Влияние углеродного эквивалента на структуру. Первый машиностроительный портал. Список литературы, использованной при выполнении
Под свариваемостью понимается способность стали данного химического состава давать при сварке тем или иным способом высококачественное сварное соединение без трещин, пор и прочих дефектов. От химического состава стали зависит ее структура и физические свойства, которые могут изменяться под влиянием нагрева и охлаждения металла при сварке. На свариваемость стали влияет содержание в ней углерода и легирующих элементов. Для предварительного суждения о свариваемости стали известного химического состава можно подсчитывать эквивалентное содержание углерода, пользуясь формулой
По признаку свариваемости все стали можно условно разделить на четыре группы:
1. Хорошо сваривающиеся у которых экв не более 0,25. Эти стали не дают трещин при сварке обычным способом, т. е. без предварительного и сопутствующего подогрева и последующей термообработки.
2. Удовлетворительно сваривающиеся, у которых С экв в пределах 0,25—0,35; они допускают сварку без появления трещин, только в нормальных производственных условиях, т. е. при окружающей температуре выше 0°С, отсутствии ветра и пр.
К этой же группе относят стали, нуждающиеся в предварительном подогреве или предварительной и последующей термообработке для предупреждения образования трещин при сварке в условиях, отличающихся от нормальных (при температуре ниже 0° С, ветре и др).
3. Ограниченно сваривающиеся, у которых С экв в пределах 0,35—0,45; они склонны к образованию трещин при сварке в обычных условиях. При сварке таких сталей необходима предварительная термообработка и подогрев. Большинство сталей этой группы подвергают термообработке и после сварки.
4. Плохо сваривающиеся, у которых С экв выше 0,45; такие стали склонны к образованию трещин при сварке.
Их можно соединять только с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Для металла небольшой толщины предельное значение С экв можно повысить до 0,55. Температура предварительного подогрева для низколегированных сталей в зависимости от величины С экв принимается следующей:
Предварительный подогрев замедляет охлаждение и предохраняет от появления холодных трещин при сварке.
Свариваемость стали определяют также различными пробами. С помощью проб устанавливают, не появляется ли при сварке данной стали хрупких структур в металле шва и околошовной зоне, способствующих образованию трещин.
Наиболее простой является технологическая проба, при которой к листу из испытуемой стали приваривают втавр односторонним угловым швом прямоугольную пластину (рис. 127, а). После остывания на спокойном воздухе пластину сбивают молотком, разрушая шов со стороны его вершины. Если будут обнаружены следы ранее образовавшихся трещин или разрушений в виде вырывов основного металла вблизи шва, то сталь является ограниченно сваривающейся и требует предварительного подогрева и последующей термообработки.
Склонность к образованию холодных трещин более толстой стали можно проверять пробой по способу Кировского завода (рис. 127, б, виг). В середине квадратного (130x130 мм) образца делается выточка диаметром 80 мм. Толщина а оставшейся части образца равняется 2, 4, 6 мм. В выточку наплавляют один или два валика (см. рис. 127, виг), охлаждая донышко снаружи воздухом или водой. Если при наплавке валика и охлаждении водой образец не дает трещин, сталь считается хорошо сваривающейся. Если трещины появляются при охлаждении водой, но не возникают при охлаждении на воздухе, то сталь считается удовлетворительно сваривающейся. Сталь считается ограниченно сваривающейся, если
Свариваемость
Свариваемость стали:
Сталь конструкционной марки 30Г
Рис. 11. Форма проплавления
Рис. 12. Структурные составляющие
Рис. 15. Трещиностойкость
Вывод
Рассмотрев три расчета на свариваемость стали 30Г,работающей в одинаковых условиях после каждого способа сварки. Можно сделать вывод, что наилучший способ сварки для данной стали,является сварка в среде защитных газов(СО 2)с послесварочным нагревом 400 0 C в течении 2 часов.При этой сварке мы получаем наилучшую структуру металла шва, сварочное напряжение, и наименьшую вероятность образования трещин.
Заключение
В данном курсовом проекте был рассмотрен косвенный метод оценки свариваемости металла через программу “Свариваемость легированных сталей”. А так же сделан вывод, что для стали 30Г наиболее лучшим способом сварки является сварка в среде защитных газов (СО 2).
Список литературы, использованной при выполнении
Курсового проекта
1. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов по специальности «Оборудование и технология сварочного производства» / В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров и др.; Под редакцией В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1988. 559с.
2. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х томах. / Редкол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. М: Машиностроение, 1978-79.
3. Марочник сталей и сплавов / /В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общей редакцией Б.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
Свариваемость
Свариваемостью называется свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки неразъёмное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Различают физическую и технологическую свариваемость.
Физическая свариваемость – свойство материалов давать монолитное соединение с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.
Технологическая свариваемость – технологическая характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность при этом образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами.
Свариваемость металла зависит от его химических и физических свойств, кристаллической решётки, степени легирования, наличия примесей и других факторов.
Назовём основные показатели свариваемости металлов и их сплавов:
Окисляемость при сварочном нагреве, зависящая от химической активности металла;
Чувствительность к тепловому воздействию сварки, которая характеризуется склонностью металла к росту зерна, структурным и фазовым изменениям в шве и зоне термического влияния, изменениям прочностных и пластических свойств;
Сопротивляемость образованию горячих трещин;
Сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке;
Чувствительность к образованию пор;
Соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным требованиям.
Кроме перечисленных основных показателей свариваемости имеются ещё показатели, от которых зависит качество сварных соединений. К ним относят качество формирования сварного шва, величину собственных напряжений, величину деформаций и коробления свариваемых материалов и изделий.
Окисляемость металла при сварке определяется химическими свойствами свариваемого материала. Чем химически активнее металл, тем больше его склонность к окислению и тем выше должно быть качество защиты при сварке. Это особенно наглядно видно на примере железоуглеродистых сплавов. Как известно, сталь в основном состоит из железа с неизменной примесью углерода.
Свариваемость стали принято оценивать по следующим показателям:
Склонности металла шва к образованию горячих и холодных трещин;
Склонности к изменению структуры в околошовной зоне и к образованию закалочных структур;
Физико-механическим качествам сварочного соединения;
Соответствию специальных свойств сварного соединения техническим условиям.
Технология сварки (вид сварки, сварочные материалы, техника сварки) выбирается в зависимости от основного показателя свариваемости (или сочетаний нескольких показателей) для каждого конкретного материала.
По содержанию углерода стали разделяются на: низкоуглеродистые (до 0,25% С); среднеуглеродистые (0,25-0,4% С); высокоуглеродистые (0,46-0,9% С). Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, широко применяемые для строительных конструкций. Сварка среднеуглеродистых сталей возможна при условии соблюдения особой технологии, включающей, как правило, предварительный подогрев и последующую термообработку, устраняющие закалку соединения.. Ручная дуговая сварка высокоуглеродистых сталей не рекомендуется. Она возможна только при соблюдении технологии, которая, однако, не всегда обеспечивает получение соединения, равнопрочного основному металлу.
Кроме углерода в стали и шве содержатся Mn и Si, попадающие в металл в процессе раскисления. Для повышения прочностных характеристик и приобретения особых свойств стали (коррозионной стойкости, жаропрочности и т.п.) применяют легирование металла различными полезными элементами, которые, улучшая его свойства, вместе с тем ухудшают его свариваемость. Легированные стали разделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на: низколегированные (не более 2,5%); легированные (2,5-10%) и высоколегированные (более 10%). Свариваемость стали можно приближенно определить по количеству легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду, по формуле:
Cэ = C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Ni/10+Mo/4+V/5+Cu/13+P/2 ,
где Сэ – эквивалент углерода, %;
C, Mn, Si и др. – содержание в стали этих элементов, %.
Свариваемость стали 30Г - ЭтоСталь конструкционная легированная . Такой вид стали применяют для улучшаемых деталей, к которой предъявляются требования невысокой прочности: тяги, оси, цилиндры, диски, болты, гайки, винты и другие. Конструкционные лигированые стали типа 30Г поставляют в виде сортового проката по ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88. В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначение элемента, показывает его содержание в процентах. Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %. Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А. Например, сталь 30Г (0,30 %). Она обладает высокой прочностью (σ в = 640…780 МПа, σ 0,2 = 440…540 МПа) и относительно низкой пластичностью (δ = 6…20 %, ψ = 45 %). Может применяться при температуре -80 о С (Толщина стенки не более 100 мм).
Сталь 30Г сваривается ограниченно. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуем подогрев и последующую термообработку. КТС без ограничений.
Свариваемость стали:
Сталь конструкционной марки 30Г сваривается ограниченно. С увеличением углерода в стали зона термического влияния и шов закаливаются, увеличивается твердость, сварные соединения становятся более хрупкими и склонными к образованию трещин.
Удовлетворительные стали имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильных режимах сварки получается качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.
Способы расчета свариваемости
Сварка — один из методов создания неразъемных металлических конструкций. Прочность шва, образующегося в местах соединения составных частей, зависит от такой характеристики стали, как «свариваемость».
Классификация стали по степени ее свариваемости
Сталь представлена различными группами марок, обладающими своими физико-химическими свойствами. Вследствие этого, у металлических изделий неодинаковый показатель свариваемости. В зависимости от этого параметра железо-углеродистые сплавы подразделяется на четыре категории.
- Хорошая
При сварке получается качественный шов. Металл не требует предварительного нагрева для проведения работ, а сами они проходят в обычном режиме и с применением всех известных технологий. - Удовлетворительная
Чтобы создать качественное сварное соединение, стальные изделия необходимо подготовить, то есть разогреть. - Ограниченная
Перед сваркой металлические изделия сначала разогревают, а после их соединения подвергают еще и термической обработке. - Плохая
Такая сталь характеризуется тем, что во время сварки (после нее) на поверхности образуются трещины, а также могут возникать «закалочные» структуры, снижающие прочность и надежность соединения, делающие его хрупким.
Методы расчета углеродного эквивалента
Свойства стали вообще зависят от присутствия в сплаве железа и углерода других металлов. Зная их содержание, с помощью эмпирической формулы не составляет труда рассчитать значение так называемого углеродного эквивалента (Сэ). Эта величина позволяет определить, каких результатов ждать от сварки металлических изделий.
В России для оценки сварных характеристик проката, идущего на создание конструкций, используют формулу, утвержденную ГОСТ ГОСТ 27772-88:
Сэ=С+(Р/2)+(Сг/5)+(Mn/6)+(Cu/13)+(V/14)+(Si/24)+(Ni/40).
В Европе для расчетов применяется следующая зависимость:
Сэ=С+(Мп/6)+(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15.
В Японии такая методика определения углеродного эквивалента:
Сэ=С+(Мо/4)+(Сг/5)+(Мп/6)+(Si/24)+(Ni/40),
где С, P, Cr, Mn, Cu, V, Si, Ni, Мо — массовые доли (в %) углерода, фосфора, хрома, марганца, меди, ванадия, кремния, никеля, молибдена.
Сталь считается не склонной к трещинообразованию, если значение углеродного эквивалента «С» меньше 0,45%. В противном случае, когда уже существует вероятность их появления, перед сваркой части, требующие соединения, необходимо прогреть.
Вычисление значения твердости в зоне термического влияния
Следующий параметр, на который следует обратить внимание, — твердость зоны термического влияния (ЗТВ). Так называют участок изделия, который расположен возле образовавшегося шва. В этой области под воздействием температуры происходят фазовые превращения с изменением внутренней структуры металла. Порой это чревато тем, что сталь становится хрупкой.
Твердость металла в этой зоне определяют по методу Виккерса. Если ее значения лежат в диапазоне 350-400 по специальной HV-шкале, то на участке ЗТВ точно находятся продукты распада аустенита (одна из модификаций железа и его сплавов), как раз и инициирующие образование холодных трещин.
Максимальное значение твердости углеродистой и низколегированной стали вычисляют, располагая данными о химическом составе металла, по этой формуле:
HVmax = 90+1050*С+75*Mn+47*Si+31*Cr+30*Ni,
где С, Mn, Si, Cr, Ni — массовые доли (в процентах) химических элементов.
Определение чувствительности стали к образованию холодных трещин
Холодные трещины образуются после сварки из-за растягивающих остаточных напряжений. Их сила зависит от жесткости получившейся конструкции и толщины шва. Определить ее значение позволяет коэффициент интенсивности жесткости — К. Он характеризует приложенное усилие, которое на 1 мм раскрывает зазор, оказавшийся в сварном соединении шириной так же 1 мм. Подсчитывается он так:
где Kq — это константа, которую принято считать равной 69, S — толщина стального листа (в мм). Важно отметить, что соотношение справедливо только, если толщина листа не превышает 150 мм.
Насколько сталь может быть подвержена образованию холодных трещин, помогает узнать параметрическое уравнение:
Pw=Рш+(Н/60)+0,25*К/105,
где Рш — коэффициент «охрупчивания» (так называют процесс, когда из вязкого состояния металл переходит в хрупкое), Н — количество диффузионного водорода, К — коэффициент интенсивности жесткости.
Значение Рш находится при решении уравнения Бес-Сио:
Рси=С+5*В+Si/30+ Ni/60+(Mo+V)/15+(Mn+Cu+Cr)/20.
Результаты неоднократно проведенных исследований помогли установить порог значения, при котором проявляется чувствительности стали к образованию холодных трещин. Это случается, если значение Pw превышает 0,286.
Способы устранения холодных трещин при сварке
Образование трещин ухудшает поверхность металла и, соответственно, уменьшает прочность готовой конструкции. Предотвратить их появление поможет следующее:
- пересмотр (изменение) конструктивных решений, который позволит снизить жесткость в области сварного узла;
- тщательный контроль за ходом проведения сварки при оптимальном режиме поможет уменьшить содержание диффузионного водорода;
- проведение сварочных работ с соблюдением особых параметров, которые воспрепятствуют охрупчиванию металла и будут содействовать удалению из шва диффузионное водорода.
Из перечисленных способов, снижения вероятности появления холодных трещин при проведении сварочных работ, самый востребованный — последний.
Свариваемость - одно из главных технологических требований, предъявляемых к строительным сталям, поскольку большинство металлоконструкций являются сварными . Одним из важнейших технологических показателей свариваемости является углеродный эквивалент, далее CE (от англ. Carbon Equivalent
). Нужен он для того, чтобы оценить совместное влияние на свариваемость содержащихся в стали углерода и др. элементов, сведя их в одно значение — CE. Более высокое содержание в стали C, и таких элементов как Mn, Cr, Si, Mo, V, Cu и Ni снижают способность стали к сварке, потому как увеличивают склонность металла шва к закалке при его охлаждении: если после сварки металл шва закалится, то в результате получим различные свойства основного металла и металла сварного шва, который будет менее пластичным и более склонным к хрупкому разрушению. Поэтому часто для обеспечения хорошего качества сварного шва сталей с высоким значением CE требуется подогрев шва до или после сварки, либо и то и другое.
Существует несколько формул для оценки CE:
| Формула | Примечание | |
| 0 | СE = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14 | Приведена в |
| 1 | CE =C + Mn/6 | Приведена в п. 9.3 ГОСТ 535-2005 |
| 2 | CE = C + Mn/6 +Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2 | Приведена в п.4.3 ГОСТ 19281-89 |
| 3 | CE = C + (Mn+Si)/6 +(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 | Рекомендована Американским обществом сварщиков (American Welding Society) для конструкционных сталей . |
| 4 | CE = C + Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 | Формула Деардена и О-Нила. Была принята на вооружение Международным институтом сварки (International Institute of Welding) . Формула нашла широкое применение для углеродистых и марганцовистых сталей. Также приведена в п. 7.2.3 EN 10025-1:2004. |
| 5 | CE = C + Mn/6 +(Cr+Mo+Zr)/10 + Ti/2 + Cb/3 + V/7 +UTS/900 + h/20 | Формула для оценки CE у высокопрочных микролегированных (HSLA) сталей |
- При расчете по ф. (1) свариваемость считается удовлетворительной при CE <=0,45
- При расчете по формуле (2) существует подразделение для сталей различного класса прочности:
свариваемость считается удовлетворительной при CE<=0.49 для стали класса прочности 390, и при CE<=0.50 для стали класса прочности 440 - Расчет по ф. (3). По мнению Американского общества сварщиков для CE более 0,4 в зоне термического влияния шва уже существует риск растрескивания. Соответственно, свариваемость удовлетворительная при CE <=0,4
- При расчете по ф. (4) свариваемость стали в зависимости от CE может быть определена как
< 0.35 — отличная
0.36–0.40 — очень хорошая
0.41–0.45 — хорошая
0.46–0.50 — средняя
>0.50 — плохая
- При расчете по ф. 5 значение CE <=0,3 считается оптимальным для обеспечения свариваемости. Чем-то это отдаленно напоминает ГОСТ 19281 (см. ф. 2 и примечание после таблицы), но все-таки конкретики здесь побольше.
Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985. 408 с. [см. стр. 121]
ГОСТ 535-2005, п. 4.4
ГОСТ 19281-89 п. 2.2.4
Bruneau Michel; Uang, Chia-Ming; Whittaker, Andrew Stuart. Ductile design of steel structures, 1998, McGraw-Hill Professional, 485 p [см. стр. 31].
J.F. Lancaster Metallurgy of welding — Sixth Edition. Abington Publishing. 1999 pp. 464
Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Flat rolling fundamentals, CRC Press, pp. 141–142
1. Показатель свариваемости стали, выраженный в виде приведения к содержанию углерода суммы концентраций Mo, Cr, Mn, Si и других элементов в стали, увеличивающих устойчивость аустенита и соответственно понижающих температуру начала мартенситного превращения стали. Наиболее часто для определения углеродного эквивалента (Сэ) используется уравнение Международного инварианта сварки:
C э = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15,
где C, Mn, Cr, Мо, V, Cu, Ni - массовые доли элементов в стали.
2. Показатель положения состава чугуна по отношению к эвтектической точке, характеризующий его степень графитизации, структуру и свойства, - углеродный эквивалент определяется по уравнению:
C э = C + 0,3(Si + Р),
где C, Si, Р - масовые доли элементов в чугуне. При C э 4,26 - заэвтектическим;
Смотри также:
- Эквивалент
- Эквивалент никеля и хрома
- электрохимический эквивалент
- хромовый эквивалент
- тепловой эквивалент работы
- никелевый эквивалент
- механический эквивалент теплоты
- химический эквивалент элемента
- - , последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий с участием углерода в качестве катализатора...
Физическая энциклопедия
- - предмет или количество, равноценные, равнозначные, могущие служить друг другу выражением или заменой; соответственно эквивалентный - равнозначный, эквивалентность - равноценность...
Начала современного Естествознания
- - 1...
- - предмет или количество, равноценные, равнозначные или соответствующие в каком-либо отношении другим и могущие служить или выражением, или заменой: Смотри также: - никеля и хрома - электрохимический эквивалент...
Энциклопедический словарь по металлургии
- - Carbon potential - .Способность окружающей среды, содержащей активный углерод, к изменению или сохранению заданного уровня углерода в стали...
Словарь металлургических терминов
- - предложенный Уайтом нефтепоисковый критерий, характеризующий зависимость нефтеносности отл. от степени метаморфизма заключенного в них орг. вещества...
Геологическая энциклопедия
- - ...
- - ...
Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
- - УГЛЕРО́Д, -а, м. Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ...
Толковый словарь Ожегова
- - углеро́дный прил. 1. соотн. с сущ. углерод, связанный с ним 2. Свойственный углероду, характерный для него. 3. Состоящий из углерода. 4. Содержащий углерод...
Толковый словарь Ефремовой
- - ...
- - ...
Орфографический словарь-справочник
- - серн"исто-углер"...
- - углер"...
Русский орфографический словарь
- - ...
Формы слова
- - ...
Словарь синонимов
"углеродный эквивалент" в книгах
автора Колесник Ю. А.7.4. Углеродный обмен в биосфере
Из книги Современное состояние биосферы и экологическая политика автора Колесник Ю. А.7.4. Углеродный обмен в биосфере На всем земном шаре, по оценкам ученых (Лархер, 1978, с. 128), растения ежегодно связывают около 155 109 т углерода. Из этого количества на долю суши приходится 61 %, а гидросферы – 39 % от общего его количества. Очень высокая первичная продуктивность на
КАКОВ УГЛЕРОДНЫЙ СЛЕД ГОСПОДИНА МИНИСТРА-НАСТАВНИКА?
Из книги Суровые истины во имя движения Сингапура вперед (фрагменты 16 интервью) автора Ли Куан ЮКАКОВ УГЛЕРОДНЫЙ СЛЕД ГОСПОДИНА МИНИСТРА-НАСТАВНИКА? - Возьмем ваш образ жизни. Насколько вы экологически ответственный человек? Стараетесь ли вы уменьшить свой углеродный след? Спите ли вы при включенном кондиционере воздуха?- Сплю, но что с этим можно поделать? Без
Тротиловый эквивалент
Из книги Большая энциклопедия техники автора Коллектив авторовТротиловый эквивалент Тротиловый эквивалент – характеристика мощности взрыва атомной бомбы и также ее калибра. Тротиловый эквивалент атомной бомбы – вес тротилового заряда, энергия при взрыве которого равна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса.Тротиловый
Эквивалент валюты
Из книги Тайны драгоценных камней автора Старцев Руслан ВладимировичЭквивалент валюты Кроме всего перечисленного, драгоценные камни, и сапфир в том числе, играют немаловажную роль как эквивалент валюты. Это связано с тем, что они часто представляют собой огромную ценность. Вместе с тем, как показал опыт, их ценность сохраняется на