Межкристаллитная коррозия в металле шва может быть вызвана наличием карбидов хрома на границах зерен или низкой стойкостью металла к воздействию опасных температур в процессе эксплуатации сварного соединения. Причем диффузионный отжиг после сварки (850 °С; 2,4 ч; охлаждение на воздухе) позволяет несколько улучшить картину коррозии по сравнению с картиной, наблюдаемой после сварки без термообработки.
Чтобы получить металл шва, стойкий к выпадению карбидной фазы с участием хрома, помимо перечисленных выше мер, целесообразно создавать двухфазную аустенито-ферритную структуру металла. Из псевдобинарной диаграммы состояния Fe — Сг — Ni — G (рис. 197) видно, что концентрация углерода в стали (до 0,02— 0,03% в твердом растворе) отвечает примерно его предельной растворимости в аустените и поэтому карбиды хрома выпадать не будут. Однако практически трудно обеспечить такое содержание в шве углерода, так как он неизбежно будет переходить сюда из основного металла, содержащего 0,08—0,12% С.
Межкристаллитная коррозия основного металла вблизи границы сплавления называется ножевой коррозией, так как она поражает очень узкую полоску металла, нагреваемую при сварке до температур 1200—1250 °С. Обычно ножевая коррозия наблюдается в сталях, содержащих Ti, Nb или Та, карбиды которых при нагреве до указанных температур растворяются в аустените.
Эффективными мерами борьбы с этим опасным видом разрушения металла служат стабилизирующий, или диффузионный, отжиг сварных соединений, а также создание повышенных скоростей охлаждения металла в околошовной зоне.
СВАРИВАЕМОСТЬ ЧУГУНОВ
Сведения о строении и свойствах чугунов.
В соответствии с диаграммой состояния Fe — С к чугунам условно относят сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% С. В таких сплавах присутствует также некоторое количество Si, Мп, S и Р.
В специальных чугунах могут, кроме того, быть такие элементы, как Сг, Ni, Си, Mg и др.
Широкое применение чугуна как конструкционного материала объясняется его относительно невысокой стоимостью и хорошими литейными свойствами, позволяющими получать отливки любой, даже очень сложной, формы (блоки цилиндров автомобильных и тракторных двигателей, станины станков и прессов, детали металлургического оборудования и т. п.).
В зависимости от того, в каком виде находится в сплаве углерод, различают два основных типа чугунов: серые чугуны, в которых углерод находится главным образом в виде структурно-свободного графита, и белые чугуны, куда углерод входит преимущественно в химически связанном состоянии: в виде цементита — карбида железа.
Серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, а белые обладают очень высокой твердостью и обычной механической обработке не поддаются. По этой причине белые чугуны мало распространены в отливках и чаще используются как полупродукт для получения промежуточных ковких чугунов.
Чем сильнее перегрет жидкий чугун и медленнее протекает охлаждение, тем вероятнее, что большая часть углерода выделится в виде графита – серый чугун.
При больших скоростях охлаждения металла, которые препятствуют выделению графита, углерод оказывается в связанном состоянии (цементит) – белый чугун.
Весьма значительно и своеобразно влияние химического состава на структурную форму углерода в чугуне. С этой точки зрения элементы, входящие в состав чугуна, можно разделить на две группы:
1) графитизаторы — элементы, способствующие сохранению углерода в свободном виде: С, Si, Al, Ni, Со, Си.; наиболее сильные графитизаторы — С и Si.
2) элементы, препятствующие развитию графитизации: S, V, Сг, Sn, Mo, Мп, представленные в порядке уменьшения отбеливающей способности. В эту группу веществ входят также В, Mg и газы — Н, О, и N.
Серые чугуны, близкие по составу, могут очень отличаться друг от друга структурой, а
следовательно, и свойствами. На свойства чугуна значительно влияют форма, расположение и величина выделений графита, а также характер металлической
основы чугуна. Вообще наличие в чугуне графита как мягкой, непрочной и хрупкой структурной составляющей приводит к снижению его прочности и пластичности.
По форме различают графитные выделения двух основных групп: пластинчатые и шаровидные. В обычных серых чугунах наблюдается пластинчатый графит прямолинейной и искривленной (завихренной) формы. Графитные включения бывают равномерно рассеянными, залегающими отдельными гнездами или в виде эвтектик; в одних случаях они отделены друг от друга, а в других — соприкасаются и пересекаются.
Структуры чугунов могут сильно отличаться и размерами графитных включений. Чем больше количество пластинчатого графита и размеры его включений, тем ниже прочность и пластические свойства серого чугуна, так как удлиненные графитные пластины выполняют в металле роль своеобразных надрезов.
При модифицировании серого чугуна изменяется форма включений графита, а также его количество. Так, в случае модифицирования магнием (< 1 %) частицы графита становятся шаровидными, измельченными и разобщенными друг от друга. Это приводит к улучшению механических свойств чугуна, который наряду с повышенной
прочностью приобретает и некоторую пластичность.
Наиболее эффективно предотвращают появление отбеленных и закаленных участков металла, трещин, а также пористости чугуна подогрев и замедленное охлаждение после сварки. Уменьшение температурного градиента, термических напряжений и скорости охлаждения металла в этом случае приводит к значительному улучшению
структуры металла, более полному распаду цементитных выделений (горячая сварка чугуна).
В многочисленных способах холодной сварки чугуна широко используются металлургические и технологические средства воздействия на металл для повышения качества соединений.
К металлургическим средствам можно отнести следующие:
1) получение в наплавке феррито-перлитной структуры, характерной для малоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в дисперсные и более прочные, чем цементит, карбиды, равномерно распределенные в металле,
максимального окисления избыточного углерода, или его ≪выжигания≫, при помощи кислородсодержащих компонентов сварочных материалов;
2) создание в наплавке структуры серого чугуна путем насыщения металла углеродом
и другими графитизирующими элементами;
3) образование в наплавке различных сплавов железа с цветными металлами, отличающихся высокой пластичностью: медно-железных;
медно-никелевых; железоникелевых.
Железо с медью образует раствор, в котором предельная растворимость железа в меди при температуре плавления последней составляет около 3% (рис. 215). Но только при содержании в меди 10…15% железа можно получить сплав с температурой плавления 1330—1370 °С, близкой к температуре плавления чугунов. В этом случае обеспечивается смешиваемость составляющих самого расплава с чугуном. Однако после затвердевания наплавка представляет собой мягкую медную основу с различными по форме и величине вкраплениями очень твердой стальной составляющей. Эти включения и затрудняют механическую обработку металла. Частично диффундируя в основной металл, медь проявляет себя как графитизатор, поэтому на участке околошовной зоны отбел проявляется слабо.
Никель образует с медью непрерывный ряд твердых растворов (рис. 216), в которых при содержании 30—65% N i температура плавления близка к температуре плавления чугунов. Интервал кристаллизации растворов 80 °С. Хорошее смешивание и сплавление чугуна с медно-никелевым сплавом, которому присуща высокая пластичность, позволяет получать достаточно однородный, весьма пластичный
и плотный, хорошо обрабатываемый наплавленный металл.
Недостатками сварки чугуна медно никелевыми сплавами являются пониженная прочность металла шва и малая стойкость к образованию трещин. На участке околошовной зоны отбеленных прослоек нет, что объясняется графитизирующей ролью никеля и меди, диффундирующих из наплавки.
Сплавы Fe — Ni с 45—55% Ni имеют пониженную температуру плавления (около 1400 °С), близкую к температуре плавления чугунов. Для таких сплавов характерна стойкая аустенитная структура, отличающаяся повышенной прочностью и высокой деформационной способностью. Наплавленный металл и околошовная зона обладают относительно низкой твердостью и поддаются механической обработке обычным
режущим инструментом. При этом металл наплавки по цвету сходен с чугуном.
Электроды из цветных металлов применяют преимущественно для заварки небольших дефектов на чугуне.
Нужно помнить, что разница между коэффициентами линейного расширения наплавки из стали или цветных металлов и основного металла (чугуна) не позволяет эксплуатировать сварные соединения при повышенных температурах(> 100—400 °С), так как возникающие напряжения могут привести к разрушению металла.
В заключение следует подчеркнуть, что свариваемость чугунов значительно
зависит от их структурного состава: чугуны с мелкозернистым строением и мелкими графитными включениями, с незначительным количеством фосфидной эвтектики
обладают лучшей свариваемостью.
