Full Text

Повышение комплекса свойств сварных соединений за счет нанесения технологического подслоя на разделку свариваемых заготовок рассмотрено в работе [1]. Также показана высокая стойкость технологического электроискрового подслоя при нагреве в газовой атмосфере [2]. При сварке под флюсом влияние технологического подслоя негативно, хотя положительное влияние алюминия и титана установлено [3-5], поэтому необходимо исследовать вопрос о способности электроискрового подслоя сохраняться при нагреве в расплаве флюса, перед тем как попадет в сварной шов. Нанесение электроискрового технологического подслоя производилось в среде воздуха с помощью установки, разработанной на кафедре металлургической технологии НТИ (ф) УрФУ, на режимах, обеспечивающих хорошее формирование технологического подслоя. В качестве основного металла использовались пластины из стали 20 [6] сечением 3 ´ 25 мм, длиной 250 мм. Технологический подслой располагали на всех плоскостях по всей длине рабочей части образца. Металлографическое исследование было произведено под микроскопом Zeiss Observer D1m с программным комплексом Thixomet при увеличении от 200 до 1000 крат. Травление осуществлялось реактивом (6%-ный раствор HNO3) в спирте в течение 20 с при комнатной температуре [7, 8]. Измерение микротвердости производилось на приборе Future Tech FM-300 пирамидой Виккерса при нагрузке 50 г и выдержке под нагрузкой 50 с, по трассе перпендикулярно толщине образца. Результаты обрабатывались в программах Excel и MathCAD [9-13]. Температуру фиксировали с помощью хромель-алюмелевой термопары. Фиксацию термического цикла нагрева производили подключением термопары к усилителю Zet 410 и аналого-цифрового преобразователя Zet 210, компенсацию холодного спая производили при обработке по показаниям компенсирующей термопары. Запись тока и напряжения выполняли на этой же аппаратуре, оснащенной трансформаторами тока и схемами выпрямления и сглаживания сигнала (рис. 1). Рис. 1. Схема измерения тока и напряжения при электротермическом нагреве: R1 - сопротивление 200 Ом; R2, R3 - сопротивление 2 кОм; С1, С3 - конденсатор 2 мкф; С2, С4 - конденсатор 2200 мкф; V1-V8 - диоды 1N5818; Т1-Т4 трансформаторы тока - Т-066 300/5; Т5 - трансформатор тока TALEMA 1100; У1, У2 - ZET 410; АЦП - ZET 210; ПК - персональный компьютер Образец разогревали проходящим током под распространенными флюсами АН 348-А и ФСА ЧТ А-650-20/80 с помощью трансформатора ТСД-1000-3 на режимах, обеспечивающих расплавление флюса и разогрев заготовки выше температуры плавления флюса, и затем охлаждали в воде (рис. 2). Микроструктура поверхностного нанесенного слоя после электроискрового легирования представляет белый слой высокой твердости с большим количеством прямолинейных трещин. Для алюминиевого слоя поверхность неровная, титановый слой более ровный (рис. 3, а; 4, а; 5 а, б). Толщина нанесенного слоя составляет для алюминиевого электрода 40-80 мкм, а для титанового около 30 мкм. За нанесенным слоем располагается зона термического влияния с ферритной структурой, толщина которой одинакова для обоих электродов - примерно 100 мкм (см. рис. 3, а; 4, а). После электротермического нагрева и охлаждения обнаруживается, что нанесенный слой полностью исчезает и на его месте появляется белый слой с низкой твердостью. Для покрытия, нанесенного алюминиевым электродом под обоими флюсами, это плотный слой с относительно гладкими границами и небольшим количеством пор и включений. На некотором удалении от белого слоя наблюдаются тонкий слой частичного обезуглероживания, выражающийся в более толстой ферритной оторочке вокруг участков с закаленной структурой (рис. 3, б, в; 5, в). Для титанового покрытия это слой неравномерной толщины с участками плавления, имеющими дендритную структуру. За участками плавления образуются зоны полного и частичного обезуглероживания: первая узкая - около 200 мкм, вторая простирается на глубину около 1 мм (рис. 4, б, в; 5, г). а б в Рис. 3. Микроструктура поверхностного слоя стали 20 после ЭИЛ алюминиевым электродом: а - ЭИЛ; б - ЭИЛ и электротермический нагрев под флюсом ФСА ЧТ А-650-20/80; в - ЭИЛ и электротермический нагрев под флюсом АН 348-А Анализ диаграмм состояния железо - алюминий и железо - титан [14] показывает, что в электроискровом нанесенном слое вероятно формирование интерметаллидов, поскольку они обнаружены при нанесении других материалов [15], это подтверждается высокой твердостью покрытия и наличием трещин. Также нельзя исключить формирование нитридов и оксидов [16], поскольку нанесение покрытия производилось в воздушной среде. Весьма вероятны небольшие объемы чистого материала электрода. При нагревании взаимодействие со стороны основного металла развивается по пути диффузионного проникновения: со стороны железа для обоих наносимых электродов это a-твердый раствор с g-областью выше 900 °С, со стороны алюминия - эвтектика при 652 °С, со стороны титана также эвтектика при 590 °С. Исходя из этого при нагревании обоих электроискровых слоев должна образоваться жидкая фаза, что мы и наблюдаем; алюминиевое покрытие становится ровным, а в титановом образуются локальные участки плавления с дендритной структурой. Данное положение подтверждается рис. 2, в, где наблюдаются перегибы кривых нагрева в интервале 500-650 °С для образцов с электроискровым слоем. а б в Рис. 4. Микроструктура поверхностного слоя стали 20 после ЭИЛ титановым электродом: а - ЭИЛ; б - ЭИЛ и электротермический нагрев под флюсом ФСА ЧТ А-650-20/80; в - ЭИЛ и электротермический нагрев под флюсом АН 348-А а б в г Рис. 5. Распределение микротвердости HV по глубине измененного слоя l: а, в - алюминиевый электрод; б, г - титановый электрод; а, б - после ЭИЛ; в, г - после ЭИЛ и нагрева под флюсом ФСА ЧТ А-650-20/80 При последующем повышении температуры для алюминиевого электроискрового слоя взаимодействие развивается по диффузионному пути, на данный момент непонятно, в какую сторону больше: в шлак или в основной металл, но за время нагрева измененный слой сохраняется и может легировать сварной шов. В титановом покрытии повышение температуры приводит, вероятнее всего, к связыванию углерода титаном и образованию полностью или частично обезуглероженных слоев, т.е. титан остается в покрытии в виде карбида и интерметаллида в междендритном пространстве участков плавления. Поскольку основные структурные изменения происходят до температуры плавления флюсов, их влияние в целом незначительно, поэтому результаты различаются мало. Таким образом, при высокотемпературном нагреве электроискровых слоев, нанесенных алюминиевым и титановым электродами, происходит плавление поверхностного слоя с последующим диффузионным перераспределением элементов. На месте алюминиевого электроискрового покрытия формируется белый легированный слой с тонкой прослойкой частичного обезуглероживания. На месте титанового электроискрового покрытия образуются участки локального плавления, за которыми следует тонкая зона полного обезуглероживания и зона частичного обезуглероживания протяженностью около 1 мм.

About the authors

G. E Trekin

Nizhny Tagil’s Technology Institute (Department) of Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: trekin1963@yandex.ru

O. I Shevchenko

Nizhny Tagil’s Technology Institute (Department) of Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: shevchenko_oleg@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 59

PDF (Russian) - 20

Refbacks

• There are currently no refbacks.