Сварка разнородных сталей

ИЗМЕНЕНИЯ В БОЛЕЕ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Микроструктура. При наличии в зоне сплавления разнородных сталей характерной структурной неоднородности участок зоны, располагающийся в высоколегированной стали, в случае обычного травления выявляется, как это видно из рис. 31, в виде темнотравя - щейся прослойки, что по своей природе может быть скоплением мелкодисперсных карбидных соединений. Эти соединения настоль­ко дисперсны, что даже при больших увеличениях трудно выде­лить отдельные их включения (рис. 40).

Характерной особенностью указанной прослойки является из­менение ее структуры по ширине. Непосредственно у границы

сплавления прослойка представляет собой черную полоску, сви­детельствующую о скоплении здесь большого количества выделив­шейся фазы. За ней следует участок, где образующейся новой фазы выделяется заметно меньше. Заканчивается прослойка участком измененной структуры, в котором выделившаяся фаза распола­гается лишь по границам зерен высоколегированной стали.

Рассмотренная структура измененной прослойки высоколегиро - ванной стали получена при нагреве зоны сплавления в области докритических температур. В таких условиях темнотравящуюся структуру могут иметь не только карбидные соединения, поэтому для уточнения природы этой прослойки необходимы дополнитель­ные исследования. Ими могут быть прежде всего исследования изме­нения структуры металла рассматриваемой прослойки с повыше­нием температуры нагрева зоны сплавления.

В сталях, склонных к образованию карбидов, последние выде­ляются при охлаждении ниже температуры предельной раствори­мости углерода в данной стали. Поэтому выделенные карбиды сохраняются только в том случае, когда сталь не нагревается до этой температуры. Отсюда следует, что, если прослойка измененной структуры высоколегированной стали представляет собой скопле­ние карбидов, ее не должно быть в зоне сплавления, нагреваемой
до температур, выше температуры растворимости карбидов в данной стали. После такого нагрева прослойки не должно быть даже в зоне, которая до этого выдерживалась в области докритических темпе­ратур и потому имела эту прослойку.

Температуру растворимости карбидов для тех или иных сталей можно установить, пользуясь диаграммой их состояния. Согласно этой диаграмме, для используемой в проведенных исследованиях стали (аустенитная сталь типа Х19Н11МЗ с содержанием углерода 0,10—0,15%) она составляет 1100° С.

На рис. 41 приведена микроструктура металла зоны сплавления аустенитной стали Х19Н11МЗ с углеродистой СтЗ в соединении, выдержанном в течение 24 ч при температуре 1200е С.

Здесь нет рассматриваемой прослойки. Этот факт явля­ется прямым подтверждением того, что измененная струк­тура высоколегированной ста­ли в зоне сплавления с менее легированной, выявляемая в виде темнотравящейся про­слойки, представляет собой скопление карбидов. Прове­денный эксперимент свиде­тельствует также и о том, что в зоне сплавления после нагрева выше температуры выпадания карбидов не наблюдается обезуглероженной (светло - травящейся) прослойки со стороны менее легированного металла (стали СтЗ).

Отмеченное изменение микроструктуры легко объяснить, если учесть, что при температуре 1200° С зона сплавления представляет собой контактную границу двух аустенитных металлов, так как при этой температуре используемая в качестве менее легированного металла малоуглеродистая сталь марки СтЗ также будет иметь аус- тенитную структуру вследствие происшедшего при критической температуре Ас„ а ->у-превращения. В таких условиях увеличи­вается подвижность углерода в менее лег ированной стали, и в зоне сплавления идет процесс выравнивания содержания углерода в твердых растворах, который протекает без особых препятствий и поэтому охватывает значительную область. В результате этого - обеспечивается относительно равномерное распределение углерода без скопления или уменьшения его в каком-либо участке как со> стороны менее легированного, так и со стороны более легированного - металла, что исключает образование в зоне сплавления характерной структурной неоднородности.

Фазовый состав. Для сталей, содержащих карбидные соедине­ния, фазовый состав может быть установлен при исследовании этих.

соединений в изолированном виде. Такие карбидные соединения обычно получают, растворяя стали в специальных электролитах. Карбиды при этом остаются в осадке, который и подвергается рент­геноструктурному анализу.

Чтобы получить фазовый состав металла зоны измененной струк­туры высоколегированной стали, последнюю в исследуемых образ­цах сошлифовывали до начала этой зоны, которое определяли ме­таллографическим путем. Затем образцы подвергали электролити­ческому травлению в электролите, состоящем из 25% - ного раствора соляной кислоты и 5 г/л щавелевой кислоты, при плотности тока 0,05 А/см2 и напряжении 8 В. Выделенный осадок подвергали рент­геноструктурному анализу, для чего съемку производили в медном излучении в камере РКД. Полученные результаты показали, что в зоне измененной структуры высоколегированной стали обнару­живаются карбиды металлов, входящих в ее состав. Следовательно, изучение фазового состава, как и структурный анализ, показывает, что изменение структуры высоколегированной стали в зоне сплав­ления ее с менее легированной, вызывающее образование известной структурной неоднородности, происходит в результате выделения карбидных соединений.

Причиной выделения карбидов в рассматриваемой зоне, с точки зрения общих положений металловедения, может быть либо распад аустенита, либо насыщение металла этой зоны углеродом. Выде­ление карбидов в конце темнотравящейся прослойки лишь по гра­ницам зерен (рис. 40) свидетельствует о том, что образование в зоне сплавления разнородных сталей прослойки измененной структуры высоколегированного металла вызывается насыщением его угле­родом.

Таким образом, характерным изменением структуры в зоне сплавления разнородных сталей при наличии в ней известной струк­турной неоднородности является уменьшение количества карбид­ных соединений со стороны менее легированной (перлитной) стали вплоть до полного их исключения с образованием прослойки фер - ритного металла и увеличение количества этих соединений со сто­роны более легированного металла с образованием прослойки в виде карбидной гряды.