Мартенситно-стареющие стали
Мартенситно-стареющие стали (Н18К9М5Т, Х11Н10М2ТЮ) отличает особый механизм упрочнения, основанный на выделениях интерметаллидов типа Ni (Тi, Аl), Ni3Тi, Ni3Мо при нагреве до 400…550оС твердых растворов железа с никелем и добавками различных элементов замещения. При этом обеспечивается σв = 1500…2000 МПа, а для ряда композиций до 2800МПа. Типичные области применения: оболочки летательных аппаратов, корпуса двигателей, сосуды высокого давления, изделия криогенного назначения и др.
Свариваемость сталей.
По свариваемости мартенситно-стареющие стали превосходят широко используемые углеродистые легированные стали. Они мало чувствительны к образованию горячих и холодных трещин; обеспечивают повышенный уровень механических свойств сварных соединений в нетермообработанном состоянии и возможность достижения равнопрочности основному металлу проведением после сварки старения.
Благодаря низкому содержанию углерода в большинстве марок мартенситно-стареющих сталей сопротивляемость ГТ находится на высоком уровне. Безуглеродистые и малоуглеродистые мартенситно-стареющие стали проявляют чувствительность к образованию ХТ только в присутствии водорода.
Способы сварки.
Мартенситно-стареющие стали могут свариваться всеми видами сварки. Благодаря специфическому механизму упрочнения технология изготовления различных изделий из этих сталей отличается простотой и надежностью. Это связано как с возможностью сваривать без подогрева и последующего немедленного отпуска, так и обеспечить близкие к основному металлу свойства применением после сварки простой операции старения.
Меры предотвращения дефектов.
Для предотвращения пористости при сварке все материалы и агрегаты должны быть скрупулезно чистыми. Детали, изготовленные резанием с использованием СОЖ, необходимо обезжирить, а затем промыть горячей водой для удаления натрийсодержащих веществ на свариваемых кромках, вызывающих пористость и интенсивное разбрызгивание. Для снижения концентрации растворенных элементов и получения более гладкого сварного шва кромки листа должны быть по возможности скошены.
Для предотвращения холодных трещин следует ограничивать содержание Н в соединении менее 0,5…0,8см3/100г. Этого достигают как проведением обезводороживающего отжига основного металла и сварочной проволоки, так и отпуска или старения после сварки в интервале 300…540°С.
Высоколегированные сплавы на никелевой основе
Высоколегированные сплавы никеля обладают наряду с высокой жаропрочностью и окалиностойкостью значительной коррозионной стойкостью в газовых, соляных и жидкометаллических средах и могут эксплуатироваться до температур 1000…1100°С.
Трещины при сварке.
При сварке гомогенных никелевых сплавов (типа Х20Н45, ХН69ВТ, ХН78Т) возможно образование кристаллизационных и подсолидусных горячих трещин в металле шва.
Технологические способы предотвращения трещин: снижение до минимума погонной энергии (сварка неплавящимся электродом, ЭЛС, лазер, импульсная дуга); ограничение скорости сварки; применение электромагнитных полей и других внешних воздействий для измельчения элементов первичной структуры; применение теплопроводящей оснастки и охлаждающих сред (подача паровоздушной смеси на сварочную ванну).
Сварочные материалы.
При выборе сварочных материалов необходимо предотвратить горячие трещины в шве и ЗТВ, трещины при термообработке, а также обеспечить равную жаропрочность сварных соединений и основного металла. При сварке гомогенных сплавов применяют присадочные проволоки, близкие по химическому составу к основному. Отличия состоят в увеличении доли элементов, повышающих энергию активации процессов диффузии (Мо, W, Мn), и в уменьшении упрочняющих добавок (Тi, Аl).
Качественные сварные соединения жаропрочных никелевых сплавов обнаруживают высокие значения жаропрочности и сопротивляемости термической усталости, мало отличающиеся от таковых для основного металла.
Чугуны
Серые чугуны
Серые чугуны маркируются буквами СЧ и двухзначными цифрами, обозначающими величину предела прочности металла при растяжении: СЧ10, СЧ15…СЧ45. Прочность серого чугуна с пластинчатым графитом, таким образом, находится в пределах 100…450МПа.
Свариваемость чугуна.
Чугун обладает небольшой усадкой, примерно в два раза меньшей, чем сталь. Поэтому вероятность образования трещин, в случае больших объемов наплавленного металла в виде чугуна, уменьшается. Высокое содержание С в сварочной ванне, при этом, способствует уменьшению количества цементита и ледебурита в зоне сплавления. Отбел наплавленного чугуна исключается при сварке с нагревом изделия до температуры 600…700°С. Последующее охлаждение изделий со скоростью не более 50…100°С/ч гарантирует отсутствие цементита и мартенсита не только в структуре наплавленного чугуна, но и в ЗТВ.
Способы сварки.
Применяемые технологические процессы можно выделить в две большие группы - ручная дуговая сварка и механизированная сварка, в каждой из которых используются материалы, обеспечивающие получение в наплавленном металле чугуна, стали или цветного сплава.
Наиболее высокие механические свойства сварных соединений чугуна достигают при сварке однородным металлом. При сварке чугуна чугуном необходимо обеспечить заданный состав наплавленного металла (обычно близкий основному - серому чугуну) и определенную скорость охлаждения, чтобы избежать образование отбела и трещин. Сварку осуществляют с нагревом изделия до температуры 400..700°С. Последующее охлаждение со скоростью 50…100°С/ч гарантирует отсутствие цементита и ледебурита в структуре наплавленного чугуна и околошовной зоне.
Разработаны штучные электроды двух типов. Первый тип характеризуется чугунным стержнем и сравнительно тонким покрытием. В электродах второго типа в качестве стержня используют стальную малоуглеродистую проволоку, а в состав покрытия вводят в большом количестве С, Si и другие компоненты с таким расчетом, чтобы наплавленный металл представлял собой синтетический чугун.