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

Продолжение табл. 5.1

Параметры процесса кристаллизации

Тип источника теплоты

точечный на поверхности полубесконечного тела

линейный по толщине листа

Скорость кристаллизации

л/ 1 +(OM/ON)2*2/(, 2)

Угол наклона оси кристаллита к оси шва

а = arctg

ОМ ON

а = arctg

ОМ ON

Интегральный критерий схемы кристаллизации

Ко. = j adky о

Градиент температуры в точке пересечения оси кристаллита с изотермой кристаллизации

Gl » Гпл W[2a {хи + 0,6 ОМ)] X

2(дг„--0,6-ОМ) j

+ у1

С1.«Гпл/[2(лг„ + 0,6ОМ)]Х

2а(дг„-- 0,6ОМ)

Примечание: а---коэффициент температуропроводности cmVc; i) - функция безразмерной координаты * = yjON

ср У "

*! . . 0,00 0,02 0,04 0,2 0.4 0,6 0,8 1,0

ф . . . --3,605 -2,911 -1,313 -1,650 -0,299 -0,093 0,000 5 а и К„ в радианах.

для длины и ширины сварочной ванны [1]. Последние выведены на основе тепловой теории при сварке для быстродвижущихся источников теплоты (табл. 5.1). С помощью этих соотношений можно рассчитать критерий концентрационного переохлаждения Ф и ориентировочно оценить тип первичной структуры и схему кристаллизации /(„или а для заданной точки на оси кристаллита Хо-

Эллиптическая форма сварочной ванны соответствует сварке с небольшими скоростями (приблизительно до 20-25 м/ч), при

увеличении скорости ванна приобретает параболическую, а затем коническую формы. При этом методика получения основных соотношений остается прежней, а вид соотношений изменяется. Следует отметить, что возможны отклонения направления осей кристаллитов от ортогональности к ФК, которые в отдельных зонах могут достигать 30-40° в зависимости от природы и состава сплава и режима сварки.

5.3.1.5. Химическая неоднородность в сварных швах. Важной характеристикой структуры металла шва является микрохимическая неоднородность (МХИ): внутрикристаллитная и межкристаллитная (или междендритная). Внутрикристаллитная МХИ определяется соотношением конвективного и диффузионного отвода примеси от ФК в жидкость. У линии сплавления, где имеет место интенсивное движение расплава в ванне, в результате конвекции практически размывается концентрационное уплотнение, в МИХ формируется по закономерностям, близким к закону «нормальной» ликвации. Концентрация примеси в кристаллите по мере его роста непрерывно возрастает и в каждый момент определяется произведением текущей концентрации примеси в объеме жидкости и коэффициента распределения Ств = Сн,-й (рис. 5.5). При этом следует учитывать поправку на неравновесность процессов при сварке.

В средней и хвостовой частях ванны отвод примеси от ФК происходит в основном путем диффузии в жидкую фазу. В дан-

Рис. 5 5 Распределение примеси по оси кристал лита (о), регулярная (б) и нерегулярная (в)

«слоистость» шва ох - ось кристаллита от линии сплавления к центру шва; с и с. - содержание прнмеси в жидкой н твердой фазах около фронта кри сталлизации; и р-скорость кристаллизации

ном случае содержание примеси в кристаллите определяется произведением концентрации примеси в концентрационном уплотнении у ФК и коэффициентом распределения СтаСо/k-k, т. е. средним содержанием примеси Со. Внутрикристаллитная МХН при сварке не получает существенного развития.

Заметное влияние на формирование МХН оказывает прерывистость процесса кристаллизации, которая характеризуется «микроскопическими» изменениями средней скорости кристаллизации Икр: замедлением, остановкой и ускорением. При замедлении и остановке концентрация примеси Ств приближается к равновесной cok, при ускорении процесс приближается к бездиффузионной кристаллизации, а концентрация примеси Ств - к максимальной в концентрационном уплотнении Cofk (рис. 5.5). Микроскопические изменения Икр имеют регулярный характер, связанный с образованием концентрационного переохлаждения, а также нерегулярный характер, обусловленный колебаниями режима сварки, падением капель присадочного металла в ванну, механическими колебаниями свариваемого изделия и т. п. Отмеченные микроскопические изменения скорости кристаллизации являются причиной «слоистости» сварного шва, выявляемой на поверхности шлифов после травления. При нерегулярном характере изменений скорости кристаллизации на поверхности шва, как правило, появляются также геометрические нарушения, наблюдаемые как «чешуйчатость» шва.

Межкристаллитная МХН при ячеистом и дендритном типе кристаллизации образуется путем отвода растворенных примесей от вершины к подножью выступов при их росте в зоне концентрационного уплотнения. Концентрация примесей в межячеи-стых и междендритных зонах близка к концентрации примесей в зоне концентрационного уплотнения Co/k. Тот же уровень межкристаллитная МХН имеет и в зоне стыка двух смежных кристаллитов, так как в этом случае происходит срастание выступов стыкуемых кристаллитов. В результате этого в центральной части сварных швов не образуется зон с повышенной концентрацией примесей.

Распределение примесей, формируемое в процессе кристаллизации шва, может существенно отличаться от распределения примесей в конечной структуре шва. В процессе охлаждения получают развитие процессы выравнивающей диффузии, интенсивность которой зависит от диффузионной подвижности элементов, скорости охлаждения, расстояния между зонами с повышенной концентрацией примесей и других факторов.

5.3.2. Фазовые превращения в твердом состоянии

5.3.2.1. Полиморфные превращения. Ряд металлов (Fe, Ti, Со и др.) имеет несколько модификаций кристаллических структур при различных температурах. Термодинамически полиморфные