100

60

Рис. 11.5. Влияние содержания никеля в аустенитном металле шва на ширину переходного слоя вп, с и ширину мартенситной зоны eM. а при сварке аустенитным присадочным материалом перлитной стали

300 500 700 1,А

Рис. 1!.б. Влияние силы' сварочного тока / на вм. 8 при сварке аустенитным присадочным материалом перлитной стали

рис. 11.6 показано, что увеличение силы сварочного тока при сварке перлитной стали аустенитным материалом приводит к неизменному росту ширины мартенситной зоны за счет увеличения доли участия перлитной стали в формировании переходного слоя. Это обстоятельство заставляет при сварке разнородных сталей предпочитать ручную дуговую сварку.

Все ранее рассмотренное свидетельствует о том, что при сварке перлитных сталей аустенитными присадочными материалами радикальным путем снижения отрицательной роли мартенситной прослойки в зоне сплавления является увеличение содержания никеля в металле шва. По данным рис. 11.5, присутствие в металле шва около 40 % никеля должно позволить снизить протяженность мартенситного участка до минимальных размеров. Дальнейшее увеличение содержания никеля в металле шва будет оказывать убывающее влияние. Что касается режима сварки, то, естественно,-для уменьшения проплавления он должен ограничиваться минимальной силой тока и минимальной погонной энергией.

Не принципиально, но несколько иначе сказывается роль никеля при сварке аустенитными присадочными материалами высокохромистых сталей с 13 % Сг и более. Из структурной диаграммы на рис. 11.4 видно, что при сварке сталей с 25—27 % Сг (точка 6) содержание никеля в металле шва от 15 % (точка 2) до 50 % (точки 8, 9) дает в сплавах смешения только аустенитно-ферритные составляющие (линии 2—6, 6—7, 6—5 и 6—9) и не дают мартенситной составляющей. При сварке высокохромистых сталей с 13 и 17 % Сг содержание никеля в металле шва уже должно иметь определенное значение, меньшее, чем при сварке перлитных сталей, поскольку в переходных сплавах (линии 2—4, 4—7, 4—8 и 2—5, 5—7, 5—8) аустенитный шов — хромистая сталь с 13 или 17 % Сг отсутствуют чисто мартенситные зоны, а про-

межуточные сплавы могут быть аустенитно-мартенситно-феррит-ными. Поэтому при сварке этих сталей можно ограничиться содержанием никеля в металле шва 20—25 %.

11.2. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ НА ГРАНИЦЕ СПЛАВЛЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

В сварном соединении разнородных сталей существуют разделенные неширокой зоной сплавления промежуточного сплава две стали, которые существенно отличаются по содержанию легирующих элементов, и прежде всего никеля и хрома, а также углерода и других, в основном карбидообразующих. Различны в этих сталях содержание железа, а также их фазовые и структурные состояния, но при этом они объединены схожестью атомно-кри-сталлического строения и металлической связью.

В области зоны сплавления этих сталей возникают сложные обменные процессы между атомами различных элементов, стремящиеся привести к минимуму свободную энергию всей разнолеги-рованной системы сплавов одного кристаллического агрегата. Протекание этих обменных процессов обусловлено различием уровней свободных энергий атомов различных элементов, растворенных в находящихся в контакте материалах с различной кристаллической структурой, различным состоянием самой основы (железа) или разницей концентраций каких-то элементов в контактирующих сталях.

Эти обменные диффузионные процессы могут развиваться при высоких температурах, когда обеспечивается повышенная подвижность атомов растворенных элементов и железа. Поэтому изменение состава, состояния и свойств участков металла в районе зоны сплавления может происходить либо при термообработке, которую можно выполнять в широком интервале температур с нагревом вплоть до 1150 °С, либо при нагреве в процессе эксплуатации, который обычно ограничен температурой 650 °С.

При рассмотрении сварных соединений разнородных сталей интерес может представлять диффузия через зону раздела прежде всего хрома, никеля и железа, по содержанию которых чаще всего сильно отличаются находящиеся в сварном контакте стали, а также углерода, поскольку опыт показал, что именно перемещение атомов этого элемента определяет возможность изменения свойств сварных соединений. Затронув вопрос о диффузии хрома, никеля, железа и углерода, отметим, что как в y-Fe, так и в a-Fe скорость диффузии хрома, никеля, железа и других элементов, Дающих растворы замещения, на несколько порядков ниже, чем скорость диффузии углерода, Так, по данным М. А. Криштала, коэффициент диффузии хрома в y-Fe при 1050 °С равен 58 X X Ю-12 см2/с, а углерода при 1000 °С — около 2,6-10-' см2/с. Коэффициенты диффузии никеля, железа и других элементов Дают растворы замещения либо одного порядка с коэффициентом