§ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

8.1, ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Термическая обработка стали и, как частный случай, термическая обработка сварных соединений включает различные операции теплового воздействия на металл, при котором происходят различные изменения строения, фазового состояния, напряженного состояния и соответственно свойств, уровня свободной энергии фаз, величины и распределения микро- и макронапряжений.

Для сталей различных по составу и фазово-структурному состоянию и соответственно их сварных соединений в зависимости от поставленной цели применяют различные виды термической обработки, связанные с различными условиями нагрева до определенной температуры, продолжительностью пребывания при этой температуре, различными условиями охлаждения. При этом под различиями в условиях охлаждения подразумевают как различную скорость охлаждения, так и ступенчатое охлаждение с задержкой снижения температуры на определенное время и дальнейшее регламентированное или нерегламентиро-ванное по скорости охлаждение.

Существуют различные подходы к классификации видов термической обработки — по температуре нагрева, скорости охлаждения, влиянию на свойства и т. д. (рис. 8.1). Рассмотрим виды термической обработки сталей сточки зрения их влияния на свойства различных зон и сварного соединения в целом. Термическая обработка влияет-

на изменение фазового состояния и микроструктуры стали, на повышение микро- и макронапряжений;

на повышение прочности и вязкости стали, на снижение уровня остаточных сварочных напряжений.

Рассмотрим некоторые понятия.

Фаза в стали — это однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура изменяются скачкообразно. Различные фазы в сталях имеют различное кристаллическое строение, химический состав и микростроение. Эти различия и являются одной из основ изменения свойств стали и уровня внутренних напряжений. В сталях могут существовать твердые растворы на основе у-железа — аустенит с различным содержанием углерода и легирующих элементов. Эта фаза является срав-

Виды термической обработки

Изменение фазового состояния

Изменение микроструктуры

Упрочнение

Повышение микро- и макронапряжений

?=■

(и га

Повышение вязкости

Снижение напряжении

Рис. 8.1. Видн термической обработки

нительно мягкой (НВ 190—300) и очень вязкой. Ударная вязкость аустенитных сталей 2—3 МДж/м2. Она обладает повышенной хладостойкостью, увеличение хладостойкое™ достигается в основном легированием никелем. Устойчивости этой фазы к распаду и переходу в другие фазы при охлаждении способствует легирование углеродом, марганцем, никелем, хромом, азотом и другими элементами. Поэтому стали, сохраняющие аустенитное состояние после охлаждения до нормальной и более низкой температуры, содержат большое количество никеля или марганца или обоих элементов вместе и часто легируются азотом. Аустенит является также основой многих жаропрочных сталей. Это связано с тем, что скорость диффузии в аустените ниже, чем в другой фазе — феррите, который может быть основой стали. Пониженная скорость диффузии замедляет коагуляцию упрочняющих дисперсных фаз при эксплуатационных нагревах аустенитных сталей. Кроме того, сам характер разрушения аустенитного сплава с ГЦК-решеткой предопределяет его повышенную жаропрочность. Для повышения жаропрочности аустенитных сталей их легируют элементами (Мо, V, А1, Т1 и др.), дающими устойчивые дис-ереные упрочняющие фазы — карбиды или интерметаллиды.