Влияние легирующих элементов на структуру металла
На механические, физические и химические свойства стали большое влияние оказывают присадки легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия, титана и др. Большинство специальных примесей и углерод повышают прока-ливаемость стали, так как увеличивают устойчивость аустенита и замедляют процесс распада его при охлаждении.
Основное влияние большинства специальных примесей и углерода заключается в том, что они снижают критическую скорость охлаждения и при определенном содержании могут вызвать закалку даже при охлаждении на воздухе. При сварке большинства легированных сталей вероятность образования мартенсита в наплавленном металле и в зоне термического влияния вбсьма высока, потому что отвод тепла от металла шва к металлу зоны термического влияния происходит значительно быстрее, чем отвод тепла в окружающий воздух. Это является одним из основных затруднений при сварке легированных сталей.
В зависимости от структуры, получаемой при охлаждении на спокойном воздухе, стали часто делят на следующие структурные классы: перлитный, мартенситный, аустенитный, карбидный и ферритный. К перлитному классу относят стали, которые при охлаждении на воздухе приобретают структуру перлита, сорбита или троостита.
К мартенситному классу относят легированные стали, в которых при охлаждении на воздухе появляется структура мартенсита. К аустенитному классу относят легированные стали, когда в них не наблюдается распада аустеннта при самом большом содержании примесей. К сталям карбидного класса относят стали мартенситного или аустенитного класса с карбидообразующимн элементами (хром, вольфрам и др.), благодаря чему в структуре металла наряду с мартенситом или аустенитом содержится значительное количество карбидов.
Структура сталей перлитного класса. К сталям перлитного класса относят углеродистые и низколегированные стали. Одной из особенностей структурных изменений в сталях перлитного класса при сварке является возможность получения в зоне влияния структуры мартенсита. Появление мартенсита в зоне термического влияния основного металла крайне нежелательно не только из-за повышенной твердости и уменьшения пластических свойств зоны, но и главным образом из-за возможного образования микроскопических или даже субмикроскопических трещин.
Появление хрупкой структуры мартенсита можно предупредить путем предварительного подогрева детали перед сваркой. Подогрев также рекомендуется при сварке сталей с высоким содержанием углерода. При сварке сталей перлитного класса металл шва чаще всего имеет структуру сорбита или сорбитообразного перлита
У некоторых сталей этого класса, имеющих значительное содержание углерода и легирующих элементов, находящихся у границы мартенситного класса, возможно появление структуры мартенсита в наплавленном металле.
При сварке незакаленной стали в зоне термического влияния наблюдаются следующие участки, структура которых во многом зависит от содержания в металле углерода и легирующих элементов:
1. Участок перегрева часто имеет структуру крупноигольчатого мартенсита. На большом удалении от шва строение мартенсита более мелкое. Механические свойства металла относительно высокие.
2. Участок нормальной закалки имеет структуру мелкоигольчатого мартенсита. При недостаточной скорости охлаждения или пониженном содержании углерода наряду с мартенситом встречается троостит.
Иногда оба участка объединяют под общим наименованием «участок полной закалки», так как между ними нет резкой границы.
3. Участок частичной закалки в легированных сталях имеет структуру мартенсита с сеткой феррита. Величина участка незначительна.
Все три участка образуют хрупкую зону закалки с высокой твердостью , что затрудняет последующую механическую обработку, а также способствует развитию трещин в основном металле.
4. Участок рекристаллизации в структурном отношении отличается от основного металла только при наличии предварительной пластической деформации.
5. Участок синеломкости так же, как и у низкоуглеродистых сталей, не имеет структурных отличий от основного металла.
Если перед сваркой сталь была подвергнута закалке с отпуском, то характер структур участка перегрева, участков нормальной и частичной закалки остается таким же, но характер структур участков рекристаллизации и синеломкости будет отличаться. Здесь появляется участок отпуска, так как максимальный нагрев при сварке был ниже 720° С. Структурные изменения в зонах закалки и отпуска вызывают необходимость последующей (после сварки) термообработки сварных изделий.