Образованию остаточных

Сварку можно выполнять непрерывно горящей или импульсной дугой. Импульсная дуга благодаря особенностям ее теплового воздействия позволяет уменьшить протяженность околошовной зоны и коробление свариваемых кромок, а также сваривать металл малой толщины при хорошем формировании шва. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны при этом способе сварки способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероятность образования горячих трещит!. Однако эта же особенность может способствовать образованию околошовных надрывов при сварке высоколегированных сталей. Для улучшения формирования корня шва используют поддув газа, а при сварке корневых швов на металле повышенных толщин — специальные расплавляющиеся вставки.

1. М. С. Бридавский, С. В. Демъянцевич. Склонность сплавов на никелевой основе к образованию околошовных трещин в процессе сварки.— В сб. «Труды ЦКТИ им. Ползунова». Л., Центр, котлотурб. ин-т им. Ползунова, 1968, № 85.

Электрошлаковую сварку производят за один проход, поэтому линейная скорость сварки толстого металла значительно ниже, чем при дуговой многослойной сварке. Благодаря этому скорости нагрева и последующего охлаждения околошовной зоны малы, а склонность к образованию околошовных трещин при сварке закаливающихся сталей сравнительно невелика. В связи с тем, что электрошлаковую сварку производят за один проход, исключается наиболее распространенный дефект многослойной сварки — мелкие шлаковые включения. Наряду с этим, при существенном отклонении от установленной технологии электрошлаковой сварки возможно возникновение дефектов, снижающих работоспособность сварной конструкции.

Шую глубину оплаЁЛЯю'гся Границы зёрен в зоне сплавления и тем шире получается эта зона. В зоне сплавления, в которой металл нагревается до температур между линией солидуса основного металла и линией солидуса легкоплавких составляющих, зерна разобщены жидкими прослойками. С расширением зоны сплавления увеличивается опасность разобщения зерен, промежутки между которыми не будут заполнены прослойкой жидкого металла. Мелкозернистая аустенитная сталь с чистыми границами зерен менее склонна к образованию околошовных трещин, чем крупнозернистая с легкоплавкими прослойками между зернами.

Сварку можно выполнять непрерывно горящей или импульсной дугой. Импульсная дуга благодаря особенностям ее теплового воздействия позволяет уменьшить протяженность околошовной зоны и коробление свариваемых кромок, а также сваривать металл малой толщины при хорошем формировании шва. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны при этом способе сварки способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероятность образования горячих трещин. Однако эта же особенность может способствовать образованию околошовных надрывов при сварке высоколегированных сталей. Для улучшения формирования корня шва используют поддув газа, а при сварке корневых швов на металле повышенных толщин - специальные расплавляющиеся вставки.

Чем больше границы основного металла загрязнены легкоплавкими составляющими, тем на большую глубину произойдет оплавление границ зерен в зоне сплавления и тем шире получится эта зона. В зоне сплавления, в которой металл нагревается до температур между линией солидуса основного металла и линией солидуса легкоплавких составляющих, зерна разобщены жидкими прослойкам». С расширением зоны оплавления увеличивается опасность разобщения зерен, которое не будет компенсировано прослойкой жидкого металла. Мелкозернистая аустенитная сталь с чистыми границами зерен менее склонна к образованию околошовных трещин, чем крупнозернистая с легкоплавкими прослойками между зернами.

По данным работы [113], снижение склонности к околошовному растрескиванию при сварке и старении высокожаропроч-иого никелевого сплава марки Рене-41 (=?-0,12% С, scO,5% Si, ^0,5% Mn, 18—20% Cr, 9—10,5% Mo, 10—12% Co, 3,0—3,3% Ti, 1,4—1,6% Al, =^5% Fe, 0,003—0,01% В) может достигаться уменьшением в нем содержания углерода, а также Fe, Mn, Si и S. Показано, что плавки с низким содержанием кремния (0,01—0,03%) и марганца (0,05—0,15%) обладают заметно большей сопротивляемостью образованию околошовных трещин, чем плавки с высоким содержанием этих элементов (0,3—0,5%).

10. Бридавский М. С. и Демянцевич С. В. Склонность сплавов на никелевой основе к образованию околошовных трещин в процессе сварки. Л., ЦКТИ, 1968 (Труды ЦКТИ вып. 84).

Как известно, для оценки склонности аустенитных сталей и сплавов к образованию околошовных трещин их подвергают испытаниям по методике Ренсслеровского политехнического института (в США) или по методике Института металлургии (в СССР). В § 3 гл. IV были высказаны некоторые критические замечания, касающиеся недостатков этой методики в случае использования ее для оценки стойкости против локальных разрушений. Применительно к рассматриваемому здесь вопросу эта методика также не свободна от недостатков. Мы имеем в виду слишком большой разброс данных при определении пластичности образцов при температурах, близких к солидусу, обусловленный несовершенной техникой нагрева образца и контроля температуры. Тем не менее, даже при наличии этих недостатков упомянутая методика позволяет выявить разницу в поведении аустенитных сталей и сплавов различного происхождения. Так, в работах [9, 10] показано, что для жаропрочной стали ЭИ787 обычного производства температурный интервал хрупкости на ветви охлаждения сварочного термического цикла составляет 180° С. Для металла, подвергшегося электрошлаковому переплаву, он значительно уже и составляет всего 25° С. Подобные данные получены и для жаропрочного никелевого сплава ЭИ445Р. Напомним, что, чем уже температурный интервал хрупкости сплава, тем выше его сопротивляемость образованию околошовных трещин.

В сварных конструкциях применяют гл. обр. деформируемые упрочняемые и не-упрочпяемые термич. обработкой сплавы. Литье из алюминиевых сплавов подвергается преимущественна подварке с целью устранения дефектов. Деформируемые сплавы, в особенности упрочняемые термич. обработкой, склонны к образованию околошовных или шовных трещин и к снижению прочности сварных соединений. Коэфф. прочности:

Для того чтобы достигнуть необходимой точности при сборке стыков прибегают к операциям пригонки. Горячая пригонка практически не поддается контролю, она трудоемка и приводит к образованию остаточных деформаций и напряжений.

Детали должны иметь минимальную массу при достаточной прочности и быть надежными в эксплуатации, так как их поломка может привести к авариям в машине. Прочность детали обеспечивается правильным выбором материала, надлежаще рассчитанными размерами. Уменьшение массы деталей достигается применением более прочных и экономичных материалов. Применение наиболее точных методов расчета дает возможность получить размеры деталей без излишних запасов прочности. Многие детали должны также обладать достаточной жесткостью, т. е. способностью сопротивляться образованию остаточных деформаций. Особое значение это имеет для таких деталей, как валы, оси, оооры. Жесткость деталей зависит от свойств материала, размеров и формы деталей, поэтому при конструировании многие детали машин подвергаются проверочным расчетам на жесткость и специальным испытаниям опытных образцов.

Один из современных подходов к объяснению эффекта прекращения роста усталостной трещины при уменьшении амплитуды цикла напряжений основан на явлении так называемого' закрытия трещины. Он состоит в следующем. Изменение скорости роста трещины, связанное с изменением амплитуды напряжений, зависит от амплитуды коэффициента интенсивности напряжений Д/(. Однако величина А/С, определенная по полному размаху напряжений, не является действительной, определяющей рост трещины, поскольку трещина не остается открытой на протяжении всего цикла нагружения [20]. Возникновение зоны пластической деформации у вершины трещины при максимальном растягивающем напряжении знакопостоянного цикла ведет к образованию остаточных напряжений сжатия, которые при разгрузке могут закрыть трещину [14]. При знакопеременном цикле напряжений трещина закрывается при действии сжимающих напряжений цикла, однако и в этом случае эффект возникновения зоны пластической деформации у вершины трещины приводит к более раннему ее закрытию. Истинная скорость распространения усталостной трещины зависит от так называемого эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений ЛКЭф, определяемого по части цикла нагружения, в которой трещина находится в открытом состоянии.

Одна из центральных проблем машиностроения — проблема прочности конструкционных материалов, их способность сопротивляться разрушению и образованию остаточных деформаций при действии статических и динамических нагрузок.

При остывании легированной стали распад аустенита в зависимости от ее химического состава и скорости остывания может начаться при низких температурах (гораздо ниже, чем при его образовании при нагреве) с переходом аустенита в мартенсит, образование которого связано с резким увеличением объема. Так как в этом случае объемные деформации происходят при температурах, когда металл находится в упругом состоянии, то эти структурные превращения приводят к образованию остаточных напряжений.

Как показывают исследования [4], чугун с шаровидным графитом из-за более высокого значения модуля упругости и меньшей теплопроводности обладает большей склонностью к образованию остаточных напряжений, чем обычный серый чугун.

При закалке в масле (фиг. 1, //) охлаждение поверхности и сердцевины протекает благодаря меньшей скорости охлаждения со значительно меньшей разницей в температурах (прямая На > > Я]в; Кб ^>К\г), что приводит к образованию остаточных напряжений значительно меньшего значения.

эта скорость, тем больше получаемые внутренние (термические) напряжения. Охлаждение стали после высокотемпературного отпуска в воде (с большой скоростью) приводит к образованию остаточных напряжений высокого значения.

Основное функциональное назначение этого узла определяется способностью воспринимать все нагрузки, действующие со стороны дорожного полотна на передние колеса автомобиля без появления зон текучести в материале балок. Нарушение этого требования приводит к образованию остаточных деформаций в балке, что вызывает изменение углов схождения и развала колес и, следовательно, повышенный износ шин, плохую управляемость и т. д.

Локализованное тепловое воздействие на металл при приварке ремонтных муфт может привести к образованию остаточных сварочных напряжений.

Причиной появления остаточных напряжений может служить разница в удельных объемах структур определенных участков сварного соединения. Эти напряжения носят название структурных остаточных напряжений. Они в большинстве случаев появляются совместно с температурными напряжениями. Например, при остывании легированных сталей образование мартенсита связано с резким увеличением объема. Так как здесь объемные деформации происходят при низких температурах, когда металл находится в упругом состоянии, то структурные превращения приводят к образованию остаточных напряжений.