ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЫКСУНСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства»

Лабораторная работа №11

ОЦЕНКА СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛА ПРОТИВ

ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН ПРИ СВАРКЕ

Вариант 4

Выполнил:

Студент гр. ПТК-09

Зудина М. В.

Проверил:

Конищев Б.П.

Выкса

2012 г.

1.Цель работы – изучение методов оценки стойкости металла против образования горячих трещин и сравнительная косвенная оценка стойкости различных марок сталей против образования горячих трещин.

2.Теоретическая часть

Горячие трещины при сварке образуются на завершающей стадии кристаллизации металла шва по границам кристаллитов, находящихся в жидком состоянии.

ТИХ – температурный интервал хрупкости – это интервал температур, в котором наблюдается провал пластичности.

Δε₁ – внутренняя деформация, накопленная в ТИХ.

1. Δε₁<δ_min – нет разрушения, т. е. не образуются горячие трещины.

2. Δε₃>δ_min – образуются горячие трещины. Пересечение кривой внутренней деформации с кривой пластичности приводит к образованию горячих трещин.

3. Δε2=δ_min – предельно критический случай.

Образование горячих трещин определяется следующими факторами:

1. Величиной температурного интервала хрупкости - ΔТ_хр;

2.Значение минимальной пластичности - δ_min;

3. Темпом внутренней деформации

Чем больше темп внутренней деформации , тем больше возможность образования горячих трещин. Темп внутренних деформаций зависит от формы, размеров, жесткости конструкции и других факторов.

Наибольший темп внутренних деформаций будет при сварке конструкций малой и большой жесткости. Наименьший темп – будет при сварке конструкций средней жесткости.

Чем больше минимальная пластичность стали δ_min, тем меньше возможность образования горячих трещин.

Чем больше величина температурного интервала хрупкости - ΔТ_хр, тем больше возможность образования горячих трещин.

ΔТ_хр; δ_min зависят от химического состава стали или сплава, от содержания вредных и полезных элементов. Самым вредным элементом с точки зрения горячих трещин в металлах и сплавах является сера. Сера расширяет ΔТ_хр и снижает δ_min.

Вторым вредным элементом является С, он расширяет ΔТ_хр и снижает δ_min.

Менее вредными элементами являются Р, Si, Ni, Сu.

Полезным является Мn - уменьшает ΔТ_хр и повышает δ_min.

Марганец образует тугоплавкий сульфид MnS - Т_пл= 1620 °С

Кроме марганца полезными являются Ti, Zr, Се, V, Mo.

В результате неравномерного нагрева и охлаждения металла в процессе кристаллизации металла шва возникают внутренние растягивающие деформации ε_вн, под действием которой образуются горячие трещины (в месте стыка кристалли­тов или между ними, т.е. на участках избытка серы).

Сера вызывает красноломкость, горячеломкость стали, т.е. образование горячих трещин.

При затвердевании металла в результате избирательной кристаллизации легко­плавкие сульфиды и сульфидная эвтектика сосредотачиваются по границам столбчатых кристаллитов в виде жидких прослоек, имеющих в температурном интервале хрупкости очень низкую пластичность.

Отрицательное влияние серы уменьшается введением в сварочную ванну марган­ца. Обладая большей химической активностью к сере по сравнению с железом, марганец связывает серу в сульфид MnS, который имеет высокую температуру плавления (1620°С) и не образует легкоплавких прослоек по границам кристалли­тов.

Влияние марганца на предупреждение горячих трещин, вызываемых серой, зави­сит от содержания углерода в шве.

При малом содержании углерода в шве (С = 0,1 %) и небольшом содержании марганца (Мn = 0,4 %) критическое содержание серы, выше которого в шве образуются горячие трещины, составляет S_кp - 0,06 %. С увеличением углерода при том же количестве марганца критическое содержание серы снижается: при

С = 0,12 %, S_kp = 0,04 %, а при С = 0,16 % S_кр= 0,01%. При повышении марганца в шве критическое содержание серы наоборот увеличивается. Однако положительное влияние марганца с увеличением углерода в шве уменьшается. При С = 0,16% повышение марганца в шве с 0,4 до 0,8 % увеличивает критическое содержание серы только с 0,01 до 0,02 %.

Сера переходит в металл шва из основного и электродного металлов, а также из электродных покрытий и сварочных флюсов. Во всех перечисленных мате­риалах содержание серы ограничивается, и ее количество обусловливается лишь сложностью и дороговизной очистки шихтовых материалов.

Задача технологии сварки заключается в сведении содержания серы до минимума, обеспечивающего высокую стойкость металла шва против образований горячих трещин. По действующим стандартам в зависимости от качества стали содержание серы ограничивается величинами, указанными в табл.1.

Таблица 1

Стандарт	Степень качества	Марки сталей и проволок	S, % не более
ГОСТ 380-05	обыкновенного качества	Ст. 2кп, Ст.2пс, Ст.2сп Ст. Зкп, Ст. Зпс, Ст. Зсп и др.	0,05
ГОСТ 1050-88	качественные	20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35 и др.	0,04
ГОСТ 19281-89	качественные	09Г2С, 10ХСНД, 14ХГС и др.	0,035
ГОСТ 4543-71	качественные	15Х, 20Г, 18ХГ, 20ХН и др.	0,035
	высококачественные	15ХА,20ГА, 18ХГА и др.	0,025
	особокачественные	15Х-ШЛ0Г-Ш, 18ХГ-Ш и др.	0.015
ГОСТ 5632-72		12X13,12Х21Н5Т, 09Х15Н9Ю	0.025
		08X17Н6Т, 10Х14Г14Н4Т	0,02
		09Х16Н4Б, 03Х16Н15МЗБ	0,015
		10Х11Н23ТЗМР	0,01
ГОСТ 2246-70	обыкновенного качества	Св-08	0,04
	качественные	Св-08А	0,03
		Св-08ГА, СВ-10НМА, Св-18ХМА	0,025
	высококачественные	Св-08АА, Св-08ХН2ГМТА	0,02
		Св-13Х25Н18, Св-01Х19Н9	0,015

Рафинированные стали и сплавы, полученные специальными методами, дополнительно обозначаются через тире в конце наименования марки буквами:

Ш - электрошлаковый переплав.

Исключение составляют конструкционные стали высокой обрабатываемости резанием (автоматные стали) по ГОСТ 1414-75, содержание серы в которых увеличено до 0,15 - 0,35%: A11, А40Г, АС14, АС45Г2 и др.

В сварочных проволоках ГОСТ 2246-70 содержание серы более ограничено, чем в сталях (табл. 1). Содержание серы в электродных покрытиях и сварочных флюсах тоже ограничивается, но более высокими пределами.

Содержание серы в никеле (ГОСТ 849-70) ограничивают до 0,001- 0,003%, никелевых сплавах (ГОСТ 412-72, ГОСТ 5632-72) - до 0,005 - 0,01%.