СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

Зусин В. Я.

Белик А. Г.

Определение показателей

Технологической прочности стали в процессе кристаллизации

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

по курсу «Теория сварочных процессов»

для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка»

всех форм обучения

Мариуполь

2015

УДК 621.791.042 (077)

Определение показателей технологической прочности стали в процессе кристаллизации : методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу «Теория сварочных процессов» для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка» всех форм обучения /сост.: В. Я. Зусин, А. Г. Белик. – Мариуполь : ПГТУ, 2015. – 11 с.

В лабораторной работе исследуется склонность к образованию кристаллизационных трещин при сварке малоуглеродистой стали, когда к плавленому флюсу добавляется ферросилиций и ферромарганец. Приводится методика проведения работы, требования к содержанию отчета, контрольные вопросы и рекомендуемая литература.

Составители: В. Я. Зусин, д-р техн. наук, профессор,

А. Г. Белик, канд. техн. наук, доцент

Рецензент Т. Н. Башмакова, канд. техн. наук, доцент

Утверждено

на заседании кафедры металлургии и технологии

сварочного производства,

протокол № 4 от 26 декабря 2014 г.

Утверждено

методической комиссией сварочного факультета,

протокол № 2 от 19 января 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ... 4

2 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 4

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 7

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.. 10

5 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 11

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 11

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы по курсу «Теория сварочных процессов» необходимы для закрепления теоретических знаний студентов, полученных при изучении лекционного материала. Выполнение экспериментальной части при проведении лабораторной работы даст возможность проанализировать полученные данные и подтвердить теоретические выкладки.

На лабораторную работу отводится 4 часа, т.е. два занятия. За это время студенты должны составить отчет, выполнить экспериментальную часть работы, получить и проанализировать результаты, а также защитить работу.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучить влияние содержания кремния и марганца на склонность металла шва к образованию кристаллизационных трещин при сварке.

Задачи:

- ознакомится с теоретическими сведениями об исследуемом процессе;

- изучить экспериментальную схему для исследований;

- провести анализ полученных данных по результатам экспериментов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе сварки возникает больший градиент температур, вследствие чего возникает сжимающие и растягивающие усилия. Под действием этих усилий отдельные участки шва удлиняются и, если исчерпывается пластичность, то образуется трещина.

Сопротивление пластической деформации и пластичность материала зависит от температуры. Причем прочность зерна и границы изменяется по различным законам (рис. 2.1).

При низких температурах прочность границы выше прочности тела зерна, поэтому деформация распределяется равномерно по всему объему, а показатель пластичности оказывается высоким. С ростом температуры интенсивнее протекают процессы релаксации, что увеличивает деформационную способность материала. При достижении эквикохезивной (равносвязной) температуры прочность тела и границы зерна становится одинаковой.

d – пластичность

Рисунок 2.1 – Влияние температуры на прочность и пластичность металла

С дальнейшим ростом температуры прочность границы становится меньше прочности зерна, поэтому деформация локализуется по границам зерен. Объем вещества, воспринимающего деформацию, уменьшается и резко снижается пластичность, Эту точку называют нижней границей температурного интервала хрупкости НгТИХ. Резкое снижение прочности границы обусловлено ее плавлением. С ростом температуры количество жидкой фазы растет, и кристаллиты получают возможность вращаться вокруг своей оси без заклинивания, что приводит к увеличению пластичности. Эту точку называют верхней границей температурного интервала хрупкости ВгТИХ. Интервал температур, обуславливающий низкую пластичность, называется температурным интервалом хрупкости (ТИХ). ТИХ определяется составом сплава, а также условиями охлаждения.

В процессе охлаждения при понижении температуры сплав, имеющий концентрацию С_о легирующего элемента (рис. 2.2) начинает кристаллизоваться. В первую очередь кристаллизуются более чистые порции жидкого металла, имеющие концентрацию легирующего элемента C₁ в соответствии с диаграммой состояния. Образующиеся твердые кристаллиты по мере снижения температуры увеличиваются в размерах за счет присоединения к ним новых порций металла. В какой-то момент образуется общий твердый каркас металла, в промежутках которого находится жидкая фаза. Начиная с этого момента кристаллиты, теряют возможность поворота и заклинивают, что приводит к накапливанию деформации усадки ε.

Рисунок 2.2 – Влияние процессов кристаллизации на величину ТИХ

Если деформация усадки окажется меньше пластичности сплава δ, то разрушения не будет, если больше – то образуется трещина ε׳.

Вследствие неравновесности сварочного процесса линия солидус снижается, как показано на рис. 2.2 штриховой линией Т_{с нер}, а величина ТИХ увеличивается. Это может привести к исчерпанию пластичности и появлению трещин. Таким образом, при сварке склонность к образованию горячих (кристаллизационных) трещин возрастает по сравнению с равновесными условиями.

На величину температурного интервала хрупкости влияет химический состав сплава и свойства межкристаллитных прослоек, размеры и форма кристаллов. Значительно снижает стойкость сплава против образования горячих трещин легкоплавкие эвтектики.

На стали отрицательное влияние оказывает наличие серы, фосфора, кремния (особенно в сочетании с углеродом), водорода. Слабее действуют марганец и никель. Однако при сварке конструкционных сталей необходимо учитывать не только наличие какого-то элемента, но и обязательно сочетания элементов, т.к. в этом случае возможно резкое уменьшение стойкости против образования горячих трещин (например, никель в сочетании с повышенным содержанием серы).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Материалы и оборудование.

– Сварочный трактор ТС-17 с выпрямителем BC-600,.

– Комплект сменных шестерен для подбора режима сварки (основные шестерни: на скорость перемещения – 27/26, на скорость подачи проволоки – 14/38).

– Щитовые приборы для контроля режима сварки (амперметр, вольтметр).

– Флюс AH-348A, проволока Св08А диаметром 3 мм.

– Порошок марганца и ферросилиция Си-45.

– Весы аналитические с набором разновесов.

– Ножовка по металлу, металлическая линейка, молоток.

– Приспособление для сварки на магнезитовом кирпиче.

– Две емкости для приготовления смеси флюса с ферросплавами.

– Образцы для испытаний – 20 шт.

Методика проведения работы.

Определение склонности металла шва к образованию кристаллизационных (горячих) трещин в зависимости от химического состава металла шва производится на специальных образцах (рис. 3.1).Образец представляет собой пластину переменной жесткости с пропилом по оси шва.

Рисунок 3.1 – Образец для испытаний на склонность к образованию горячих трещин

Если производить нагрев такой пластины сварочной дугой от пропила, то в результате малой жесткости и неравномерного нагрева будет наблюдаться раскрытие пропила (рис. 3.2), т.е. шву будет сообщена принудительная поперечная деформация, которая вызовет образование горячей трещины.

По мере продвижения источника тепла вглубь пластины величина поперечной деформации будет снижаться, т.к. возрастает жесткость пластины. В какой-то момент деформационная способность металла уравняется с темпом нарастания поперечной деформации, произойдет схватывание металла, и трещина дальше развиваться не будет. Показателем сопротивления металла шва образованию горячих трещин служит длина видимой трещины. Чем больше длина трещины, тем меньше технологическая прочность металла шва.

Рисунок 3.2 – Схема развития деформаций образца при сварке

Режим сварки подбирается на посторонней пластине с таким расчетом, чтобы обеспечить сквозное проплавление пластины за один проход. Ориентировочный режим сварки: ток – 180…200 А, напряжение на дуге – 30…32 В, скорость сварки – 30....35 м/час. Сварка производится на магнезитовом кирпиче, плотно прижатом к образцу.

Как известно, при сварке под флюсом АН-348А проволокой Св08А металл шва обладает достаточной стойкостью против образования горячих трещин. Это связано с низким содержанием в сварочной проволоке углерода и кремния, при увеличении содержания в металле шва кремния склонность к образованию трещин усиливается. Для подтверждения этого положения проведем дополнительное легирование металла шва с помощью ферросилиция. Подготовим навески флюса АН-348А no 150 г. в количестве 5 штук. Отдельно взвесим добавки ферросилиция по 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5 грамма. Подготовим пять составов флюса с различным содержанием ферросилиция. Для этого навеску флюса засыпаем в литровую банку, туда добавляем навеску ферросилиция и производим перемешивание в течение пяти минут вручную, добиваясь равномерного распределения ферросилиция по объему флюса. Под полученными флюсами произведем наплавки. После остывания шва флюсовая корка отделяется, и образец осматривается со стороны шва и с обратной стороны. Критерием правильности проведения эксперимента является равномерное проплавление металла с обратной стороны и не полностью заплавленный пропил с узкой стороны пластины.

Оценка степени влияния добавок ферросилиция производится путем замера видимой длины трещины. Полученные данные сводятся в таблицу 3.1. По данным таблицы строится график L = f(%FeSi к флюсу). Подобным же образом производится оценка влияния марганца на склонность металла шва к образованию горячих трещин. Рекомендуемое количество добавок марганца к флюсу: 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 8,0 грамм. По окончании экспериментов более показательный образец с горячей трещиной зарисовывается. Эксперимент с одним составом рекомендуется производить 2-3 раза.

Таблица 3.1 – Результаты измерений

Количество FeSi в навеске флюса, в граммах	0	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5
Длина трещины, L [см]
Количество Mn в навеске флюса, в граммах	0	1,0	2,0	3,0	5,0	8,0
Длина трещины, L [см]

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать цель работы, методику ее выполнения, экспериментальные данные, сведенные в таблицу и график, анализ полученных результатов и выводы. При оформлении отчета следует руководствоваться требованиями ДСТУ 3008-95.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каков механизм образования горячих трещин?

2. Какие факторы влияют на склонность металла к образованию горячих трещин?

3. Что называется температурным интервалом хрупкости?

4. Как классифицируются все известные методы испытаний сплавов по образованию горячих трещин?

5. Назовите пути повышения стойкости металла шва к образованию горячих трещин.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Багрянский К. В. Теория сварочных процессов / К. В. Багрянский, З. А. Добротина, К. К. Хренов. – Харьков : Изд-во ХГУ, 1968. – 504 с.

2. Косенко А. А. Металлургические основы процессов сварки плавлением и пайки : учеб. пособие : в 2-х т. / А. А. Косенко. – Мариуполь : ПГТУ, 2005. – т. 1. – 168 с.

3. Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов / М. Х. Шоршоров, А. А. Ерохин, Т. А. Чернышева [и др.] - М. : Машиностроение, 1973. – 224 с.

4. Прохоров Н. Н. Физические процессы в металлах при сварке. В 2-х т. Т. 2. Внутренние напряжения, деформации и фазовые превращения / Н. Н. Прохоров. – М. : Металлургия, 1976. – 599 с.

5. Роянов В. О. Дефекти та якість при зварюванні і споріднених процесах / В. О. Роянов, В. Я. Зусін, С. С. Самотугін. – Маріуполь : Рената, 2010. – 224 с.

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 164; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!