Действием термического

Деформация изделий при термообработке возникает вследствие изменения удельного объема стали при фазовых превращениях в процессе закалки и в результате изменения размеров и форм изделий под действием термических и структурных напряжений.

Наиболее опасным дефектом отливок являются трещины. Горячие трещины возникают в результате разрушения закристаллизовавшегося скелета сплава под действием термических и усадочных напряжений, особенно при быстром твердении сплава, когда термическому сжатию металла препятствует литейная форма. Поверхность таких трещин сильно окислена, в изломе имеет темный вид. При деформации слитка они не завариваются, а, наоборот, развиваются. Холодные трещины возникают также под действием термических и усадочных напряжений, но они образуются даже тогда, когда металл находится вне формы, в результате разной скорости охлаждения различных участков, например /тонких и толстых сечений отливки. Эти трещины имеют светлую, неокислившуюся поверхность и могут завариваться при деформации слитка.

Наиболее опасным дефектом отяивок являются трещины. Горячие трещины возникают в результате разрушения закристаллизовавшегося скелета сплава под действием термических и усадочных напряжений, особенно при быстром твердении сплава, когда термическому сжатию металла препятствует литейная форма. Поверхность таких трещин сильно окислена, в изломе имеет темный вид. При деформации слитка они не завариваются, а, наоборот, развиваются. Холодные трещины возникают также под действием термических и усадочных напряжений, но они образуются даже тогда, когда металл находится вне формы, в результате разной скорости охлаждения различных участков, например,тонких и толстых сечений отливки. Эти трещины имеют светлую, неокислившуюся поверхность и могут завариваться при деформации слитка.

Такая обмуровка достаточно проста, является облегченной. Однако она имеет существенный недостаток — невысокую плотность из-за трещин, появляющихся в эксплуатации от пульсаций давления в газоходах, а также под действием термических напряжений. В последнее время с целью уплотнения стен с натрубной обмуровкой трубы 6 со стороны обмуровки покрывают плоским или гофрированным металлическим листом.

Такая обмуровка достаточно проста, является облегченной. Однако она имеет существенный недостаток — невысокую плотность из-за трещин, появляющихся в эксплуатации от пульсаций давления в газоходах, а также под действием термических напряжений. В последнее время с целью уплотнения стен с натрубной обмуровкой трубы 6 со стороны обмуровки покрывают плоским или гофрированным металлическим листом.

Хотя теория деформируемого слоя Оказалась непригодной для композитов, армированных стекловолокном, из-за чувствительности каучукоподобных 'полимеров на поверхности стекла к действию воды, тем не менее она оказывается полезной при рассмотрении связи между Жесткими полимерами и гидрофобным волокном, подобным графиту. Свойства композита, состоящего из графита и твердого полимера, ухудшаются в основном под действием термических напряжений, так как графит имеет очень низкий коэффициент* линейного теплового расширения. В данном случае невозможно гидролитическое равновесие на поверхности раздела, которое способствовало бы снятию напряжений по химическому механизму. В то же время благодаря наличию деформируемого слоя возможна механическая релаксация напряжений, так "как связь органических .полимеров с графитом не чувствительна к Воздействию воды.

Предположение о природе разрушения, выдвинутое в настоящей работе, состоит в том, что микротрещины в зоне сварного шва при сварке сплава Ti—5А1—2,5Sn (пч) с титаном Т1-55А являются отправными пунктами для начала образования гидрида титана. Микротрещины в поверхностном слое окисла титана вызваны, вероятно, термическими напряжениями при сварке и циклической сменой давления при изготовлении баков. В этом случае водород вступает в реакцию с высокоактивной поверхностью титана под микротрещиной и образует поверхностный гидрид титана. Поскольку гидрид титана очень хрупок, он будет растрескиваться под действием термических напряжений и циклического давления, образуя новые поверхности для воздействия водорода. В итоге образование гидрида вызывает растрескивание металла и его разрушение.

Ряс. 241. Изгиб пластинки под действием термических напряженна

ходит большое количество углерода, отчего снижается его пластичность и создаются условия для образования трещин в шве, б) концентрированный нагрев основного металла и последующее быстрое охлаждение влекут за собой образование закалённой зоны в слоях, непосредственно примыкающих к шву, и в) под действием термических напряжений в закалённой зоне основного металла легко образуются трещины.

Тепловая усталость — разрушение металла под действием термических напряжений, обусловленных повторными нагревами и охлаждениями.

Лопатки сопловых аппаратов рассчитываются на действие изгибающих нагрузок от газовых сил как двухопорные балки (лопатки первой ступени) и как консольные или шарнирно-соеди-ненные балки (второй и следующих ступеней) при косом изгибе. Для сопловых лопаток расчет на циклическое нагружение, вызванное действием термических усилий, имеет особое значение ввиду возможных забросов температур газа. Неравномерность температуры газа в окружном направлении, как показано в работе [2], может достигать 25—30%, это приводит к превышению рабочих значений температур на лопатках соплового аппарата на 50—150° С. Поэтому наиболее частым дефектом этих деталей является их растрескивание от действия циклических термических напряжений (см. § 1).

При удалении источника нагрева металл сварочной ванны кристаллизуется, образуя сварной шов, который и соединяет свариваемые элементы в одно целое. Металл сварного шва обычно значительно отличается от основного свариваемого металла по химическому составу и структуре, так как металл шва всегда имеет структуру литого металла. Рядом со швом в основном металле под действием термического цикла сварки образуется различной протяженности зона термического влияния, металл которой нагревался в интервале температура плавления — температура критических точек, в результате чего в металле происходят структурные изменения.

Таким образом, при сварке низколегированных сталей (особенно термоупрочненных) получение равнопрочного сварного соединения вызывает некоторые трудности и поэтому требует применения определенных технических приемов (сварка короткими участками петермоупрочнениых сталей и длинными термоунроч-ненных и др.). Протяженность участков зоны термического влияния, где произошло заметное изменение свойств основного металла под действием термического цикла сварки (разупрочнение или закалка), зависит от способа и режима сварки, состава и толщины металла, конструкции сварного соединения др.

В зоне термического влияния некоторых жаропрочных аусто-шгпшх сталей под действием термического цикла сварки снижаются пластические и прочностные свойства, что может повести к образованию в этой зоне трещин. Подобные изменения свойств основного металла вызываются развитием диффузионных процессов, приводящих к повышенной концентрации в металле около-шовной зоны элементов (углерода, кислорода и др.), которые совместно с вредными примесями могут образовывать легкоплавкие эвтектики. При длительной эксплуатации в :пч и зоне могут выделяться мелкодисперсные карбиды п имтерметаллиды, коагуляция которых приводит также к о.чрупчпваниго металла. При сварке этих сталей для предупреждения образования горячих трещин в шве часто получают металл шва, по составу отличающийся от основного и имеющий двухфазную структуру.

Межкристаллитная коррозия в металле наш (рис. 142, б) возникает в результате выделения под действием термического цикла сварки из аустенита карбидов хрома, приводящее к местному обеднению границ зерен хромом. Основная причина этого — повышенное содержание в металле шва углерода и отсутствие или недостаточное содержание титана или ниобия. Неблагоприятный термический цикл сварки — длительное пребывание металла шва в интервале критических температур (t > tKV, рис. 141) приводит if появлению склонности к межкристаллитной коррозии шва. Шов может потерять стойкость против межкристаллитпой коррозии в результате воздействия критических температур при эксплуатации изделия. Аустенитно-ферритные швы с дезориентированной структурой имеют и повышенную стойкость против меж-кристаллитной коррозии по сравнению с аустепитпыми.

Можкристаллитная коррозия основного металла на некотором удалении от шва (рис. 142, а) вызывается также действием термического цикла сварки в той части основного металла, где находилась изотерма критических температур.

При сварке термоупрочненных сплавов вследствие выпадения интерметаллндов под действием термического цикла сварки металл в зоне термического влияния разупрочняется (прочность сварного соединения в этой зоне составляет 60—70% прочности основного металла). Поэтому применение сплавов этой группы для сварных конструкций нецелесообразно. Если после завершения сварки возможно осуществить двойную термообработку (закалку и искусственное старение) для восстановления исходных свойств металла в разупрочпенном металле зоны термического влияния, применение их для сварных конструкций целесообразно. Эффект естественного старения недостаточен для полного восстановления исходных свойств металла в этой зоне.

возникает интенсивная пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и пластичности металла. Водород, растворенный в жидком металле (рис. 158, б), должен в количестве 90—95% своего объема выделиться из металла в момент его затвердевания. Этому препятствует пленка тугоплавких окислов и низкий коэффициент диффузии водорода в алюминии. Поры образуются преимущественно в металле шва; часто наблюдают поры у линии сплавления в связи с диффузией водорода из основного металла под действием термического цикла сварки. Предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 150— 250° С при сварке толстого металла замедляет кристаллизацию металла сварочной ванны, способствуя более полному удалению газов и уменьшению пористости. Наибольшей склонностью к порам обладают сплавы типа АМг.

Чувствительность металла к тепловому воздействию сварки является одним из главных показателей свариваемости. В сварном соединении под действием термического цикла сварки происходят рост зерна, структурные и фазовые превращения в шве и зоне термического влияния, изменение прочностных и пластических свойств. Как правило, чем выше прочность свариваемого материала и больше степень его легирования, тем чувствительнее материал к термическому циклу сварки и сложнее технология его сварки.

вне (как показал металлографический анализ) образования микроструктуры типа феррито-бейнитной смеси. Последняя явилась результатом перегрева металла под действием термического цикла сварки в присутствии ванадия, смещающего С-образную кривую распада аустенита в сторону повышения склонности стали к закалке. Указанная прослойка имеет очень низкую пластичность, пониженный локальный электродный потенциал и, следовательно, низкий ресурс коррозионно-усталостной выносливости и поэтому может считаться физическим концентратором напряжения. По

свойств основного металла под действием термического цикла сварки (разупрочнение или закалка), зависит от способа и режима сварки, состава и толщины металла, конструкции сварного соединения др.

В зоне термического влияния некоторых жаропрочных аусте-нитных сталей под действием термического цикла сварки снижаются пластические и прочностные свойства, что может повести к образованию в этой зоне трещин. Подобные изменения свойств основного металла вызываются развитием диффузионных процессов, приводящих к повышенной концентрации в металле околошовной зоны элементов (углерода, кислорода и др.), которые совместно с вредными примесями могут образовывать легкоплавкие эвтектики. При длительной эксплуатации в этой зоне могут выделяться мелкодисперсные карбиды и интерметаллиды, коагуляция которых приводит также к охрупчиванию металла. При сварке этих сталей для предупреждения образования горячих трещин в шве часто получают металл шва, по составу отличающийся от основного и имеющий двухфазную структуру.