Актуальные проблемы современной науки: тезисы докладов XXХVІІІ Международной научно-практической конференции (Харьков - Вена - Берлин - Астана, 30 января 2019)
Секция: Технические науки
Калинин Юрий Анатольевич
заместитель начальника центрального диспетчерского отдела
ЧАО «Запорожтрансформатор»
г. Запорожье, Украина
Ефременко Василий Георгиевич
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой физики
ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет»
г. Мариуполь, Украина
Брыков Михаил Николаевич
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры ОТСП
Запорожский национальный технический университет
г. Запорожье, Украина
Андрущенко Михаил Иванович
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры ОТСП
Запорожский национальный технический университет
г. Запорожье, Украина
Осипов Михаил Юрьевич
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры ОТСП
Запорожский национальный технический университет
г. Запорожье, Украина
Коротич Юлия Станиславовна
магистр кафедры ОТСП
Запорожского национального технического университета
г. Запорожье, Украина
СТРУКТУРА ЗОН СПЛАВЛЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ С УСКОРЕННЫМ ТЕПЛООТВОДОМ
Сварка сталей с повышенным содержанием углерода, как правило, затруднена в связи с образованием хрупких закалочных структур в зоне термического влияния (ЗТВ). В связи с этим для получения бездефектных сварных соединений данных материалов используют предварительный и сопутствующий подогревы и замедленное охлаждение. Однако при необходимости выполнения сварки предварительно термически обработанной высокоуглеродистой стали 120Г3С2, которая может быть использована для повышения износостойкости при абразивном изнашивании [1], подогрев и/или замедленное охлаждение приведет к изменению необходимой структуры всей свариваемой детали и, как следствие, к снижению эксплуатационных свойств.
Состав стали 120Г3С2 обеспечивает после закалки от 1000 оС почти полностью аустенитную структуру в связи с достаточно высоким содержанием аустенизаторов (углерод и марганец). Аустенит в отличие от мартенсита не должен приводить к охрупчиванию околошовной зоны, поэтому при сварке данной стали, очевидно, нет необходимости в подогреве и замедленном охлаждении. Наоборот, необходимо обеспечить ускоренное охлаждение сварного соединения, чтобы в той части ЗТВ, которая будет нагрета выше температур фазового превращения, получить закалку, а в зоне нагрева до меньших температур минимизировать влияние отпуска на предварительно закаленный материал.
С целью исследования влияния ускоренного охлаждения на структуру ЗТВ стали 120Г3С2 выполнили пробный сварочный цикл с использованием полосы толщиной 5 мм предварительно закаленной от 1000 оС. Образец был закреплен вертикально, и на его ребре была поставлена «точка» ручной дуговой сваркой с использованием электрода НИИ48-Г [2]. Сварочный цикл был выполнен как можно более коротким. Ускоренное охлаждение обеспечивалось за счет теплоотвода вглубь холодного образца. Температуру ЗТВ измеряли с помощью ХА термопары, приваренной на расстоянии около 5 мм от кромки пластины. В результате эксперимента спай термопары оказался как раз на линии сплавления сварочной ванны и основного металла (рис. 1). Зарегистрированная зависимость температуры ЗТВ от времени показана на рис. 2.
Рис. 1. Вид зоны сплавления
Рис. 2. Зависимость время-температура на расстоянии примерно 5 мм от края пластины
Пластина стали 120Г3С2 в процессе её изготовления была обезуглерожена на глубину около 2 мм с каждой стороны. Поэтому после закалки от 1000 оС структура стали по сечению изменяется от преимущественно мартенситной на поверхности до аустенитной в центре [3]. Это дает возможность изучить структуру ЗТВ для любой из возможных структур термически обработанной тали 120Г3С2 – от мартенсита до аустенита.
Панорама микроструктуры ЗТВ приведена на рис. 3. Образец вырезан вертикально по центру зоны сварки (см. рис. 1). В структуре можно выделить четыре области: переплавленный электродный металл (1); линия сплавления основного и электродного металла (2); основной материал, нагретый выше критических точек и, соответственно, повторно закаленный (3); материал, изменивший структуру в результате нагрева до температур выше температурных порогов диффузии углерода и железа, но ниже критических точек (4).
Рис. 3. Панорама микроструктуры участка сплавления и ЗТВ экспериментального образца
Согласно справочным данным [2] состав металла, наплавленного электродом НИИ-48Г следующий (масс. %): C – 0,13; Mn – 4,8-6,0; Si – 0,50-0,90; Ni – 8,50-10,00; Cr – 18,50-19,50. Ожидаемая структура металла в области 1 при таком химическом составе – аустенит. Ожидаемая структура повторно термообработанного основного металла в области 3 (центр образца) – также аустенит. На линии сплавления (2) наблюдается образование небольшого количества мартенсита (рис. 4), что может быть вызвано локальным колебанием химического состава металла, прежде всего по углероду.
В результате измерения микротвердости получены следующие значения для каждой из четырех областей ЗТВ: 1 – 220 HV0.05; 2 – 350-400 HV0.05; 3 – 220 HV0.05; 4 – 230-250 HV0.05. Трещины на линии сплавления и в ЗТВ не обнаружены.
Рис. 4. Микроструктура линии сплавления
Таким образом, в результате анализа микроструктуры ЗТВ образца стали 120Г3С2 после имитации сварки электродом НИИ48-Г с ускоренным теплоотводом установлено, что в области повторной термической обработки отсутствуют дефекты микроструктуры. Это позволяет продолжить исследования влияния режимов сварки с ускоренным теплоотводом на структуру ЗТВ термически обработанной стали 120Г3С2.
Литература
