Глава 6 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА И СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Назад: 5.2 Состав зоны термического влияния.

6.1 Виды термообработки

Термической обработкой (ТО) называют процессы теплового воздействия на материалы с целью направленного изменения их структуры и свойств. ТО может быть промежуточной операцией, улучшающей технологические свойства металла при различных его переделах (обработка давлением, резанием, сварка), и окончательной, придающей металлу или сварному соединению определенный уровень требуемых эксплуатационных характеристик (твердость, прочность, вязкость, износостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление усталости и т.д.).

Процесс ТО можно характеризовать графиком в координатах «температура-время» (рис. 6.1) и описать с помощью параметров, главные из которых - максимальная температура нагрева Т_max, время выдержки t_в, скорость нагрева V_н и охлаждения V_охл. – называются параметрами режима. Для сварных соединений параметрами режима ТО являются также ширина зоны нагрева и время перерыва между окончанием процесса сварки и началом ТО.

Рис. 6.1 – Схематический график термообработки.

.

В зависимости от соотношения указанных выше параметров различают следующие основные виды термообработки: отжиг, закалка и отпуск (старение). Основные сведения о сущности и назначении каждого из указанных видов ТО читателю известны из курсов «Технология конструкционных материалов» и «Металловедение». В данной главе представлены основные разновидности названных выше видов ТО, которые нашли наиболее широкое применение в практике изготовления сварных конструкций: высокий отпуск, нормализация, улучшение (нормализация с последующим высоким отпуском), термический отдых, аустенизация и стабилизирующий отжиг. На рис. 6.2 графически представлены примерные этапы этих видов ТО в координатах «температура–время».

Рис. 6.2 – Графики режимов термообработки сварных соединений:

а) низкоуглеродистые и низколегированные стали, б) высоколегированные

хромоникелевые стали; 1 – термический отдых, 2 – высокий отпуск,

3 – нормализация, 4 – стабилизирующий отжиг, 5 – аустенизация,

ТАс₁ и ТАс₃ температуры критических точек

Высокий отпуск для сварных соединений, как правило, является самостоятельной технологической операцией, предназначенной для снижения уровня остаточных сварочных напряжений и улучшения структуры и свойств металла сварного соединения. Он применим не только для соединений из средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей, но также и для низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Основное отличие режимов отпуска сварных соединений от режимов отпуска основного металла заключается в необходимости более медленной скорости охлаждения после выдержки (V_охл < 300...400 ⁰С/ч) до достижения температуры Т = 300 ⁰С, что достигается использованием теплоизоляции. Последующее охлаждение может проводиться на воздухе. Отпуск при Т = 550...600 ⁰С в течение t_в = 1...2 ч практически на 90 % снимает остаточные напряжения в сварных соединениях.

Термический отдых (низкотемпературный отпуск) применяют, в основном, для толстостенных сварных трубопроводов и корпусных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, имеющих повышенную склонность к образованию трещин. Его назначение состоит в уменьшении содержания водорода в сварном соединении и некотором понижении уровня остаточных напряжений. Максимальная температура нагрева при такой обработке составляет Т 250-300 ⁰С.

Нормализация, как разновидность полного отжига (Т 900-950 ⁰С, выдержка и охлаждение на воздухе), измельчает крупнозернистую структуру сварных соединений и повышает их вязкость. Применяется как местный, так и общий вид ТО для тонкостенных элементов конструкций, например, трубопроводов.

Улучшение (нормализация или закалка с последующим высоким отпуском) относится к полной ТО и используется для восстановления структуры и свойств металла, изменившихся в процессе сварки, и снижения уровня остаточных напряжений в сварных узлах из легированных и низкоуглеродистых сталей сложной конструкций.

Аустенизация и стабилизирующий отжиг используются для сварных соединений из высоколегированных хромоникелевых сталей и сплавов. При аустенизации (Т 1050-1100 ⁰С, выдержка 1-2 час, охлаждение на воздухе) получают однородную структуру аустенита, улучшают пластичность и снижают на 70-80 % уровень остаточных напряжений в сварном соединении. При стабилизирующем отжиге (Т 950-970 ⁰С, выдержка 2-3 час, охлаждение на воздухе) на 70-80 % снижается уровень остаточных напряжений и обеспечивается стабильность структуры соединения, противостоящей возникновению межкристаллитной коррозии.

В сварном соединении (шов + зона термического влияния + основной металл) всегда присутствует тот или иной участок, прошедший под действием термического цикла одну из названных выше обработок (хотя и не полностью). В связи с этим сварное соединение можно представить себе как «слоеный пирог», в котором каждый слой (участок) отличается «собственным» видом термообработки и, следовательно, свойствами. Это обстоятельство определяет трудности при назначении видов и режимов термообработки с целью выравнивания свойств всего соединения или направленного их улучшения.

Далее: 6.2 Способы нагрева и оборудование для термообработки.