Сварка порошковой проволокой - Фрумин И.И.
Скачать (прямая ссылка):
Введение в проволоку для сварки в углекислом газе титана и алюминия в ряде случаев вызывает охрупчивание металла шва [41, 76].
Влияние титана, алюминия и азота на свойства швов, выполненных открытой дугой, оценивается противоречиво. В работе [28] легирование алюминием во всех случаях считается неблагоприятным. В то же время в работах [53, 94, 105] показана возможность получения швов с высокими механическими свойствами при легировании алюминием и титаном раздельно или комплексно.
Титан и алюминий, обладающие большим химическим сродством к азоту, способны связывать его в жидкой стали в прочные нитриды и таким образом предотвращать пересыщение металла азотом.
При сравнительно высоких скоростях кристаллизации свароч-
55
ной ванны нитриды, как правило, не успевают всплыть и остаются в металле, существенно влияя на его свойства.
Являясь сильными раскислителями, титан и алюминий восстанавливают из окислов элементы, обладающие меньшим сродством к кислороду. Это также оказывает большое влияние на механические свойства швов.
Таким образом, при связывании азота в нитриды путем легирования проволоки титаном или алюминием существенно ухудша-
Рис. 52. Влияние содержания ти- Рис. 53. Влияние содержания алюминия
тана в проволоке и напряжения в проволоке и напряжения дуги на содер-
дуги на содержание азота в на- жание азота в наплавленном металле:
плавленном металле: 1— 1/д=29,5 в; 2 — ид=27 в; з и 4— ид=25 в.
1 — и =28 в- 2—?/ -26,5 в\ 3 и 4 —
Уд=25 ».
ется пластичность металла швов. Для определения целесообразности использования этого пути при разработке самозащитной порошковой проволоки были проведены специальные исследования. Титан и алюминий вводили в сердечник порошковой проволоки карбонатно-флюоритного типа в виде ферротитана или алюминиевого порошка соответственно.
На рис. 52 и 53 приведены кривые зависимости содержания азота в наплавленном металле от количества титана и алюминия в проволоке при различных условиях насыщения металла азотом. Зависимости построены по результатам химического анализа наплавок, выполненных при различных напряжениях проволокой трубчатой конструкции (1—3), а также двухслойной конструкции (4).
Для проволоки, легированной титаном, увеличение содержания азота в наплавленном металле наблюдается при введении более 0,6—0,7% титана. Содержание титана в металле при этом составило 0,10—0,20%. Для проволоки, легированной алюминием, содержание азота заметно увеличивается лишь тогда, когда алюминия в проволоке более 3%. В этом случае алюминия в металле швов содержится 0,9—1,0%.
Влияние легирования титаном и алюминием на содержание азота в наплавленном металле связано со сродством этих элементов
56
к азоту и растворимостью азота. Титан обладает большим сродством к азоту, чем алюминий. Реакция образования нитрида в жидкой стали с содержанием азота 0,01% наблюдается уже при относительно небольших концентрациях титана (порядка 0,1%). В то же время в жидкой стали с таким же содержанием азота, легированной алюминием, образование нитрида алюминия возможно при содержании алюминия более 5% [1, 74, 149, 166, 167, 175].
Кислород, как указывалось выше, оказывает существенное влияние на скорость поглощения азота жидким металлом. Введе-
Рис. 54. Влияние содержания титана (а) и алюминия (б) на содержание кислорода (/) и азота (2) в наплавленном металле.
ние титана и алюминия в проволоку приводит к снижению концентрации кислорода в металле. Однако при этом не наблюдается четкой связи между содержанием в металле кислорода и азота (рис. 54). Содержание кислорода уменьшается с увеличением содержания титана и алюминия в наплавленном металле. В то же время содержание азота возрастает при повышении концентрации титана более 0,15% и практически не изменяется при увеличении концентрации алюминия до 0,7%.
Эффективность легирования и изменение свойств стали зависят от распределения легирующих элементов между фазами, что в свою очередь связано с концентрацией примесей и легирующих, а также с условиями образования и выделения фаз.
Сравнение термодинамических потенциалов реакций образования основных соединений, которые могут присутствовать в сталях, легированных титаном и алюминием, показывает, что эти элементы в первую очередь будут реагировать с кислородом и азотом. В сталях, легированных титаном, велика также вероятность образования карбидов. Сродство к азоту титана и алюминия значительно выше, чем железа, кремния и марганца.
Имеющиеся экспериментальные данные о распределении азота, титана и алюминия в металле сварных швов, выполненных порошковой проволокой, относятся к случаю сварки открытой дугой и в атмосфере аргона [154]. Различные концентрации азота при свар-
67
ке в аргоне получали при введении в сердечник дозированных количеств азотированного ферромарганца. Содержание легирующих и азота определяли химическим анализом. Для получения сведений о распределении элементов между фазами использовали метод электролитического растворения образцов металла шва с последующим анализом выделенного осадка.
Установлено, что с увеличением содержания легирующего в наплавленном металле растет содержание его в твердом растворе.
