Формирование и кристаллизация металла шва. Образование и строение зоны термического влияния

1.

ФОРМИРОВАНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛА ШВА.
Образование и строение зоны термического влияния.

2.

ФОРМИРОВАНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛА ШВА.
• При перемещении сварочной ванны вдоль кромок заготовок в её передней
(головной) части происходит оплавление металлов, а в задней (хвостовой) кристаллизация.
• Кристаллизация сварного шва отличается от кристаллизации слитков
высокими скоростями нагрева и охлаждения. Поэтому шов неоднороден
по размерам и химическому составу зёрен.
Строение плавильного
пространства:
1 — головной участок;
2 — хвостовой участок

3.

• Впервые процессы кристаллизации были изучены в 1878 г. Д. К. Черновым.
Сущность кристаллизации состоит в
следующем: в жидком металле атомы
непрерывно движутся, по мере понижения
температуры движение замедляется, атомы
сближаются и группируются в кристаллы,
которые называют центрами
кристаллизации. Далее к этим центрам
присоединяются вновь образующиеся
кристаллы. Одновременно появляются
новые центры.
Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий: образования
центров кристаллизации и роста кристаллов вокруг этих центров.

4.

5.

• Что касается химического состава, то в каждом шве можно выделить
три участка.
• Нижний участок, кристаллизующийся из тонкой прослойки расплава и
прилегающий к оплавленным свариваемым поверхностям, обогащён
серой, фосфором и углеродом. Они переместились из примыкающих
участков металла заготовок.
• Средний участок кристаллизуется из жидкого металла основного
состава. Высокая скорость кристаллизации обеспечивает
идентичность состава металла этого участка составу жидкого
металла ванны.
• Верхний участок обеднён серой, фосфором и углеродом.

6.

Участок 1 неполного расплавления
металла является переходным от жидкой
фазы к твёрдой фазе. Поэтому свойства
этого участка определяют свойства
сварного шва.
Участок 2 перегрева - это область, в
которой
металл
нагревается
до
температуры 1500 °С. Металл имеет
крупнозернистое строение с пониженной
пластичностью. Для углеродистых сталей
возможно появление закалочных структур.
Участок 3 нормализации относительно
недолго нагревается до температуры 9301100
°С.
Здесь
металл
имеет
мелкозернистую структуру с хорошими
механическими свойствами.

7.

Участок 4 неполной
рекристаллизации представляет собой
область, в которой крупные зёрна феррита
окружены мелкими зёрнами феррита и
перлита.
Участок 5 рекристаллизации часто
наблюдается после сварки заготовок
(поковки, прокат), прошедших
предварительную пластическую
деформацию, и характеризуется
восстановлением формы и размеров
разрушенных при деформировании зёрен.
Участок 6 старения,
соответствующий интервалу температур
200-500 °C (синие цвета побежалости),
характеризуется снижением пластичности
металла (синеломкость).

8.

9.

Термин «Видманштеттенова структура»
применяется для характеристики структуры сильно
перегретой или литой стали, в которой выделяющийся
из аустенита избыточный феррит располагается вдоль
октаэдрических плоскостей кристаллов аустенита; в
настоящее время употребляется при описании других
геометрически упорядоченных структур в сплавах.
Возникновение таких структур объясняется тем,
что при вторичной кристаллизации и
перекристаллизации в твёрдом состоянии
пластинчатая или игольчатая форма образующих
структуру кристаллов и сочленение их
определёнными, сходными по атомному строению,
плоскостями обеспечивают минимальную величину
упругой и поверхностной энергии.

10.

Видманштеттова структура заметно влияет на механические свойства
сварного соединения: в частности, по причине ярко выраженной
крупнозернистости вызывает охрупчивание.
Образованию видманштеттовой структуры способствуют легирующие
элементы, например, марганец, хром и молибден.
вредные последствия видманштеттовой структуры могут быть устранены
подваркой с обратной стороны шва либо полной термической обработкой.

11.

• Спасибо за внимание.