3. Программа работы

1. Ознакомиться с лабораторным оборудованием и материалами.

2. Рассчитать углеродный эквивалент, используя формулу 1 и оценить свариваемость на основе этих расчетов.

3. Выполнить наплавку на образцы стали на лабораторной установке на режимах. обеспечивающих полное проплавление стального образца.

4. Измерить твердость наплавленного и основного металлов и околошовной зоны, используя твердомер МЕТ-У1.

5. Построить график зависимости металла шва и околошовной зоны от содержания углерода в стали в поперечном сечении сварного шва.

6. Подготовить макрошлифы сварных соединений.

7. Изучите структуру сварных соединений, пользуясь комплексом для проведения металлографии.

8. Сделать фотографии структуры.

4. Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Программа работы;

3. Описание лабораторной установки;

4. Методика исследований;

5. Распределение твердости металла сварного соединения по сечению шва;

6. Зависимости твердости металла шва и околошовной зоны от содержания углерода;

7. Фотографии микроструктуры поперечного сечения сварных соединений;

8. Значения микротвердости металла шва и ОШЗ, сведенные в таблицу;

9. Выводы по работе.

5. Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под свариваемостью металлов?

2. Как влияет углерод на свариваемость сталей?

3. Как рассчитывается углеродный эквивалент сталей?

4. Какое значение углеродного эквивалента соответствует хорошей свариваемости стали?

5. Какое значение углеродного эквивалента соответствует плохой свариваемости?

6. Как влияет содержание углерода на распределение твердости по сечению шва и околошовной зоны?

Лабораторная работа №2 «Исследование свариваемости теплоустойчивых сталей»

Цель работы- исследовать влияние режимов сварки на свариваемость теплоустойчивых сталей, их структуру и свойства.

1. Свойства теплоустойчивых сталей и характеристика их свариваемости

Теплоустойчивые стали – стали, предназначенные для длительной работы при температурах до 600 ⁰С. К теплоустойчивым сталям относят стали, используемые в энергетическом машиностроении для изготовления котлов, сосудов, паронагревателей, паропроводов и др.

Рабочие температуры теплоустойчивых сталей достигают 600...650 °С, а давление газовых или жидких сред 20...30 МПа. Так, рабочие температуры в паросиловых установках составляют 585 °С при давлении 25,5 МПа, а в наиболее мощных установках достигают 650°С и 31,5 МПа, соответственно.

Детали таких установок должны работать длительное время без замены (до 100000...200000 ч), поэтому основным требованием является заданное значение длительной прочности и сопротивление ползучести за весь ресурс эксплуатации.

В зависимости от условий работы деталей в качестве теплоустойчивых используют углеродистые, низколегированные и хромистые стали.

Низко- и среднелегированные, хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые стали способны сохранять механические свойства в условиях эксплуатации при повышенных температурах (550—570° С).

Теплоустойчивость этих сталей обусловлена тем, что легирование хромом и молибденом в количествах выше критического отношения Ме/С, а стали эти, как правило, низкоуглеродистые приводит к тому, что значительная доля этих элементов находится в твердом растворе. Такое легирование феррита вызывает его упрочнение и затрудняет процессы диффузии и самодиффузии при повышенных температурах, что определяет устойчивость свойств при нагреве. С другой стороны, при легировании хромом и особенно молибденом и ванадием образуются специальные карбиды этих элементов или комплексные карбиды на основе этих элементов, такие карбиды имеют повышенную устойчивость против коагуляции при нагреве. Этот фактор также влияет на сохранение свойств низкоуглеродистых хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей при повышенных рабочих температурах до 570° С. (табл. 5.1.).

В табл. 5.2. приведены пределы отношения Ме/С для некоторых теплоустойчивых сталей, соответствующих пределам содержания в стали углерода и карбидообразующих элементов, и свойства этих сталей при повышенных температурах. С увеличением отношения Ме/С сверх критического, повышается прочность стали при высоких температурах. Особенно это заметно по показателям кратковременных испытаний. Для длительных испытаний помимо величины отношения имеет значение индивидуальная роль легирующего элемента. Для этой характеристики свойств влияние ванадия на раствор и карбиды более эффективно, чем хрома и даже молибдена.

Ошибочно считать, что увеличение отношения Ме/С сверх критического будет непрерывно увеличивать показатели жаропрочности. По-видимому, влияние отношения Ме/С на кратковременные свойства при высокой температуре, длительную прочность и сопротивление ползучести может быть различным. При длительном воздействии нагрева и напряжений повышение легирования феррита сверх определенной величины может оказывать отрицательное влияние в связи с ухудшением пластических свойств и повышением хрупкости. Этот порог перехода от положительного влияния на жаропрочность к отрицательному для кратковременных и длительных испытаний может происходить при разной величине закритического отношения Ме/С.

Низко- и среднелегированные теплоустойчивые стали, как правило, низкоуглеродистые. Только стали типа 34ХМ имеют среднее содержание углерода. Низкое содержание углерода в основных теплоустойчивых сталях оказывает большое влияние на их свариваемость и создающиеся свойства ЗТВ. В то же время у этих сталей отношение Ме/С является закритическим, и феррит содержит значительное количество легирующих элементов. Это приводит к тому, что при быстропротекающем сварочном нагреве образующийся аустенит может быть негомогенным по содержанию углерода, но он не имеет резкой неоднородности по содержанию легирующих элементов, хотя в местах, где до нагрева были карбиды, содержание легирующих элементов может быть несколько более высоким, чем в бывших ферритных участках.

В связи с образующийся при сварке в ЗТВ легированный аустенит имеет повышенную устойчивость даже в зонах, обедненных углеродом, и при охлаждении после сварки может претерпевать превращение при пониженных температурах, образуя либо смешанные продукты высокотемпературного и низкотемпературного распада, либо только продукты распада при пониженных температурах. Это обстоятельство и то, что в сталях содержится небольшое количество углерода, определяют получаемые свойства ЗТВ. Как правило, у низкоуглеродистых сталей в ЗТВ сохраняется высокая вязкость и относительно невысокая твердость, уровень которых зависит от степени легирования. У сталей типа 34ХМ вязкость ЗТВ, естественно, значительно ниже, а твердость выше, чем у низкоуглеродистых сталей.

Различная температура превращения и различные продукты распада аустенита определяют склонность теплостойких сталей к образованию холодных трещин при сварке и необходимость принятия технологических мер по их предупреждению. Как правило, все эти стали свариваются без ограничения всеми видами сварки. Ограничения связаны с температурой внешнего воздуха, при которой может происходить сварка, необходимостью подогрева и условиями проведения термообработки (табл. 5.3).