Первичную твердость

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПЕРВИЧНУЮ СТРУКТУРУ СВАРНОГО ШВА

Первичную структуру сварного шва можно регулировать, используя различные металлургические и технологические приемы.

Рост Зерен в околошовной зоне для сталей происходит в области температур перитектического превращения при наличии между зернами жидкой фазы. На микрощлифах, травленных на первичную структуру толщина межисрсшюй прослойки составляет 2—8 мкм. То есть, при разработке физической модели необходимо учитывать выделение тепла при перитектичеекой реакции, наличие жидкой прослойки между растущим и исчезающим зерном.

Эти формы ликвации являются причиной появления различных структур в стали. В стальных отливках возникает дендритная структура; образующийся в начале затвердевания кристаллический скелет обеднен фосфором, в то время как остальные участки обогащены им. Строчечная структура в кованой или катаной стали закономерно связана с распределением фосфора. Фосфид железа (FegP) появляется, если содержание фосфора очень велико или охлаждение вызывает сильную ликвацию фосфора. В стали это явление происходит лишь в редких случаях, фосфид железа преимущественно выделяется в составе фосфидной эвтектики. Вследствие низкой диффузионной подвижности фосфора возникшее после затвердевания распределение сохраняется неизменным. Таким образом, травление реактивом, выявляющим распределение фосфора, характеризует первичную структуру материала. Различные авторы указывали, что действие травителей для выявления первичной структуры связано с распределением кислорода в железе [16]. Можно предположить, что в стадях между

фосфором и кислородом существует взаимодействие, как между фосфором и углеродом [17]. Однако для практики травления это не имеет значения. Установлено, что трави-тели, выявляющие первичную структуру, одновременно дают картину распределения фосфора. Растворы для травления можно подразделить на кислые (содержащие и не содержащие соли меди) и нейтральные (содержащие соли меди).

Травитель 23 [1,3—2,5 мл НС1; 0,5 г пикриновой кислоты; 1 г CuCl; 100 мл спирта; 10 мл Н2О]. Этот травитель применяли Ле Шателье и Дюпюи [30]. С его помощью можно успешно выявлять первичную структуру сталей с низким содержанием фосфора. Соотношение количеств пикриновой кислоты и хлорида меди (I) можно изменять в довольно больших пределах, в то время как соотношение воды и спирта должно быть постоянным. Концентрацию соляной кислоты выбирают в зависимости от состава стали. Целесообразно готовить раствор с добавкой 1,3 и 2,5 мл соляной килоты. Путем предварительных экспериментов устанавливают, какой из растворов наиболее подходит. Для повышения контрастности рекомендуется увеличивать содержание соляной кислоты. Травление продолжают до тех пор, пока не

Травитель 3 [2 г пикриновой кислоты; 25 г NaOH; 75 мл Н2О ]. Этот реактив, по данным Бургланда и Майера [7], выявляет первичную структуру в чугунах, если образцы после обычного травления в кипящем растворе оставить в нем на 7—10 мин во время охлаждения. Поверхность шлифа покрывается темной пленкой, фосфидная сетка лежит в светлой зоне, поэтому равноосная структура, реже дендритная, четко видна. После травления щелочным раствором пикрата натрия темнеет только цементит.

Свойства металла шва, «ак и любого металла, определяются его химическим составом и структурой. Механические свойства сварного шва зависят в большой степени от первичной кристаллической структуры, т. е. структуры, образующейся при переходе металла из жидкого состояния в твердое. В сварных швах углеродистых и низколегированных перлитных сталей первичную структуру можно наблюдать только после специального травления. Обычное травление выявляет вторичную структуру, т. е. структуру, образующуюся после окончания превращения аустенита. При медленном охлаждении образовавшиеся в жидкой ванне кристаллы аустенита выделяют феррит, а оставшийся после образования феррита аустенит с повышенным содержанием углерода переходит в перлит. Из осей первого порядка дендритов, содержащих меньше углерода и примесей, образуются зерна феррита. Дендрит дробится на несколько зерен. Зерна перлита получаются из периферийных слоев дендритов и междендритных прослоек. Феррито-перлитная структура сварного шва называется вторичной, так как она образовалась в процессе вторичной кристаллизации из твердого раствора углерода в у-железе — аустенита.

ности и равнопрочности чугунных деталей трактора с учетом указанных требований исследовали влияние на структуру и свойства серого чугуна некоторых комплексных модификаторов, в состав которых входила постоянная графитизирующая добавка — силикомишметалл в количестве 0,05% от веса жидкого металла. В качестве стабилизирующих компонентов были приняты: марганец, молибден, хром, ванадий и вольфрам — элементы, которые способствуют получению перлитной матрицы чугуна и вместе с тем несколько различны по воздействию на первичную структуру. Добавки этих элементов изменялись от 0,2 до 0,6% к весу жидкого металла.

кристаллической структуры. Первичная кристаллическая структура— структура, получаемая при переходе металла из жидкого состояния в твердое. В сварных швах углеродистых и низколегированных перлитных сталей первичную структуру можно наблюдать только после специального травления. Обычное травление выявляет вторичную структуру. При медленном охлаждении образовавшиеея из жидкой ванны при высокой температуре кристаллы аустенита в интервале температур от Аг3 до Аг\ превращаются в феррит, а оставшийся после этого превращения аусте-нит с повышенным содержанием углерода переходит в перлит. Из осей первого порядка дендритов, содержащих меньше углерода и примесей, образуются зерна феррита. Дендрит дробится на несколько зерен. Перлитные зерна получаются из периферийных слоев дендритов и междендритных прослоек. Феррито-перлитная структура сварного шва называется вторичной, так как она образовалась в процессе вторичной кристаллизации из твердого раствора — аустенита.

Первичная структура, т. е. структура металла шва, возникшая при затвердевании сварочной ванночки, в зависимости от химического состава и условий первичной кристаллизации жидкого металла может быть однофазной (аустенитной) или двухфазной. Типичная однофазная структура сварного шва аустенитной стали и аустенитного сплава показана на рис. 22, а и б. Сварной шов может иметь двухфазную первичную структуру следующих типов: аустенитно-ферритную (рис. 22, в) или фер-ритно-аустенитную (рис, 22, г), представляющую собой смесь кристаллов аустенита у и первичного феррита 6; аустенитно-карбид-ную (рис. 22, д), представляющую собой аустенит и первичные карбиды к' эвтектического (ледебуритного) происхождения; аустенитно-эвтектическую с эвтектической составляющей не карбидного характера. Появление эвтектической фазы Э может быть вызвано серой, фосфором (рис. 22, ж), кремнием, цирконием, ниобием, титаном, бором (рис. 22, в) и другими легирующими элементами, которые способны образовывать эвтектику с основными составляющими шва (железом, никелем, хромом) или друг с другом. Сварные швы могут иметь и более сложную, например трехфазную, первичную структуру Y ~Ь $ -- Э.

Оптимальные температуры закалки на первичную твердость уста* навливают на основе определенного сочетания характеристик твердости (HRC 62—65), размера зерна (не крупнее 9 по ГОСТ 5639—82 при диаметре до 80 мм и 8 при диаметре 80—140мм или 4 и 3 по шкале изломов соответственно) и количества остаточного аустенита (15—20%) (табл. 39). Максимальная твердость после закалки достигается при достаточно полном растворении карбидов (сохраняется 6—10%), но таком, чтобы не происходил рост зерна и образование чрезмерного количества остаточного аустенита. У высокохромистых сталей интервал температур Закалки небольшой.

Температуры отпуска при обработке на первичную твердость устанавливают по сочетанию характеристик твердости, прочности на изгиб и ударной

2. Закалка от температур на 20— 30 °С выше, чем при обработке на первичную твердость, для повышения содержания остаточного аустенита (см. табл. 39) + отпуск при 450—480 °С с такой кратностью (1—3 раза), которая обеспечит требуемые размеры (тепловая доводка) [18].

личество остаточного аустенита уменьшается до 2—3 %, чем н объясняется сильное упрочнение при отпуске на 500—540 *С. Сталь 11Х4В2МФЗС2 можно обрабатывать н на первичную твердость.

Термическую обработку сталей с 6 и 12% Сг высокой износостойкости проводят преимущественно на первичную твердость и реже на вторичную.

Оптимальные температуры закалки на первичную твердость устанавливают на основе определенного сочетания характеристик твердости (HRC 62—65), размера зерна (не крупнее 9 по ГОСТ 5639—82 при диаметре до 80 мм и 8 при диаметре 80—140мм или 4 и 3 по шкале изломов соответственно) и количества остаточного аустенита (15—20%) (табл. 39). Максимальная твердость после закалки достигается при достаточно полном растворении карбидов (сохраняется 6—10%), но таком, чтобы не происходил рост зерна и образование чрезмерного количества остаточного аустенита. У высокохромистых сталей интервал температур Закалки небольшой.

Температуры отпуска при обработке на первичную твердость устанавливают по сочетанию характеристик твердости, прочности на изгиб и ударной

2. Закалка от температур па 20— 30 °С выше, чем при обработке на первичную твердость, для повышения содержания остаточного аустенита (см. табл. 39)+ отпуск при 450—480 °С с такой кратностью (1—3 раза), которая обеспечит требуемые размеры (тепловая доводка) [18].

личество остаточного аустенита уменьшается до 2—3 %, чем и объясняется сильное упрочнение при отпуске на 500—540 °С. Сталь 11Х4В2МФЗС2 можно обрабатывать и на первичную твердость.

Термическая обработка. Для обеспечения требуемого комплекса механических свойств стали рассматриваемой группы должны иметь структуру высоколегированного мартенсита и мелкодисперсной карбидной фазы, что достигается закалкой с последующим отпуском. Как правило, указанные стали обрабатывают на первичную твердость.

Стали Х12Ф1 и Х12М обрабатывают как на первичную, так и на вторичную твердость. На первичную твердость их закаливают с более низких температур (1020 — 1075 °С, см. табл. 19.1), когда количество остаточного аустенита невелико, затем подвергают низкому отпуску (150 - 170°С), сохраняющему высокую твердость (61 - 63 HRC). Такой режим обеспечивает наибольшую прочность (<ти = 2400... 2800 МПа) при низкой теплостойкости и применяется для большинства штампов и накатных роликов.