металле, необходимое для предотвращения образования структурной неоднородности (рис. 66, а), [20].

Аналогичная зависимость получена В. А. Игнатовым, В. Н. Зем зиным и Г. Л. Петровым [49], положительным в которой является то, что она построена по данным, взятым за время, экстраполированное на 105 ч, т. е. на период, в течение которого должна гарантироваться надежная работа сварных соединений большинства конструкций, комбинированных из разнородных сталей.

Из приведенных данных видно, что в сварных соединениях, работающих при разных температурах, нет надобности иметь одинаково высокое содержание никеля в аустенитном металле. В сое-

Рис. 66. Зависимость температуры, при которой образуется структурная неоднородность в зоне сплавления аустенитного металла с углеродистой сталью марки СтЗ (с) и с перлитными сталями (б), от содержания никеля в аустенитном материале.

динениях, предназначенных для работы при меньших температурах, оно может быть снижено, что весьма желательно, так как позволяет получить экономию никеля и повысить технологичность сварного соединения.

О .возможных температурах работы сварных соединений разнородных сталей можно судить по известному кинетическому уравнению, описывающему общую закономерность разрушения металла при высокой температуре:

где т — время до разрушения образца; т0 —период колебания атомов в решетке; £/0— энергия связи атомов в решетке (или теплота сублимации); а — напряжение; у — фактор эффективности напряжения; Т — абсолютная температура; & —постоянная Больцмана.

Из приведенного уравнения следует, что температура, до которой тот или иной металл сохраняет свою работоспособность, зависит от его типа (£/„ и у — константы металла, 1/0 определяется его химическим составом, у — структурой).

Влияние типа металла на допустимую температуру его эксплуатации определяется, как известно, характером и степенью развития

изменений структуры и свойств, вызываемых нагревом. При нагре-IBe металла прежде всего изменяется амплитуда колебания атомов. 'С повышением температуры она увеличивается, появляется вероятность перемещения атомов, в результате которого может измениться строение металла и снизиться его прочность. Подсчитано, что при комнатной температуре в решетке нелегированного феррита такие перемещения атомов единичны (2—3 в секунду). При 200° С количество их становится заметным (3 • 105), при 400° С — значительным (3 • 108), а при 600° С — массовым (I • Ю10 в секунду) [76]. Поэтому уже при 400° С в стали с нелегированным ферритом (углеродистая феррито-перлитная сталь) происходит коагуляция цементита, снижающая прочность стали.

Теоретические исследования и практика показывают, что нелегированный цементит остается достаточно стабильным лишь при нагреве до 300—350° С, в связи с чем эту температуру можно считать предельной для успешной работы сталей с таким цементитом, особенно сталей обычного производства. При более высоких температурах необходимо применять стали, легированные элементами, замедляющими диффузию углерода. Для температуры 400—450° С и выше сталь следует легировать хромом и молибденом. Атомы этих легирующих элементов наряду с упрочнением твердого раствора замещают часть атомов железа в цементите, увеличивая прочность межатомной связи, что затрудняет диффузию и, следовательно, коагуляцию карбидов. В сталях, предназначенных для работы при температурах 500—600° С, требуется еще большая стабилиза-. ция структуры. Поэтому такие стали дополнительно легируются ванадием. При температурах выше 600° С стали с объемноцентриро-ванной решеткой а-железа не могут обеспечить длительное сопротивление нагрузкам. В этом случае необходимо переходить к сталям с более плотной, гранецентрированной решеткой у-железа.

Отсюда следует, что допустимые температуры эксплуатации сварных соединений разнородных сталей различны. В связи с этим сварные соединения разнородных сталей целесообразно разделить на четыре группы: соединения, эксплуатируемые при температурах до 350° С (в качестве менее легированной применяется низкоуглеродистая сталь обычного производства СтЗ); при 350—450° С (менее легированными являются качественные углеродистые —сталь 10, 20, 22К, 45 и др. или обычные низколегированные стали — 16ГС, 09Г2С, 10Г2СД и др.); при 450—550° С (содержат низко-или среднелегированные хромомолибденовые стали); при температурах выше 550° С (используются хромомолибденованадиевые стали).

Если учесть, что температура эксплуатации сварного соединения определяет содержание никеля в аустенитном металле, необходимое для предотвращения структурной неоднородности в зоне сплавления с неаустенитным, то предлагаемое разделение сварных соединений разнородных сталей имеет важное значение, так как позволяет дифференцировать содержание никеля в шве и тем самым