64

Министерство образования Российской Федерации

Тульский государственный университет

Кафедра “Оборудование и технология сварочного производства”

А. А. Протопопов

д-р техн. наук, доцент

СВАРКА СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

для студентов

направления подготовки 651400 – “Машиностроительные технологии и оборудование”,

специальности подготовки 120500 – “Оборудование и технология сварочного

производства”

очной формы обучения

Тула 2000

АННОТАЦИЯ

В дисциплине “Сварка специальных сталей и сплавов” изучаются следующие вопросы:

– Классификация специальных сталей и сплавов.

– Химическая коррозия. Механизм образования оксидной пленки. Методы оценки скорости окисления и жаростойкости. Влияние легирующих элементов на жаростойкость.

– Электрохимическая коррозия. Виды электрохимической коррозии сварных соединений: общая коррозия, разновидности избирательной коррозии. Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость сварных соединений.

– Характеристики работоспособности сварных соединений при повышенных температурах. Критерии жаропрочности. Влияние легирующих элементов на жаропрочность сварных соединений. Связь между технологическими особенностями выполнения сварного соединения (тип сварного соединения, термический режим сварки) и жаропрочностью шва.

– Охрупчивание сварных соединений при повышенных температурах. Сигма-охрупчивание. 475^о охрупчивание. Хрупкое разрушение сварного шва под нагрузкой при повышенных температурах.

– Сварка плавлением теплоустойчивых сталей. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварки плавлением хромоникелевых сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов. Характеристика и область применения хромоникелевых сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов.

– Сварка плавлением хромистых сталей мартенситного и ферритного классов. Характеристика и область применения хромистых сталей мартенситного и ферритного классов. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением низколегированных бейнитно-мартенситных сталей. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением микролегированных сталей. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением мартенситно-стареющих сталей. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением тугоплавких металлов и сплавов на их основе. Свойства сплавов на основе ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена и вольфрама. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением алюминия и его сплавов. Характеристики алюминиевых сплавов. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением титановых сплавов. Характеристика титановых сплавов. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением меди и ее сплавов. Характеристика меди и ее сплавов. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением чугуна. Характеристика и свойства чугуна. Особенности сварки. Технология сварки.

– Сварка плавлением разнородных металлов и сплавов. Особенности сварки. Сварка стали с цветными металлами и их сплавами: сварка стали с алюминием, сварка стали с медью и ее сплавами, сварка сталей с титаном. Технология сварки. Сварка разнородных цветных металлов и сплавов: сварка алюминиевых сплавов с медью, сварка алюминиевого сплава с титаном, сварка меди и ее сплавов с титаном. Технология сварки.

Лекция № 1 Вводная – 2 часа

1. Цели и задачи изучения курса

2. Определение специальной стали и сплава.

3. Классификация сталей и сплавов.

1. Цели и задачи изучения курса

Дисциплина “Сварка специальных сталей и сплавов” имеет целью получения знаний и практических навыков по технологической подготовке производства при сварке специальных сталей и сплавов в организационно-технологической, проектно-конструкторской, и экспериментально-исследовательской деятельности инженера по специальности 120500 – “Оборудование и технология сварочного производства”.

Инженер должен:

- понимать особенности процесса формирования качественного сварного соединения при сварке специальных сталей и сплавов;

- иметь представление об общих тенденциях при разработке специальных сталей и сплавов технологий их сварки;

ЗНАТЬ:

- закономерности взаимосвязи эксплуатационных характеристик свариваемых материалов с их составом, состоянием, технологическими режимами и условиями эксплуатации;

УМЕТЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ:

- специальную литературу и другие информационные данные для разработки технологических процессов сварки специальных сталей и сплавов;

- знание закономерностей формирования сварного соединения при сварке специальных сталей и сплавов для обеспечения производства сварных изделий с заданными свойствами;

- методы предупреждения дефектов сварных соединений при разработке технологии сварки специальных сталей и сплавов.

ИМЕТЬ ОПЫТ:

- работы с технологической документацией, технической литературой, научно-техническими отчетами, справочниками и другими информационными источниками;

- проектирования технологических процессов сварки специальных сталей и сплавов.

2. Определение специальной стали и сплава

По сложившейся в 60-е годы терминологии специальной сталью называли любую легированную сталь. В настоящее время в ГОСТах определение специальной стали или специального сплава отсутствует, и под специальной сталью и специальными сплавами обычно понимают стали и сплавы, используемые для изготовления сварных конструкций специального назначения. Например, материалы, работающих в коррозионной среде, при повышенных температурах и т. д. Объем применения таких материалов при изготовлении сварных конструкций значительно меньше, чем соответствующий показатель для углеродистых и низколегированных сталей. Исходя из данной точки зрения специальной сталью или специальным сплавом можно назвать стали и сплавы которые используются в машиностроении сравнительно редко по отношению к другим материалам или используются в сварных конструкциях специального назначения.

3. Классификация сталей и сплавов

Сталями называют сплавы железа и углерода, при содержании углерода от 0,02% до 2,14%.

Армко - железо (электротехническая сталь, технически чистое железо) содержит менее 0,02% углерода.

Стали классифицируются по нескольким признакам:

- по химическому составу;

- по качеству;

- по структуре;

- по применению.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. По концентрации углерода конструкционные стали, применяемые в сварных конструкциях (как углеродистые, так и легированные)) подразделяют на низкоуглеродистые (< 0,25% С), среднеуглеродистые (0,26 – 0,45 % С) и высокоуглеродистые (0,46 – 0,7 %С ).

В углеродистых и легированных сталях содержатся различные примеси. Различают примеси постоянные, скрытые и случайные.

1. Постоянные или обыкновенные примеси. К этой группе относятся марганец, кремний, алюминий и титан, которые применяются при производстве стали в качестве раскислителей; к постоянным примесям следует отнести серу и фосфор, потому что полностью освободиться от них при массовом производстве стали невозможно. Содержание этих элементов находится в спокойной стали обычно в пределах: 0,3...0,7 % Мп; 0,2...0,4 % Si; 0,01...0,02 % А1; 0,01...0,05 % Р и 0,01...0,04 % S; 0,01...0,02 % Ti.

2. Скрытые примеси. Это кислород, водород и азот, присутствующие в любой стали в очень малых количествах. Методы их химического определения сложны, поэтому содержание этих элементов в обычных технических условиях не указывается.

3. Случайные примеси. К этой группе относятся примеси, попадающие в сталь из шихтовых материалов или вследствие каких-либо случайных причин. Случайными примесями могут быть медь, мышьяк, олово, цинк, сурьма, свинец и т.д., попадающие в сталь из руд или скрапа (лома).

Стали, выплавленные на, так называемой, первородной шихте, без использования скрапа — основного источника загрязнения, не содержат случайных примесей. Они также очень чистые По степени раскисленности стали подразделяют на кипящие (раскисленные только Mn и практически не содержащие кремния, < 0,05 % Si), полуспокойные (раскисленные Mn и Al; содержание кремния - 0,05 – 0,1 % Si) и спокойные (полностью раскисленные с помощью Mn, Al, Si; содержание кремния - 0,14 – 0,3 % Si).

Низколегированная сталь - сталь легируемая одним или несколькими элементами, если содержание каждого из них не превышает 2%, а суммарное содержание 5%. В низколегированных сталях выделяют подкласс микролегированных ( с содержанием каждого из легирующих элементов порядка 0,1 % или менее 0,1 %, например 14Г2АФ, 09Г2ФБ, 10Г2ФР, 12ГН2МФАЮ и др.).

Среднелегированная сталь - сталь легированная одним или несколькими элементами, если содержание каждого из элементов от 2 до 5 %, а суммарное содержание не превышает 10 %.

Высоколегированная сталь - сталь содержащая не менее 5 % одного из легирующих элементов, и не менее 10 % суммы легирующих элементов.

По существующей в машиностроении системе обозначений сталями называют как правило сплавы с содержанием железа не менее 50 %.

По ГОСТ 5632-70: никелевый сплав - это сплав с содержанием никеля не менее 55 % (H70MФ, XH60Ю, XH56BMTЮ). Железоникелевые сплавы - это сплавы, содержащие сумму железа и никеля более 65 % и отношение Ni / Fe = 1/1,5 (06XH28MT, XN38BT).

По качеству стали делят:

- обыкновенного качества;

- качественные;

- высококачественные;

- особо высококачественные

(все легированные не хуже, чем качественные).

По структуре различают стали в состоянии поставки. При этом стали поставляются после отжига или после нормализации.

1 После отжига стали делят на 4 класса:

1.1. Доэвтектоидные, имеющие избыточный феррит.

1.2. Эвтектоидные, перлитные.

1.3. Аустенитные.

1.4. Ферритные.

Углеродистые стали – классы 1.1 и 1.2. Легированные – все классы.

2. После нормализации выделяют основные классы: перлитный, мартенситный, аустенитный и ферритный.

В сталях, используемых в сварных конструкциях, как правило, выделяют не только основные, но и промежуточные классы. Соответственно различают стали: перлитные (10ХСНД), жаропрочные перлитные (15ХМ), бейнитно-мартенситные (14Х2ГМРБ), мартенситно-бейнитные (40ХГСН3МА), мартенситные (15Х11МФ), мартенситно-ферритные (12Х13), ферритные (08Х17Т), аустенитные жаропрочные (08Х16Н9М2), аустенитные коррозионностойкие (12Х18Н10Т), аустенитно-ферритные нержавеющие (08Х22Н6Т), аустенитно-мартенситные (09Х15Н8Ю) и мартенситно-стареющие (03Х11Н9М2Т).

По применению различают стали:

- конструкционные (20, 30ХГСА, В ст.3 пс и т.д.);

- инструментальные (У8, Р6М5, XBГ, X т.д.);

- стали и сплавы с особыми свойствами (коррозионностойкие, жаропрочные, жаростойкие, теплоустойчивые, пружинные и пр.)