Разнородные металлические материалы

В конструкциях используется большинство свариваемых сталей, применяемых в различных отраслях промышленности и строительства. Применение аустенитных сварочных материалов обеспечивает возможность использования в сварных конструкциях сталей с ограниченной и плохой свариваемостью.

По областям применения и конструктивно-технологическому оформлению можно выделить три основных группы рассматриваемых конструкций. Основную из них составляют изделия, детали которых выполнены из разнородных сталей и сварены между собой. Эксплуатируясь в нормальном климатическом диапазоне температур, они применяются в строительстве, узлах машин и механизмов различного назначения в гидротурбинах и других конструкциях. Для работы в этих условиях преимущественно используются стали перлитного - бейнитного и мартенситного классов разного уровня прочности. Для работы при высоких и низких температурах, а также в коррозионных средах широко используется сочетание перлитных сталей с высоколегированными аустенитными и ферритными сталями.

Свариваемость.

Для большинства процессов сварки обязательным условием образования сварного соединения является проплавление свариваемых кромок и формирование шва либо целиком из проплавленного основного металла, либо частично за счет наплавленного и проплавленного металла.

Наиболее вероятно ожидать появления технологических трещин в участках многослойных швов со значительным проплавлением основного металла и на границе раздела разнородных материалов. Ими являются корневые и верхние слои многослойных швов, примыкающие к основному металлу, а также кристаллизационные прослойки в зоне сплавления разнородных сталей и шва. В швах возможны как горячие, так и холодные трещины. Для зоны сплавления характерны холодные трещины в кристаллизационных и диффузионных прослойках с мартенситной структурой.

Технология сварки.

При изготовлении сварных конструкций из разнородных сталей используется большинство существующих способов сварки. Наибольшее распространение из них получила ручная дуговая сварка как процесс, обеспечивающий наибольшую гибкость регулирования степени проплавления свариваемых кромок. При сварке сталей одного структурного класса в большинстве случаев отсутствуют ограничения по уменьшению степени проплавления и соответственно могут применяться те же способы и режимы, что и для однородных соединений. При сварке сталей разного структурного класса выбор способа сварки и ее режима определяется предельной степенью проплавления свариваемых кромок. При использовании способов с повышенным проплавлением кромок, как, например, при электрошлаковой сварке, технологическая и конструктивная прочность соединения должны определяться подбором сварочных материалов, обладающих низкой чувствительностью к повышению степени проплавления. Перспективным является использование электронно-лучевой сварки как при непосредственном контактировании свариваемых кромок, так и с введением промежуточной прослойки, состав которой выбирают из условия получения оптимальных свойств шва. Для стыковки труб в котлостроении широко при­меняют контактную сварку сопротивлением, в компрессоростроении и других отраслях широко внедрена сварка взрывом, все большее распространение находит диффузионная сварка.

Особенности сварки разнородных материалов и вызываемые при этом трудности связаны в большинстве случаев с существенным различием физических и химических свойств соединяемых материалов. К числу таких особенностей необходимо отнести следующие:

- резкое различие в химическом составе материалов. Это приводит во многих случаях к появлению новых нежелательных с позиций формирования эксплуатационных свойств соединения фаз, изменению свойств металла в околошовной зоне и изменениям в структуре в результате диффузии компонентов парного металла;

- различие в теплофизических свойствах (температуре плавления, теплопроводности, теплоемкости, коэффициента термического расширения), что ведет к асимметрии теплового поля, возникновению остаточных напряжений и деформаций;

- несовпадение диапазонов сварочных температур одного материала с допускаемой температурой, при которой не происходит ухудшения характеристик другого металла;

- отличие в природе оксидов, их химической стойкости, температурах плавления, способности к растворению в основном металле, защитных свойствах и т. п.;

- различия электрических и магнитных свойств материалов;

- неодинаковая способность растворять газы;

- несовпадение диапазонов режимов термической обработки, требуемой в ряде случаев для снятия остаточных напряжений.

На свариваемость разнородных материалов определяющее влияние оказывает их физико-химическая совместимость, проявляющаяся в способности образовывать между собой твердые растворы и химические соединения (интерметаллиды).

 

Неметаллические материалы

Стекло и керамика

Стекло - аморфный материал, получаемый путем сплавления стеклообразующих оксидов типа SiO₂, В₂О₃, Р₂О₅, Аl₂O₃. В соответствии с этим различают классы стекол - силикатные, боратные, германатные, фосфатные, алюминатные и др. Наибольшее распространение получили силикатные стекла.

К традиционной керамике относят изделия из глины и кремнезема, которые являются основными компонентами керамики, фаянса, фарфора, эмалей и других материалов.

В настоящее время наряду с многокомпонентной оксидной керамикой широко используют в промышленности несколько групп новых материалов:

1. Керамика чистых оксидов на основе Аl₂O₃ (корунды), SiO₂, а также шпинель (MgАl₃O₄) и форстерит МgSiO₄.

2. Бескислородная керамика на основе нитридных и карбидных соединений, а также комбинированная керамика на основе оксикарбидов и оксинитридов (миалоны и др.).

3. Магнитная керамика, основа которой - оксиды Fе₂О₃, МnО, NiO (ферриты).

4. Пьезокерамика на основе титаната, цирконата свинца (ЦТС-19).