8.3 Вплив кисню на властивості сталі

Кисень з залізом утворює такі оксиди:

1. Закис заліза

. (8.14)

2. Закис–окис заліза

. (8.15)

3. Окис заліза

. (8.16)

З утворених оксидів розчинюється у залізі лише закис заліза, а решта присутні у вигляді включень, які при підвищених температурах дисоціюють. При температурі 572 °С закис заліза розкладається

. (8.17)

У зварному шві, що закристалізувався, кисень присутній у твердому розчині та у вигляді включень Fe₃O₄. На процес розчинення кисню в залізі впливають легуючі елементи. Значно знижують розчинення кисню у залізі кремній та вуглець. В загальному випадку розчинений у залізі кисень негативно впливає на властивості сталі. Цей вплив зводиться:

— окиснюється залізо;

— окиснюються легуючі елементи, наприклад

, (8.18)

— знижуються механічні характеристики сталі;

— при концентрації кисню більш, ніж 0,08 % виникають cиньо– та червоноламкість сталі;

— знижується стійкість проти корозії;

— підвищується омічний опір;

— знижується магнітна проникливість;

— підвищується схильність до старіння;

— знижується обробка різанням;

— підвищується ріст зерен при перегріві.

8.4 Вплив азоту на властивості сталі

У зварювальній ванні виникають нітриди

, (8.19)

. (8.20)

Цей процес відбувається при Т = 550 – 700 °С. При вищих температурах ці нітриди дисоціюють. У твердому залізі азот може бути присутній у вигляді:

— твердого розчину ;

— Fe₄N.

Присутність азоту в металі шва здійснює істотний вплив на властивості сталі, а саме:

1. Підвищується міцність, але знижується ударна в’язкість та відносне подовження.

2. Підвищується схильність до старіння, підвищується здібність до загартування, підвищується схильність до синьо– та червоноламкості, знижується магнітна проникливість, підвищується омічний опір.

3. При зварюванні легованих аустенітних сталей азот може частково замінювати нікель для підвищення міцності сталі.

8.5 Вплив водню на властивості сталі

Водень може впливати на властивості сталі позитивно та негативно:

1. Позитивний вплив зводиться до того, що водень має відновні властивості. Він утворює захисну атмосферу та перешкоджає насиченню металу, що зварюється, азотом, киснем та утворенню нітридів, відновлює метал із оксидів.

2. Негативну, тому, що водень який знаходиться в атомарному стані у твердому металі сприяє утворенню пор та тріщин. По відношенню до водню всі металі поділяють на дві групи:

— не утворюючі з воднем хімічних з’єднань (залізо, нікель, алюміній, кобальт, молібден, свинець, мідь та інші);

— утворюючі з воднем тверді розчини та хімічні з’єднання (титан, тантал та інші).

Чим більша температура, тим більше розчиняється водню у залізі. Максимальна розчинність водню при температурі 2400 °С. Водень, що

знаходиться в атомарному стані легко дифундує у металі, накопичується у місцях мікротріщин, пор, де переходить у молекулярний стан, утворюючи надлишковий тиск. В металі можуть іти реакції

, (8.21)

де [ ] — елемент, розчинений у металі.

Наявність молекулярного водню та молекул води за рахунок утвореного ними надлишкового тиску веде до зниження пластичності металу у зонах їх накопичення. Це приводить до розкриття мікротріщин, появі нових тріщин та утворенню пор.