Fe — Ni—С способствует получению аустенитной структуры при мень шей концентрации Ni. Никелевый аустенит, растворяющий боль шое количество С без образования карбидов, имеет высокую пластичность и низкую твердость. Эти особенности никелевого аустенита обусловливают хорошую обрабатываемость сварных соединений чугуна и стойкость против образования трещин.
Си, как и Ni, не образует карбидов, но в отличие от Ni прак тически не растворяет С и Fe. Благодаря высокой пластичности и указанному отношению к С медь используется в качестве электродного или присадочного металла.
Другой путь предусматривает использование электродов на железной основе. Стальной шов легируют сильными карбидо образующими элементами (V, Nb, Ti), которые связывают С в мелкие карбиды, равномерно распределенные в металлической низкоуглеродистой матрице. Промышленное применение нашло легирование V до 10 %.
В обоих случаях прочность металла шва превосходит проч
ность основного |
металла — серого чугуна |
с пластинчатым гра |
|
фитом, которая |
и определяет |
прочность |
сварного соединения |
в целом. |
|
(ЗТВ) характеризуется наличием |
|
Зона термического влияния |
|||
разнообразных структур как в силу широкого диапазона мак симальных температур нагрева, так и по причине большой хи
мической и физической неоднородности свариваемого |
чугуна. |
||
В результате |
нагрева до |
температур 1150—1250 °С чугун во |
|
время сварки |
находится |
в жидко-твердом состоянии. |
После |
сварки охлаждение его идет с большой скоростью— 10—20°С/с и выше. В твердой фазе участка при таких скоростях охлажде ния формируются мартенсит и троостит, жидкая фаза кристал лизуется с образованием ледебурита.
На границе между сварочной ванной и зоной неполного рас плавления протекают диффузионные процессы, которые могут значительно изменить характер формирования структуры. Если сварка чугуна производится малоуглеродистой сталью, свароч ная ванна отличается от основного металла значительно мень шим содержанием С и Si. Поэтому диффузия этих графитизаторов будет протекать из участков неполного расплавления в ванну, и образование в зоне сплавления ледебурита и цемен тита неизбежно. В случае сварки чугуна чугуном с повышенным содержанием указанных графитизаторов диффузия последних протекает в сторону зоны сплавления, что снижает вероятность