Национальное агентство контроля и сварки

Некоммерческое Образовательное Учреждение

НОУ «ГАЦ ВВР»

4

Б.П. Конищев

ТЕОРИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

Основы металловедения сварки

(Физические процессы в металлах при сварке)

Нижний Новгород

2011

Строение железа

Железо имеет кубическую решетку 2-х видов:

ОЦК – объемно-центрированная кубическая решетка

ГЦК – гранецентрированная кубическая решетка.

а – параметр кубической решетки, нм – нанометр, 1 нм = 10^-9м = 10^-6мм.

Fe- альфа-железо;Fe- бетта-железо (немагнитное);Fe- дельта-железо;

А₂=768^оС = Т_к– точка Кюри; А₃= 911^оС; А₄= 1392^оС

Атомы железа расположены в вершинах куба и один атом в центре решетки. Это альфа-железо Fe. Оно сохраняется до А₂= Т_к=768^оС. Потом оно переходит в бетта-железоFe(решетка та же, только не магнитит). После А₃=911^оС решетка переходит в ГЦК, атомы железа расположены по вершинам куба и в центре граней, а в центре куба железа нет. Решетка по размерам больше, т.е. ГЦК > ОЦК. После А₄= 1392^оС ГЦК возвращается в ОЦК (это дельта-железоFe).

Структурные составляющие стали

1. Твердые растворы внедрения C, В,N, и другие неметаллы;

2. Твердые растворы замещения Mn,Cr,Niи др. металлы

Феррит (Ф) – твердый раствор углерода и др. элементов в альфа и дельта-железе. Ф-низкотемпературный феррит; Ф- высокотемпературный феррит.

Аустенит (А) – твердый раствор углерода и других элементов в гамма-железе.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fe₃C.

Перлит (П) – эвтектоидная механическая смесь феррита с цементитом (Ф+Ц).

Мартенсит (М) – пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе.

Бейнит

верхний

Троостит

Сорбит

Перлит пластинчатый

Бейнит

нижний

Мартенсит

Ф А П С Т Б_в Б_н М Ц

Увеличивается твердость и прочность 

 увеличивается пластичность и ударная вязкость

Диаграмма Fe-c

При нагреве: солидус – начало плавления стали, ликвидус – конец плавления стали.

При охлаждении: ликвидус – начало кристаллизации, солидус – конец кристаллизации стали.

При С=0% Т_л= Т_с= Т_пл= 1539^оС

Ас₁, Ас₃ – критические точки при нагреве. Сталь 20 Ас₁₌735С, Ас₃₌850С

Аr₁, Аr₃– критические точки при охлаждении. Сталь 20 Аr₁₌680С, Аr₃₌835С

Ас₁А₁(727С), Аr₁<А₁(727С), Ас₃А₃Аr₃

С увеличением скорости нагрева критические точки повышаются, а с увеличением скорости охлаждения – снижаются.

Максимальная растворимость углерода в Ф_- С_мах=0,02 %

Максимальная растворимость углерода в Ф_- С_мах=0,1 %

Максимальная растворимость углерода в А - С_мах=2,14 %

При снижении температуры растворимость С в аустените падает до 0,8 %.

Чем больше С, тем больше перлитных зерен, тем прочнее сталь.

Чтобы получить из аустенита феррит необходимо перестроить решетку и перераспределить углерод.

При быстром охлаждении углерод не успевает перейти в соседние зерна и образуется пересыщенный твердый раствор С в -Fe– называется мартенсит.

Мартенсит – неустойчивая, нестабильная структура с большой твердостью, прочностью, низкой пластичностью.