Механические свойства основного металла и сварных соединений

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 31Следующая ⇒

Для определения прочности и пластичности сварных соединений и металла шва проводят испытания при температурах, предусмотренных техническими условиями эксплуатации в соответствии с ГОСТами. Для определения механических свойств в отдельных локальных зонах шва и зоны термического влияния производят испытание микрообразцов с измерением микротвердости соответствующих участков. Применяют также специальные (нестандартные) методы испытаний. Определяемые характеристики прочности и пластичности могут относиться к металлу шва, зоне термического влияния, к сварному соединению в целом и для сравнения к основному металлу.

Прочность и пластичность сварных соединений углеродистых и легированных сталей. Современные способы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей обеспечивают равнопрочность сварного соединения основному металлу при пластичности, практически не уступающей исходным показателям (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Свойства маталла швов в стыковых сварных соединениях

Металл или сварное соединение	σ_т_, _МПа	σ_в_, _МПа	δ₅, %	Ψ, %
Ст3 в состоянии поставки, образцы диаметром 6 мм	293	455	36,7	65,9
Сварное соединение из стали Ст3 под керамическим флюсом, сварка в три слоя, толщина 13 мм, образцы диаметром 6 мм вырезаны поперек шва	324	470	22,1	62,1
Сталь 15ХСНД в состоянии поставки (без термической обработки)	350	500	21	-
Металл шва после автоматической сварки в среде СО₂пластин из стали 15ХСНД толщиной 14 мм	460	650	22,2

При ручной электродуговой сварке сталей по ГОСТ 5264-80 тип электрода характеризует механические свойства металла шва или наплавленного металла (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Механические свойства металла шва или наплавленного металла при 20°С

Тип электрода	σ_{в, МПа}	δ₅, %	а_н, дж/см²
Э38	380	14	30
Э42	420	18	80
Э42А	420	22	150
Э46	460	22	180
Э46А	460	22	140
Э50	500	16	70
Э50А	500	20	130
Э55	550	20	120
Э60	600	18	100
Э70	700	14	60
Э100	1000	10	50
Э125	1250	8	40
Э150	1500	6	40

В зависимости от содержания углерода в свариваемом металле и типа электрода и прочность и пластичность сварных соединений меняются (табл. 2.2).

Прочность сварного соединения в значительной степени определяется прочностью зоны термического влияния (ЗТВ). Разрушение часто происходит именно в этой области. Сварные соединения углеродистых и низколегированных сталей без последующей термической обработки могут иметь пониженную пластичность ЗТВ при одновременном увеличении прочности в результате подкалки, связанной с быстрым охлаждением.

С увеличением скорости охлаждения металла пределы прочности и текучести возрастают, а относительное удлинение и сужение падают.

Механические свойства зоны термического влияния зависят также от температуры наибольшего нагрева. Предел текучести и поперечное сужение практически не зависят от температуры максимального нагрева металла ЗТВ в рассматриваемом диапазоне температур. В то же время с уменьшением ее предел прочности металла несколько снижается, а относительное удлинение сначала незначительно растет, а потом снижается. Небольшое повышение относительного удлинения отмечается на участке нормализации металла ЗТВ.

Различные химические элементы, входящие в состав металла, могут улучшать или ухудшать механические свойства. Содержание серы в углеродистых сталях ограничивается 0,05%; повышение содержания серы резко снижает прочность металла шва. На свойства сварных швов углеродистых сталей влияет содержание бора. Наличие бора способствует образованию структуры, близкой к структуре зернистого бейнита. Оптимальное содержание бора приблизительно равно 0,002%. На свойства сварного шва благоприятно влияет марганец; увеличение содержания марганца влечет за собой измельчение структуры. Различные методы сварки обеспечивают получение швов различной прочности. Так, сравнение сварки под флюсом и металлическим плавящимся электродом в среде защитных газов показывает, что большей прочностью обладают швы, полученные сваркой металлическим электродом в среде инертного газа. Это объясняется более эффективным переходом марганца в шов, измельчением структуры и уменьшением вносимого тепла. При определении прочности сварных соединений одним из основных является вопрос о влиянии дефектов на механические свойства. Несплавления, шлаковые включения, пористость, непровары и другие в различной степени снижают прочностные характеристики металла шва.

При статической нагрузке дефекты, занимающие до 10% площади, заметно не влияют на прочность шва. Поры в сварных швах на стальных соединениях различно влияют на статическую прочность при продольном и поперечном направлениях нагрузки относительно шва. При поперечном направлении нагрузки пористость оказывает большее влияние. Число пор, уменьшающих поперечное сечение на величину менее 7%, практически не влияет на статическую прочность. При увеличении числа пор статическая прочность может резко снижаться. Поры, расположенные цепочкой, более опасны чем одиночный дефект той же площади. Легированные стали содержат до 0,45% С и легированы Сг, Ni, Si, Mn, V, Mo, Ti, что обеспечивает хорошее сочетание прочности (σ_в = 1700 - 2100 МПа) и пластичности (δ₅ ≥ 8 - 10%) (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Механические и технологические свойства легированных сталей

по ГОСТ 4543-71

Марка стали	σ_т_, _МПа	σ_в_, _МПа	δ₅, %	HB	Ψ, %	а_н, дж/см²	Сварива- емость
15Х, 15ХА	490	687	12	175	45	69	В
20Х	637	784	11	175	40	59	В
30Х	687	883	12	183	45	69	У
35Х	736	912	9	236	40	49	У
38ХА	784	932	12	203	50	88	У
40Х	784	981	10	212	45	59	У
50Х	883	1079	9	224	40	39	Н
15Г	245	412	26	160	55	-	В
25Г	294	490	22	193	50	88	В
35Г	334	559	18	203	45	69	Н
50Г	392	647	13	224	40	39	Н
10Г2	245	422	22	193	50	-	В
30Г2	344	588	15	203	45	-	У
50Г2	422	736	11	224	35	-	Н
18ХГ	736	883	10	183	40	-	-
18ХГТ	883	981	9	212	50	78	-
20ХГР	784	981	9	193	50	78	У
45ХН	833	1030	10	203	45	69	Н
50ХН	833	1079	9	203	40	49	Н
20ХН3А	736	932	12	250	55	108	У
20ХГСА	637	784	12	203	45	69	В
25ХГСА	833	1079	10	212	40	59	В
30ХГС	834	1079	10	224	45	44	В
30ХГСА	833	1080	10	224	45	49	В
35ХГСА	1275	1618	9	236	40	39	В
30ХГСН2А	1273	1618	9	230	45	59	-

Механические свойства металла швов некоторых сталей из табл. 2.3, выполненных различными сварочными материалами, приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Сварочные материалы, применяемые для сварки некоторых среднелегированных сталей, и механические свойства металла швов

Термическая обработка сварного соединения	Сварка	Марка электро-да, сварочной проволоки и флюса	σ_в_,_МПа	δ₅, %	а_н, дж/см²
25ХГСА и 30ХГСА с закалкой и высоким отпуском σ_в=900 МПа	Покрытыми электродами Под флюсом В СО₂ Электро- шлаковая	ВИ-10-6, (Св-18ХМА) Св-18ХМА+ флюс АН-348-А Св-18ХМА+ флюс АН-20С Св-20Х4ГМА+ Флюс АН-20С Св-08ГСМТ Св-18ХМА+ АН-8	800 800 800 900 800 1000	18 18 18 14 18 -	40 40 60 70 60 60
25ХГСА и 30ХГСА с закалкой и средним отпуском σ_в=1300 МПа	Покрытыми электродами Под флюсом В СО₂ Электронно- лучевая	ВИ-10-6, (Св-18ХМА) Св-18ХМА+ флюс АН-348-А Св-18ХМА+ флюс АН-20С Св-20Х4ГМА+ Флюс АН-20С Св-08Х3Г2СМ -	1000 1000 1000 1300 1100 1250	- - - 8 12 11	60 40 60 50 50 50
25ХГСА и 30ХГСА Без термической обработки	Покрытыми электродами Электронно- лучевая	ВИ-10-6, (Св-08) ВИ-10-6 (Св-18ХМА) ВИ-10-6 (Св-04Х19Н11М3) -	700 700 550 1250	- - - 12	30 20 100 50
30ХГСН2А Закалка в масле и низкий отпуск σ_в=1600-1800 МПа	Покрытыми электродами Под флюсом Электронно- лучевая	ВИ-10-6 (Св-18ХМА) Св-18ХМА, флюс АН-20С Св-20Х4ГМА, флюс АН-20СМ -	1000 1100 1200 1700	- 16 16 15	60 60 60 60
20ХМА Нормалтзация и высокий отпуск	Покрытыми электродами Под флюсом Электро- шлаковая	ЦЛ-11 Св-10Х5М+ флюс АН-20С Св-08Х3Г2СМ+ флюс АН-8	550 550 700	- 20 18	120 120 80

Свойства сварных соединений сталей зависят от температуры эксплуатации (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Типичные механические свойства металла швов, выполненные электродами для сварки теплоустойчивых сталей

Марка электрода	Т, °C испытаний	σ_т_, _МПа	σ_в_, _МПа	δ₅, %	Ψ, %	а_н, дж/см²
ЦЛ11	20 550	401 269	510 365	25,7 22,6	69,8 66,0	150 48
ЦЛ14	20	380	530	19	-	90
ЦЛ30-63	20	500	650	16	50	120
ЦЛ20-63	20	480	590	20	67	144
ЦЛ17-63	540 450 20	360 386 440	480 468 650	17,4 16,8 18	66 63,8 76	93 254 150

Свойства паяных соединенийопределяют при ударном и статическом нагружениях согласно ГОСТ 23046-78 и 23047-78. Статическую прочность на срез определяют на образцах соединений внахлестку (рис. 2.8 а) или на образцах паяных телескопических соединений (рис. 2.8 б).

Рис. 2.8. Образцы для определения прочности паяных соединений: а – соединение внахлестку; б – соединение по цилиндрической поверхности

Ударные испытания в зависимости от расположения спая проводят на различных по форме образцах. Соединения внахлестку испытывают на ударный изгиб или на ударный срез (рис. 2.9, а, б).Паяные соединения встык испытывают на ударный изгиб, располагая ось надреза в плоскости спая (рис. 2.9, в). В случае косого расположения спая под углом 30° или 45° образец для испытания на ударный изгиб имеет более сложную форму (рис. 2.9, г). Во всех случаях ударных испытаний свойства паяных соединений характеризуют работой разрушения А, отнесенной к начальной площади спая F (а = A /F). При прочном и пластичном спае в пластическую деформацию частично вовлекается также и основной металл. Таким образом, удельная работа разрушения а является характеристикой паяного соединения, а не металла припоя.

Рис. 2.9. Образцы для ударных испытаний паяных соединений: а – на ударный изгиб; б – на ударный срез; в - на ударный изгиб стыковых соединений; г - на ударный изгиб для косых соединений

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 447; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!