Кривые влияния карбидообразующих элементов на обезуглероживание в зоне сплавления разнородных сталей рекомендуется [66] строить в зависимости от Ме/С— отношения содержания карбидообразующего элемента в металле к содержанию в нем углерода. Основанием для такого построения послужило представление о процессах, происходящих в металле при его легировании карби-дообразующими элементами, согласно которому влияние на образование и степень развития структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей зависит как от содержания карби-дообразующего элемента в высоколегированном металле, так и от

содержания в нем углерода. В общем виде эта зависимость определяется отношением Ме/С.

На рис. 53 приведены графики, полученные при указанном принципе построения. Характерным для этого графика является наличие на горизонтальной оси начального участка, отсекаемого каждой кривой, которое свидетельствует о том, что при концентрациях карбидообразую-щего элемента и углерода, соответствующих отношению Ме/С в пределах этого участка, обезуглероживание менее легированного металла не происходит. Оно начинается только при отношении Ме/С больше указанного участка. Отношение Ме/С, отвечающее точке пересечения кривой с горизонтальной осью (конец начального участка), принято называть критическим.

Величина критического отношения Ме/С зависит от типа кар-бидообразующего элемента, температуры нагрева и времени выдержки при ней. Отношение Ме/С позволяет определить эффективное (свободное) количество содержащегося в более легированном металле карбидообразующего элемента, которое вызывает образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. Определяется это количество простым арифметическим подсчетом:

где (2Э — количество свободного (не связанного углеродом) карбидообразующего элемента; 20 — общее его содержание; @к — количество карбидообразующего элемента, связанного углеродом, С2К = = И2. Здесь к — критическое отношение Ме/С для данных температуры и времени выдержки при ней; С — содержание углерода в более легированном металле.

О 1 2 3 4 5 6 Ме/С

Рис. 53. Зависимость ширины обезуглероженной прослойки Ьо.п менее легированного металла (СтЗ с С =0,17%) от отношения Ме/С в более легированном металле после выдержки 100 ч при 700° С [69].

В настоящее время имеются сведения, которые позволяют считать изложенные выше закономерности влияния содержащихся в более легированном металле карбидообразующих элементов на образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей справедливыми и в том случае, когда такие элементы вводятся в менее легированный металл. Для обоснования сказанного на рис. 54 [106] показано влияние содержания хрома в менее легированном металле (углеродистая сталь) на ширину обезуглероженной прослойки, образовавшейся в зоне сплавления с высокохромистой (14% Сг) сталью после выдержки в течение 106 ч при 537° С (1000° Р). График построен в результате экстраполяции экспериментальных данных, полученных при выдержках 100—3000 ч. Сравнение этого рисунка с рис. 52 показывает полную согласованность характера влияния независимо от того, какой из сплавляемых металлов легируется этим элементом.

Следовательно, различие содержания карбидообразующих элементов в сплавляемых металлах следует считать одним из основных факторов, определяющих образование и развитие структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. Оно вызывает перемещение углерода и образование такой неоднородности даже в зоне сплавления сталей одного и того же класса, подвергнутой нагреву [47, 66].

В последних исследованиях установлены новые факторы, вызывающее образование структурной неоднородности в нестабильной зоне сплавления разнородных сталей. Считают, что причиной диффузии углерода в зоне сплавления разнородных сталей может быть электроперенос его под воздействием возникающей при нагреве контактной разности потенциалов [73].

Показано также, что одним из факторов, вызывающих образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей, являются напряжения в этой зоне, возникающие вследствие различия коэффициентов линейного (температурного) расширения сплавляемых металлов [21]. Предпосылкой для этих исследований явились экспериментальные данные [25], из которых следовало, что в зоне сплавления разнородных сталей, если они заметно отличаются друг от друга своим коэффициентом линейного расширения, имеет место напряженное состояние. Напряжения значительной величины обнаруживаются не только в состоянии после сварки, но и при нагреве сварного соединения. Напряженное состояние металла, как показано в ряде исследований [54, 56], в значительной степени сказывается на процессе диффузии в нем.

Рис. 54. Зависимость ширины обезуглероженной прослойки менее легированного металла в зоне сплавления свысоколегированным

(14,0 % Сг) металлом после экстраполированной на Ю5 ч выдержки при 537° С (1000° Б) от содержания хрома в менее легированном металле.