13

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет: «Машиностроительные технологии и оборудование»

Кафедра: «Машины и автоматизация сварочных процессов»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению расчетной работы №2 на тему: «Графо – аналитический метод расчета структуры металла шва сварных соединений высоколегированных сталей» по дисциплине « Материалы и их поведение при сварке« для подготовки бакалавров по направлению 150301 – Машиностроение, профиль «Оборудование и технология сварочного производства»

Ростов – на – Дону – 2016 г.

. Составители: проф., Д.Т.Н. Полетаев Ю.В. , Полетаев В.Ю.

Методические указания к выполнению расчетной работе №2 на тему: «Графо – аналитический метод расчета структуры металла шва сварных соединений высоколегированных сталей» по дисциплине: » Материалы и их поведение при сварке»/ Донской государственный технический университет, Ростов – на – Дону,2016.

Печатается по решению методической комиссии факультета «Машиностроительные технологии и оборудование»

Научный редактор: проф., Д.Т.Н. А.А. Чуларис

© Полетаев Ю.В. , Полетаев В.Ю.

© ДГТУ, 2016

1. Расчетная работа №2 «графо – аналитический метод расчета структуры металла шва сварных соединений высоколегированных сталей «

1. Общие положения

В промышленности достаточно широко используют высоколегированные стали (которые содержат легирующих элементов в сумме более 10% или одного элемента более 5%). К ним относят жаростойкие, жаропрочные и коррозионностойкие стали. Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают стойкостью против химического разрушения поверхности (окисления) в газовых средах при температурах выше 550 и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. К жаропрочным относят стали обладающие повышенными механическими свойствами при высоких температурах [1.6.1 – 1.6.5].

Аустенитные жаропрочные стали применяют для изготовления оборудования и трубопроводов, работающих под давлением при температуре выше 550 . Эти стали обладают рядом общих свойств –высокой жаропрочностью и окалиностойкостью, большой пластичностью, хорошей свариваемостью, большим коэффициентом линейного расширения. Однако по сравнению с перлитными и мартенситными сталями они менее технологичны: обработка давлением и резанием этих сталей и сплавов затруднена; сварной шов обладает повышенной склонностью к образованию горячих трещин и хрупкостью; полученное вследствие нагрева крупнозернистое строение не может быть исправлено термической обработкой, так как в этих сталях отсутствует фазовая перекристаллизация. В интервале 550-600 эти стали охрупчиваются из-за выделения по границам зерна различных фаз.

К коррозионностойким (нержавеющим) сталям и сплавам относятся материалы, противостоящие поверхностному разрушению (коррозии) под воздействием внешней среды. Введение в сталь более 12% хрома делает ее коррозионностойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах (в воде, в рядах кислот, солей и щелочей).

Высоколегированные стали в зависимости от структурного состава могут применяться при изготовлении коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких и других сварных конструкций. Основной проблемой, возникающей при сварке, является высокая склонность металла сварного шва и зоны термического влияния к образованию горячих трещин. Известно, что эффективным средством борьбы с горячими трещинами является наличие в структуре ферритной фазы. Минимальное содержание феррита в структуре, исключающее появление горячих трещин, в зависимости от композиции основных и сварочных материалов, меняется от 1 до 4%. Для сварных конструкций, длительно работающих при температуре выше 500°С, верхний предел содержания феррита ограничивают величиной 5-6%, из-за опасности образования хрупкой - фазы [1.6.7].

Структура (фазовый состав) стали определяется соотношением содержащихся в ней аустенитно-образующих элементов и ферритизаторов.

Хром является основным феррито - образующим, а никель –аустенитно -образующим элементом. Углерод, азот, марганец, медь действуют подобно никелю, а молибден, вольфрам, кремний, алюминий, титан и ниобий - подобно хрому.

Основную структуру металла шва и зоны термического влияния выражает диаграмма Шеффлера, которая представляет собой зависимость структуры от эквивалентов хрома Сг_экв и никеля Ni_экв (рис.1.1). Эквиваленты хрома и никеля можно определить по формулам:

Сrэкв =%Сr + %Мо+1,5% Si+0,5%Nb +0,5% W+5%Тi; (1) Niэкв = %Ni+30 %С+26 %N +0,5 %Мn+0,6 %Сu; (2)

Необходимое количество феррита в структуре металла сварного шва, с учетом коэффициента перемешивания основного и наплавленного при сварке

Рисунок 1.1. Диаграмма Шеффлера: 1-100% Ф;2-80; 3-40; 4-20; 5-10; 6-5; 7-0%Ф

металла, можно получить за счет подбора сварочных материалов. Требуемый химический состав металла шва обеспечивается выбором соответствующей марки сварочной проволоки или покрытого электрода [1.6.4 – 1.6.8].