Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 [ 142 ] 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

Сварочные материалы на никелевой основе должны применяться для сварки между собой стали X группы со сплавами XIII группы. Если зона соединения нагрета в рабочих условиях ниже 500 °С, то термическая обработка может не производиться.

Глава 33. РАЗНОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

(Гирш В. И.)

33.1. Общие проблемы сварки и возможные пути решения

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). Для двойных металлических систем Юм-Розери сформулировал общие правила, определяющие растворимость в твердом состоянии, образование и стабильность промежуточных фаз. Согласно этим правилам:

растворимость в твердом состоянии ограничена, если различия в размерах атомов компонентов, участвующих в образо-

вании сплава, превышают 14-15%. При превышении значений атомного диаметра растворяемого элемента указанного предела растворимость в твердом состоянии будет уменьшаться пропорционально увеличению разницы в атомных диаметрах взаимодействующих элементов, т. е. размерный фактор является неблагополучным. При малом различии (менее 14-15%) размерный фактор имеет второстепенное значение и на растворимость в твердом состоянии влияют другие факторы;

для многих металлических систем устойчивость фаз и растворимость в твердом состоянии связаны с электронной концентрацией (число всех валентных электронов, приходящихся на элементарную ячейку при условии, что все узлы в кристаллической решетке заняты, или число валентных электронов к числу атомов, т. е. как величина eja);

взаимная растворимость двух элементов в твердом состоянии связана с их валентностью -растворимость в элементе с меньшей валентностью оказывается больше, чем в элементе с большей валентностью (эффект относительной валентности). Этот эффект не является общим правилом. При сплавлении компонентов с высокой валентностью нельзя предсказать, на основе какого из них будет образовываться более широкая область твердых растворов.

Указанное правило, сформулированное Юм-Розери, легло в основу методики анализа возможности образования твердых растворов, предложенной Л. Даркеном и Г. Гури, в основу которой положено построение эллипсов растворимости (диаграммы растворимости) [1]. Методика предполагает графическое изображение зависимости максимальной растворимости в твердом состоянии различных легирующих элементов от атомного радиуса и электроотрицательности. Электроотрицательность-количественная характеристика способности атомов химического элемента поляризовать образуемые им ковалент-ные связи. Электроотрицательность (д:) характеризуют сродство атома металла к электрону и является функцией электронного состояния:

; = 0.31 ()+ 0,5,

где п - число валентных электронов; г - радиус атома.

Диаграмма растворимости строится в координатах электроотрицательность-атомный радиус. Оценка растворимости определяется по сопоставлению взаимного расположения вспомогательных эллипсов, построенных для конкретных элементов, участвующих в образовании шва.

На рис. 33.1 приведены эллипсы растворимости для бериллия и меди. На диаграмме координаты меди и бериллия лежат за пределами соответствующих больших эллипсов, но

большой эллипс каждого из этих металлов пересекает площадь малого эллипса другого металла. Этот факт позволяет сделать предположение, что в двойной системе этих металлов возможно существование интерметаллических соединений, областей твердых растворов какого-либо из компонентов в другом металле наряду с возможным образованием зон твердых растворов, ннтерметаллидов. Экспериментально подтверждено также наличие в системе Си - Be твердого раствора бериллия в меди (а-фаза), у-фаза (СиВе), СиВсг, СиВсз (6-фаза), твердый раствор в меди в бериллии (е-фаза).

Подобный анализ целесообразно проводить при отсутствии диаграммы состояния или при поиске материала для промежуточных слоев в сварном соединении разнородных металлов. В остальных случаях анализ диаграмм состояния более целесообразен, так как дает больший объем информации.

Металлургическая совместимость оценивается, как правило, на основе анализа двойных диаграмм состояния для компонентов, входящих в свариваемый материал. Возможность того, что в реальных условиях процесса сварки успеют реализоваться закономерности, следующие из равновесных диаграмм состояния, зависит в определенной степени от способа и режима сварки. Основные методы сварки по мере их ухода от условий, соответствующих условиям построения диаграмм, можно расположить в следующем порядке: шлаковые, газовые, дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазером, контактная точечная и шовная, пайка, контактная стыковая, высокочастотная, трением, ультразвуком, диффузионная, взрывом, магнитно-импульсная холодная. Последовательность их расположения носит в определенной степени условный характер, так как при одном и том же методе, но при разных режимах можно иметь сильно различающиеся картины металлургического взаимодействия.

г>6

0,8 to 1,1 1Л 1,6 о Атомный padui/c А

Рис. 33.1. Эллипсы растворимости меди и бериллия

33.2. Сварка стали с металлами и сплавами других групп

33.2.1. Сварка стали с алюминием и алюминиевыми сплавами

Алюминий с железом способен давать твердые растворы, ин-терметаллидные соединения (РегАЦ-62,93 % А1; FegAls - 54,71 % Al; FeAb -49,13% Al; FeAl -32,57 % Al и др.) и эв-