Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ



Брянский государственный технический университет

 


А.В. АБРАШИН

 

СВАРКА СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

 

 

Утверждено редакционно-издательским советом

в качестве учебного пособия

 

Издание второе, стереотипное

 

 

Брянск

Издательство БГТУ

УДК 621.791:669.017

 

Абрашин, А.В. Сварка специальных сталей и сплавов: учеб. пособие. – Брянск: БГТУ, 2005. – 116 с.

 

ISBN 5-89838-128-7

 

Показано влияние легирующих элементов на процессы, происходящие при сварке, условия плавления и кристаллизации металла сварочной ванны, механизм химической и физической неоднородности, свариваемость.

Рассмотрены свойства, области применения, свариваемость и технология сварки перлитных жаропрочных, хромистых, хромоникелевых, аустенитных и разнородных сталей, а также сплавов на никелевой основе.

Даны сведения о способах, материалах и режимах сварки, видах и режимах термической обработки и свойствах сварных соединений.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 150202 – "Оборудование и технология сварочного производства" при изучении дисциплины "Сварка специальных сталей и сплавов", может быть полезно работникам промышленных предприятий.

 

Табл. 33. Ил. 47. Библиогр. – 9 назв.

 

Научный редактор Кащук М.Г.

 

 

Рецензенты: кафедра "Технология конструкционных

материалов и ремонт машин" Брянской

государственной инженерно-технологи-

ческой академии,

к.т.н. Кузнецов Л.Д.

 

 

ISBN 5-89838-128-7© Брянский государственный

технический университет, 2005

ПРЕДИСЛОВИЕ

Специальные стали и сплавы относятся к большой группе конструкционных материалов, обеспечивающих работу узлов и деталей машин в условиях воздействия высоких температур, агрессивных сред, радиационного излучения и т.п.

Целью учебного пособия является обобщение современной информации о способах и технологии сварки указанных материалов таким образом, чтобы она была доступна для студентов при изучении и выполнении курсовых и дипломных проектов.



Данное пособие содержит информацию о свойствах сталей и сплавов, особенностях и трудностях при их сварке, возможных дефектах и способах их предупреждения и устранения.

Изложение материала в пособии включает краткое изложение особенностей работы сварных конструкций из специальных сталей и сплавов; влияния легирующих элементов на процессы, протекающие в сталях при сварке; рассматривает вопросы свариваемости и технологии сварки жаропрочных перлитных, хромистых, аустенитных хромоникелевых сталей, никелевых сплавов и разнородных сталей.

Основное содержание пособия соответствует требованиям Государственного общеобразовательного стандарта по специальности 150202 – "Оборудование и технология сварочного производства".

В пособии рассмотрено влияние легирующих элементов на процессы, протекающие в сталях при сварке, на физические свойства сталей, свариваемость легированных сталей и природа образования холодных и горячих трещин при сварке. Для каждой группы сталей представлены свойства и области применения при изготовлении сварных конструкций. Определены трудности и представлена технология сварки, обеспечивающая получение сварных соединений с требуемыми свойствами. В приложении приведены условные обозначения химических элементов, перечень лабораторных и практических работ и темы индивидуальных докладов для студентов. Для оценки усвоения материала учебного пособия в конце каждой главы предлагаются контрольные вопросы.



Автор выражает свою признательность научно-методическому консультанту, зам. председателя РИСО БГТУ, к.т.н. А.П. Шлюшенкову за полезные замечания при редактировании пособия. Автор будет благодарен всем, кто выскажет конструктивные замечания и предложения для дальнейшей работы над данным учебным пособием.

Наш адрес: 241035, Россия, г. Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, д.7, БГТУ, кафедра "ОиТСП", тел./факс (0832) 56-09-93.


ВВЕДЕНИЕ

Основным конструкционным материалом в промышленности являются углеродистые и низколегированные стали. Но с развитием энергетики, авиации, ракетной и атомной техники, химического машиностроения и судостроения, криогенной технологии и других отраслей непрерывно возрастает потребность в новых конструкционных материалах, обладающих специальными свойствами. Такие стали и сплавы называют специальными.

Эти свойства определяются непрерывным повышением рабочих температур и давлений, созданием установок большой мощности, работой в различных агрессивных средах при низких и высоких температурах. Высокие температуры необходимы для обеспечения эффективной работы энергетических установок (тепло- и атомные станции, реактивные двигатели и т.д.). Так, реактивные двигатели должны изготавливаться из материалов, способных обеспечивать необходимую прочность при температурах более 1000 °С, а оборудование электрических станций работает в условиях действия термомеханических нагрузок (давление пара 25 МПа, температура 600 °С).

К этому добавляется коррозионное действие на металл активной водяной, паровой или газовой среды. Многие сварные конструкции работают в условиях коррозии и кавитации под действием высоких и низких температур, нейтронного облучения и т. п. В этой связи возникает необходимость изучения особенностей сварки специальных сталей и сплавов. Целью настоящего курса является изучение металлургических и технологических особенностей сварки плавлением этих материалов, обеспечивающих необходимую работоспособность сварных соединений в различных условиях эксплуатации.




УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

В тексте приняты следующие условные обозначения:

АДС – автоматическая дуговая сварка;

АрДС – аргонодуговая сварка;

ЭЛС – электронно-лучевая сварка;

ЭШС – электрошлаковая сварка;

РДС – ручная дуговая сварка штучными электродами;

ГЦК – гранецентрированная кристаллическая решетка;

ОЦК – объемно-центрированная кристаллическая решетка;

Тпп – температура предварительного подогрева;

Тпл – температура плавления;

Тлс) – температура ликвидуса (солидуса);

ТИХ – температурный интервал хрупкости;

ГТ – горячие трещины при сварке;

XT – холодные трещины при сварке;

Vкр – критическая скорость деформации;

sT – физический предел текучести стали;

sВ – временное сопротивление;

s – условный предел текучести;

d – относительное удлинение при разрыве;

y – относительное сужение;

KCV – ударная вязкость;

Мн, Мк – температура начала (конца) мартенситного превращения

ЗТВ – зона термического влияния;

ВДП – вакуумно-дуговой переплав;

ШП – шлаковый переплав;

ВИП – вакуумно-индукционный переплав;

ЛЭ – легирующие элементы;

МКК – межкристаллитная коррозия;

ОШЗ – околошовная зона;

ЛТ – ламелярные трещины;

ТПН – трещины повторного нагрева;

ХР – хрупкие разрушения;

МХН – микрохимическая неоднородность.


КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Классификация сталей и сплавов осуществляется по следующим показателям:

1. По химическому составу:

А. Углеродистые стали:

– низкоуглеродистые (до 0,22 % С);

– среднеуглеродистые (0,23...0,45 % С);

– высокоуглеродистые (более 0,45 % С).

Б. Легированные стали:

а) низколегированные (количество легирующих элементов не превышает 5 %), которые, в свою очередь подразделяются:

– на низкоуглеродистые конструкционные (09Г2, 14Г, 10ХСНД);

– теплоустойчивые (12ХМ, 20ХН, 20ХМФ);

– среднеуглеродистые (30ХГСА, 35ХМ).

б) среднелегированные (количество легирующих элементов составляет 5...10 %):

– конструкционные (30ХГСНД, 30ХН2МФА);

– теплоустойчивые (20Х2МА, 12Х5МА).

в) высоколегированные стали (количество легирующих элементов от 10 до 55 %).

г) высоколегированные сплавы:

– сплавы на железоникелевой основе – твердый раствор хрома в железоникелевой основе (Fe+Ni > 65 %);

– сплавы на никелевой основе – твердый раствор хрома и других элементов в никелевой основе (Ni > 55 %).

2. По назначению в зависимости от основных свойств:

– коррозионно-стойкие, способные сопротивляться разрушениям в условиях воздействия коррозионной среды (воды, газа, пара, кислот, щелочей и т. п.) в течение расчетного срока эксплуатации (стали 12X13, 20X13, 30X13, 04Х18Н10, 12Х17Г9АН4, 10Х17Н13М2Т и другие);

– жаростойкие (окалиностойкие), способные сопротивляться окисляющему действию рабочей среды при Т > 500 °С, работающие в слабонагруженном состоянии в течение расчетного срока эксплуатации; для Т< 900°С – стали 12X17, 08Х17Т, 15X18СЮ; для Т < 1300°С – сталь 15Х25ТЮ;

– жаропрочные, способные сохранять прочность, пластичность и стабильность структуры при высоких температурах, работающие в нагруженном состоянии и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью; для Т < 550 °С – стали 25Х2МФ, 11Х11Н2В2МФ; для Т = 600...700 °С – стали 12Х18Н10Т, 45Х14Н14В2М, 10X11Н20Т3Р.

Стали коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные называют также нержавеющими.

– холодостойкие, сохраняющие достаточную пластичность и вязкость при температурах от 0 до -269 °С. Для Т = -196 °С – сталь 03Х13АГ19, для Т = -253 °С – сталь 03Х9К14Н6М3Т, для Т = -269 °С – сталь 12Х18Н10Т;

– радиационно-стойкие, способные сохранять структуру и свойства в условиях облучения. Наибольшее влияние структурные изменения оказывают на механические свойства (sВ, sТ растут, а d, y, KCV уменьшаются в зависимости от суммарного потока нейтронов, снижается жаропрочность и происходит "разбухание" металла на 3...10 %).

3. По системе легирования:

· хромистые стали (X) – 20X13, 12X17 и др.

· хромоникелевые (ХН) – 08Х18Н10, 12Х18Н10Т и др.

· хромомарганцовистые (ХМ) – 03Х13НГ19, 10Х14АГ15 и др.

· хромоникельмарганцовистые – 08Х18Н2Г8Т, Х19Н8Г10АМ.

Основными легирующими элементами являются Cr и Ni. Они определяет свойства и структуру высоколегированных сталей и сплавов. В качестве легирующих элементов применяются С, Si, Mn, W, Ti, Al и др., которые обеспечивают особые свойства сталей и сплавов.

4. По структуре(табл. 1):

· мартенситные – стали 15Х12ВНМФ, 18Х11МНФБ, 15Х11МФ;

· мартенситно-ферритные – кроме мартенсита не менее 5 % феррита – стали 08X13, 12X13, 20X13, 08Х14МФБ и др.;

· ферритные – не претерпевающие a«g превращений – стали 15X28, 15Х25Т, 18Х17Т, 08Х23С2Ю, ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ и др.;

· аустенитно-ферритные с содержание феррита более 10% – стали 08Х22Н6Т, Х21Н5Т, Х28АН, 12Х21Н5Т, 08Х23Н6, 03Х22Н6М2;

· аустенитно-мартенситные – стали 09Х15Н8Ю, 08Х17Н5М3;

· аустенитные – имеющие однофазную структуру аустенита – стали 000Х18Н10Т (С < 0,03 %), 00Х18Н10 (С < 0,04%), 0Х18Н18Н10 (С < 0,08 %), 10Х14Н14М3Т, Х25Н20С2 и др.


Таблица 1

Структурные составляющие системы "железо–углерод" (Fe–C)

 

Элемент Фаза Вид и параметры кристаллической решётки, нм Растворимость углерода (С), % Удельный объём, см3 Свойства
Феррит (Ф) Твердый раствор внедрения углерода в a–железе (также и d–железе) ОЦК 2,86 0,006 при 0 °С 0,02 при 723 °С 0,1271 Пластичен, мягок, ферромагнитен до 768 °С. sВ = 300 МПа; d = 40 %; sТ = 120 МПа; y = 80 %; KCV = 2,5 МДж/м2
Аустенит (А) Твердый раствор внедрения углерода в g–железе ГЦК 3,56 2,14 при 1130 °С 0,1275 Мягок, прочнее феррита, пластичен, хладостоек, жаростоек, кислотостоек. KCV = 2,5 МДж/м2; d = 40%; sВ = 650 МПа; y = 55 %; sТ = 120 МПа; НВ = 1800
Цементит (Ц) Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), Fe3C Сложная ромбическая 6,69 0,1304 Хрупок, тверд, слабомагнитен НВ = 8000 (65 HRC)
Перлит (П) Эвтектоидная (механическая) смесь Ф + Ц 0,80 0,1286 Прочная структурная составляющая d = 16 %; НВ = 1900; sв = 850 МПа
Ледебурит (Л) Эвтектоидная смесь А + Ц 4,3 при 1130 °С Хрупок, тверд НВ > 6000
Мартенсит (М) Пересыщенный твердый раствор С в a–железе ОЦК тетрагональная 0,1310 Хрупок, тверд HRC ³ 60
Карбиды (К) Соединение С с одним или несколькими металлами Хрупкие, очень твердые

 


Принадлежность стали к той или иной структурной группе можно определить по диаграмме Шеффлера (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Структурная диаграмма металлов (по Шеффлеру)

 

5. По системе упрочнения твердого раствора:

· карбидное – характерно для жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием углерода 0,2...1,0 %; при выдержке стали при Т = 600...650 °С выпадают сложные карбиды Fe, Cг, Nb, V, W типа Me23C6, Ме6С, MeC и другие, которые располагаются по границам зерен и "заклинивают" их;

· боридное – характерно образованием боридов Fe, Cr, Mo, Nb;

· интерметаллидное – характерно для никельсодержащих жаропрочных сталей легированных Ti (1,0...3,5 %) и Аl (до 6 %). При Т = 650...850 °С образуются мелкодисперсные интерметаллиды типа Ni3 (Ti, Al), (Ni; Fe)2Ti и другие. Наличие других элементов может привести к карбидному виду упрочнения.

 

Контрольные вопросы к главе 1

1. По каким показателям классифицируются стали и сплавы?

2. Перечислите структурные составляющие системы Fe–C.

3. Чем отличается аустенит от феррита?

4. Как классифицируются стали по назначению?

5. Каким образом определяется принадлежность стали к структурному классу?

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ


Просмотров 1196

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!