Структурные изменения в околошовной зоне. Характеристика участков ОШЗ

Качество сварного соединения чугуна, его механические свойства и обрабатываемость зависят не только от свойств наплавленного металла, но и от структурных превращений, протекающих в ОШЗ.

Основные факторы, влияющие на эти превращения:

· структура и химический состав основного металла;

· скорость нагрева и охлаждения ОШЗ;

· химический состав металла шва.

Процессы структурообразования в ОШЗ очень сложны и имеют свои специфические особенности. ОШЗ чугунов характеризуется наличием нескольких участков, которые нагревались при сварке до различных температур и охлаждались с разными скоростями.

Наиболее заметные структурные изменения претерпевает участок неполного расплавления (зона сплавления), т.е. участок, в котором металл находился в твердожидком состоянии (1150-1250 ºC). Структура преимущественно состоит из ледебурита и мартенсита. Благоприятное влияние на структуру зоны сплавления оказывает увеличение сварочного тока. Структура зоны сплавления в значительной степени зависит от состава металла шва и диффузионных процессов, протекающих в ней при кристаллизации и охлаждении. Полнота диффузионных процессов зависит от времени ее пребывания в твердожидком состоянии и диффузионной подвижности легирующих элементов.

Для образования в зоне сплавления пластичных структур необходимо стремиться, чтобы она была обогащена углеродом и кремнием за счет

диффузии их из металла шва, что достигается при сварке чугуна электродными материалами с повышенным содержанием графитизаторов.

2-ой участок - участок ОШЗ, который. нагревался до температур 1150-830 ºС, т.е. до температуры области (гамма)+Г(ц).

Серые чугуны в исходном состоянии имеют ферритную, ферритно-перлитную или перлитную структуру. При их нагреве до 800-820 ºС вследствие растворения перлита первые порции аустенита образуются в участках, расположенных вдали от эвтектоидных колоний на стыках и границах ферритных зерен, т.е. в местах с наименьшим содержанием Si. С повышением температуры нагрева участки аустенита начинают появляться и вблизи эвтектоидных образований. При еще более высоких темпе-ратур появляется возможность возникновения аустенита и вблизи графитных выделений.

Распад аустенита на втором участке сопровождается либо выделением цементита при быстром охлаждении, либо графита – при замедлен-ном. При достижении эвтектоидной температуры идет перлитное превращение, а при более низких температурах и ускоренном охлаждении – мартенситное или промежуточное превращение.

3 участок - нагревался в узком интервале температур, вследствие быстрого нагрева металла и кратковременности пребывания при этих температурах феррит не успевает полностью перейти в аустенит.Это – участок неполной перекристаллизации, где температура нагрева была немного выше Ас1 (800-850 ºС). В структуре этого участка наблюдается измельчение зерна за счет частичной перекристаллизации металла.

4 участок - участок графитизации отличается увеличением в структуре количества графита при распаде цементита, а также сфероидизация оставшихся карбидов.

Таким образом, появление цементитных выделений и закалочных структур возможно в первых двух участках ОШЗ (зоны сплавления и участка аустенизации), и поэтому здесь металл обладает наибольшими твердостью и хрупкостью.

Стойкость сварных соединений чугунов против образования трещин во многом зависит от размеров зоны термического влияния, особенно от ширины первых двух участков, размер которых определяется способом и режимом сварки.

Для снижения количества закалочных структур и достижения более высоких механических и технологических свойств, необходимо при сварке обеспечивать минимальные скорости охлаждения в области наименьшей устойчивости аустенита. Это достигается путем подбора способов, режимов и приемов сварки, а также сварочных материалов.

При сварке чугуна сталью переход углерода в шов является нежелательным явлением, т.к. он способствует выделению по границам зерен цементита и образованию мартенсита. Необходимо: замедление скорости охлаждения и подбор состава наплавленного металла.