Сталь 25 л свариваемость
Обновлено: 27.04.2024
В настоящее время в самых разных областях задействуются различные марки сталей. Каждая марка подразумевает свои эксплуатационные характеристики, физические и химические свойства. В этой статье пойдет речь об особенностях качественного сплава марки 25Л.
Состав и расшифровка
Буквенное обозначение «Л», находящееся за цифровой отметкой марки, говорит о том, что сплав относится к литейной категории. Это означает, что он идет на производство различных отливок. Это нелегированный вид металла, который может служить заменой материалам с другими маркировками, а именно 20Л и 30Л.
Цифровое значение, которое присутствует в наименовании рассматриваемого сплава, указывает на то, что среднее содержание углерода в нем составляет 0,25%.
Химический состав марки 25Л является довольно богатым и соответствует установленным ГОСТам. Сталь с указанной маркировкой состоит из нижеперечисленных химических элементов:
Fe (железо) – на долю этого компонента приходится примерно 97% от общего содержания;
C (углерод) – от 0,22 до 0,3%;
Mn (марганец) – от 0,35 до 0,9%;
Si (кремний) – 0,2-0,52%;
Ni (никель) – не более 0,3%;
Cr (хром) – не больше 0,3%;
Cu (медь) – не более 0,3%;
S (сера) – не больше 0,45%;
P (фосфор) – до 0,04%.
Марганец, на долю которого может приходиться почти 1% от общего состава, применяется для уменьшения показателей хрупкости сплава.
Подобные проблемы часто провоцирует большая концентрация иного нежелательного элемента, такого как сера.
Характеристики и свойства
Качественная и широко используемая сталь с маркировкой 25Л имеет ряд индивидуальных свойств и характеристик. Ознакомимся с наиболее важными из них, влияющими на свойства сплава.
Уровень твердости рассматриваемого сплава по Бринеллю достигает таких отметок – HB 10-1=124-207 МПа.
Металл рассматриваемой марки отличает степень плотности, которая представлена следующим значением – 7830 кг/см3 на фоне температурного показателя в 20 градусов Цельсия.
Материал может подвергаться термической обработке в условиях температур 880-900 градусов Цельсия. При этом процедура отпуска стали может быть осуществлена при значениях от 620 до 630 градусов.
Рассматриваемый вид металла относится к категории ограниченно свариваемых экземпляров. К отпускной хрупкости металл с маркировкой 25Л не склонен.
Обрабатывать сталь посредством резания представляется возможным только в термообработанном виде при достижении показателей HBK 160KK υ тв. спл=1,25 и Кυ б. ст=1.
Начало затвердевания сплава происходит на фоне температурного значения, установленного в пределах 1490-1504 градусов Цельсия.
Жидкотекучесть рассматриваемого вида стали – 1,0 Кжт.
Возможная усадка линейного типа может составить от 2,2 до 2,3%.
Что касается подверженности металла к формированию пористости усадочного типа, то здесь актуальным окажется показатель 1.0 Ку. п.
Нелегированная конструкционная сталь 25Л, в которой содержится большой процент марганца, нередко подвергается процедуре цементации или цианирования.
Необходимость в таких операциях возникает, чтобы детали из этого материала получились более износостойкими и практичными.
Аналоги
Стальной сплав, принадлежащий марке 25Л, имеет множество качественных аналогов, с которыми имеет очень много общих характеристик. Подобные типы металлов производятся на территории разных стран, поэтому обозначаются различными маркировками.
Разберем список наиболее практичных и качественных аналогов стали 25Л, которые производятся за рубежом.
Аналогичными параметрами обладают американские сплавы с такими наименованиями: 2A, A10, N1, GrWCB.
Очень хорошим качеством характеризуются аналоги, произведенные в Японии – SC410, SC46.
Существуют аналогичные английские сплавы – 161-430, 161-430A.
В Швеции производится аналог стали 25Л, которому принадлежит марка 1305.
Венгерский аналог – Ao450FK.
Аналогичный вид румынского металла – OT450-3.
Австрийский аналог – GS45.
Существует еще очень много зарубежных аналогов сплава 25Л. Хорошие металлы с похожими характеристиками производятся в Чехии, Польше, Италии и так далее. Что касается материалов, которые могут служить заменителями 25Л, то к ним относятся сплавы упомянутых выше марок 20Л и 30Л.
Применение
Высококачественная сталь с маркировкой 25Л широко используется в самых разных областях. Очень часто именно этот материал берется для производства запчастей и деталей, от которых требуется повышенная вязкость. При этом подобные изделия по ходу эксплуатации не подвергаются слишком высокому напряжению. Из стали 25Л получаются хорошие позиции, от которых не требуется слишком высокая поверхностная прочность и износостойкость при условии небольшой прочности сердцевинной части.
Рассмотрим список изделий, которые чаще всего изготавливают из рассматриваемого качественного сплава:
муфты для соединения конструкций;
крепкие рычажные элементы управления;
шайбы и вилковые изделия;
болты и фланцевые детали;
крепкие стальные тройники;
разнообразные элементы надежного и практичного крепежа;
прочие функциональные детали, которые не относятся к ответственной категории.
Во многих случаях качественный литейный металл задействуется для изготовления многофункциональной и профессиональной аппаратуры, предназначенной специально для заводов нефтепереработки. Разумеется, речь идет о таких изделиях, которые относятся к не огневому типу:
элементы для камер рекреации;
корпусные части тепловых обменников и прочих резервуаров;
фланцы приварного вида.
Что касается современного нефтяного машиностроения, то здесь из рассматриваемого вида стали, как правило, производятся такие важные и функциональные позиции:
поршневые сердечники для грязевых помп;
сухари кованых ключей бурения;
приводные шестеренки для масляного компрессорного насоса;
разнообразные виды качественных болтов;
винтики и гайки;
рычажные компоненты и вилки;
Качественная сталь для отливок также может применяться для производства:
надежной станины прокатных станов;
а вместе с тем и траверсов;
букс, крышек цилиндров;
корпусных подшипниковых элементов и многих других запасных частей.
Речь идет о таких изделиях, эксплуатация которых осуществляется в условиях температур от 40 до 450 градусов Цельсия под действием давления.
Сварка
Как указывалось выше, сталь с маркировкой 25Л является свариваемой, но с определенными ограничениями. При этом допустимыми являются следующие методы варки:
АДС под защитой газового типа;
Рекомендуется предварительный подогрев стали, а также последующая термическая обработка в соответствии со всеми нормами и правилами.
Сталь 25Л: характеристики, расшифровка, химический состав
Расшифровка марки стали 25Л: цифра 25 означает содержание в сплаве 0,25 % углерода, а буква Л - обозначение литейной стали.
Литейный сплав 25Л предназначен для изготовления отливок (заготовок). Поэтому к нему предъявляются специфические требования.
И основными особенностями данной стали являются:
- жидко-текучесть - свойство расплавленного металла полностью заполнять форму;
- отсутствие склонности к образованию усадочных раковин;
- отсутствие склонности к образованию трещин.
Область использования в промышленности, машиностроении литейной стали 25Л очень широка. Из неё изготавливают цельные конструкции - станины прокатных станов, шкивы, плиты настильные, рамы рольгангов и тележек, крышки цилиндров, бабы паровых молотов, траверсы, крышки и пр.
Кроме того, 25Л незаменима при производстве литых деталей самого разнообразного применения – элементы насосов, сварно-литых конструкций, фланцы, поршни, элементы подшипников, арматура турбин, валы и оси, патрубки, маховики, балансиры и зубчатые колёса, мульды и пр.
Данная сталь подходит для литья конструкций, элементов и деталей, эксплуатация которых проходит под давлением и в температурных режимах - -40 °С до +450 °С.
Химический состав 25Л
Массовая доля элементов стали 25Л по ГОСТ 977-88
| C (Углерод) | Si (Кремний) | Mn (Марганец) | P (Фосфор) | S (Сера) | Fe (Железо) |
| 0,22 - 0,3 | 0,2 - 0,518 | 0,45 - 0,9 | 2, min | ||
| К20 | 216 | 412 | 22 | 30 | 392 |
| КТ0 | 294 | 491 | 22 | 33 | 343 |
Свойства по стандарту ГОСТ 4491-2016
| Предел текучести, МПа, min | Временное сопротивление, МПа, min | Относительное удлинение, %, min | Относительное сужение, %, min | Ударная вязкость KCU, кДж/м 2, min при температуре 20˚C | Ударная вязкость KCU, кДж/м 2, min при температуре -60˚C |
| 265 | 470 | 20 | 30 | 49,0 | 24,5 |
Физические свойства 25Л
Свойства по стандарту ГОСТ 977-88
Плотность: 7,83 г/см3
Технологические свойства марки 25Л
Риск того, что грубозернистая структура и внутренние напряжения снизят механические качества стали 25Л, и спровоцируют деформацию отливок, можно предупредить. Для этого используют операцию отжига или нормализацию. Нормализация представляет собой подготовительное мероприятие, иногда и окончательную термообработку – финишную операцию технологического цикла изготовления отливок.
В тех случаях, когда термообработку отливок из 25Л выполняют в специальных ящиках (при окислительной среде в печи), то в виде термообработки используют отжиг или специфическую операцию – объединённый процесс нормализации и отжига.
При необходимости доработать отливки (скорректировать размеры, устранить шероховатость поверхности), их подвергают механической обработке.
Термообработку отливок выполняют при 880-900 ˚C (отпуск – 610-630 ˚C)
Эта сталь также не склонна к образованию флокенов и к отпускной хрупкости.
Свариваемость – на стадии ограниченно свариваемая. Основные способы - РДС, АДС под газовой защитой, ЭШС. При этом необходим подогрев с последующей термообработкой.
Сталь 25Л не чувствительна к перегреву.
Из данной стали отливают детали, к которым предъявляют требования по прочности, пластичности, надежности и долговечности в процессе эксплуатации. Все отливки предназначены для изготовления деталей и конструкций, которые способны работать под давлением или в условиях высоких температур.
Сталь марки 25Л
Расшифровка марки стали 25Л: цифра 25 в названии говорит о том, что в марке содержиться около 0,25% углерода, а буква Л - что сталь является литейной.
Свойства сварных соединений на отливках из стали 25Л: заварка дефектов в отливках из стали 25Л производилась проволокой Св-10ГС. Химический анализ наплавленного металла, а также электродной проволоки и основного металла приведен в табл. ниже.
Результаты испытаний механических свойств сварного соединения (табл. ниже, рисунок справа) показали, что свойства наплавленного металла и сварного соединения в исходном состоянии и после нормализации удовлетворяют требованиям технических условий на отливки из стали 25Л.
Механические свойства металла, наплавленного проволокой Св-10ГС, удовлетворяют также требованиям технических условий (см. табл. ниже).
Необходимо, однако, отметить, что в приведенных выше опытах использовалась проволока со средним содержанием легирующих элементов. Опыты показали, что при сварке этой стали проволокой Св-10ГС с содержанием кремния и марганца по нижнему пределу заметно снижаются механические свойства швов. Поэтому при сварке в углекислом газе сталей 25Л и 30Л рекомендуется использовать проволоку Св-10ГС с содержанием углерода не более 0,11%, кремния 0,7-0,9% и марганца 0,9-1,1%.
Химический состав металла, наплавленного проволокой Св-10ГС на сталь 25Л:
Механические свойства сварного соединения, выполненного на стали 25Л проволокой Св.-10ГС:
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| s в | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| s T | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σ t Т | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Сталь марки 25Л: особенности гидроэрозии
Изучение влияния скорости потока или скорости движения детали в жидкости на механизм гидроэрозии стали 25Л и другого металла представляет большой практический интерес. Однако этому вопросу посвящено сравнительно мало работ.
Рис. 1. Зависимость потерь массы Рис. 2. Зависимость потерь массы
образца из стали 25Л от скорости образца из стали 25Л от скорости
его движения в воде (за 500 ч соударения ообразца со струей воды
испытания) (за 10 ч испытания)
Как показали исследования, при разных скоростях движения образца характер разрушения металла различный. Доля участия механического фактора в процессе разрушения возрастает с увеличением скорости. При этом зависимость потерь массы образца от скорости имеет вид параболы (рис. 1). По мере увеличения скорости движения образца наблюдается переход от электрохимического процесса разрушения металла к механическому. При испытании стали 25Л в интервале скоростей до 20 м/с металл разрушается практически только в результате электрохимического воздействия, усиливающегося с увеличением скорости движения образца. При скоростях, соответствующих «хрупкому» поведению жидкости (для воды 20 м/с и более), в разрушении начинает участвовать механический фактор, который с увеличением скорости начинает преобладать. В определенном интервале скоростей при переходе от электрохимического процесса к механическому воздействие обоих факторов практически одинаковое.
Таким образом, рассматривая процесс разрушения металла, можнс наметить три интервала скоростей соударения образца со струей воды. В интервале I скоростей (приблизительно до 20 м/с для стали 25Л) механизм разрушения металла представляет собой электрохимический процесс, интенсивность которого возрастает с увеличением скорости движения образца. Этот интервал скоростей характеризуется относительно медленным разрушением металла.
Интервал II скоростей является переходным от одного механизма разрушения металла к другому. В этом интервале скоростей оба фактора - электрохимический и механический - действуют примерно с одинаковой разрушающей силой, причем при этих скоростях электрохимический процесс протекает наиболее интенсивно. В это же время наблюдается разрушение от воздействия механического фактора. В первую очередь разрушаются и удаляются с поверхности продукты коррозии и вместе с ними отрываются частички металла, ослабленные коррозией. Разрушение развивается в микро- и макрообъемах с образованием трещин и очагов разрушения. При этих скоростях механический фактор еще не приобретает решающего значения, и потери массы образца сравнительно невелики.
Интервал III соответствует высоким скоростям (более 25 м/с). В этих условиях механический фактор постепенно начинает преобладать над электрохимическим, и металл разрушается с относительно большой скоростью. С увеличением скорости возрастают потери массы образца. Очевидно, практически можно развить такую скорость, при которой произойдет обычное механическое разрушение образца в результате одного удара объема воды (в этом случае разрушение не будет иметь эрозионный характер).
Опыты, проведенные на струеударной установке при разных скоростях соударения образца со струей воды, показали, что при испытании в течение 10 ч потери массы образца (сталь 25Л) начинают обнаруживаться только при скорости соударения 25 м/с и выше (рис. 2). При скоростях ниже 25 м/с за 10 ч испытания не было обнаружено заметных потерь массы образца (вследствие малого времени для развития коррозионного процесса и незначительного влияния механического фактора). При высоких скоростях соударения разрушение развивается быстро и потери массы образца резко возрастают. При этом уменьшается продолжительность инкубационного периода:
Скорость соударения, м/с . 25 50 75 100
Инкубационный период, ч . 9 4 2 0,5
Потери массы за 10 ч, мг . 3,2 311,8 1021,3 2682,4
Исследования показывают, что продолжительность инкубационного периода обратно пропорциональна силе удара в момент встречи струи с образцом. Следовательно, продолжительность периода накапливания деформаций зависит, с одной стороны, от природы и свойств самого металла, а с другой - от условий испытания, т. е. скорости соударения образца со струей воды.
Рис. 3. Зависимость ширины линии (310) α от
скорости соударения образца (сталь 25JI) со
струей воды при продолжительности
испытания: 1 - 15 мин; 2 - 45 мин
В случае, когда наблюдается инкубационный период, процесс разрушения по характеру больше приближается к натурным условиям, в которых происходит гидроэрозия металла. При высоких скоростях разрушения металла, когда инкубационный период не проявляется, испытание мало соответствует условиям эксплуатации. В качестве примера в табл. 8 приведены данные о скорости разрушения гребных винтов от коррозии и эрозии в морской воде.
Приведенные данные показывают, что в условиях эксплуатации потери массы металла на единицу площади и времени довольно малы. Однако общий износ детали за сравнительно короткое время приобретает катастрофические размеры.
Для изучения изменения механизма разрушения металла в зависимости от скорости соударения образца со струей воды проводили рентгенографирование поверхностного слоя образцов углеродистой стали 25Л (0,23% С) до и после испытания при разных скоростях; при этом фокусировали линию (310) а лучами кобальта.
Полученные рентгенограммы фотометрировали на регистрирующем фотометре. Критерием оценки изменений в поверхностном слое образца по мере увеличения скорости его движения служили остаточные напряжения. Результаты рентгенографирования показывают, что ширина линий (310) а начинает заметно увеличиваться только при скоростях, превышающих 20-25 м/с (рис. 3). При меньших скоростях ширина интерференционных линий по сравнению с ее значением для исходного состояния образца практически не изменяется. С увеличением времени испытания при этих же скоростях соударения ширина линии (310) а увеличивается. Изменение ширины линии (310) а, измеренной на половине высоты максимума почернения, указывает на наличие в поверхностном слое остаточных напряжений II рода, а также на измельчение блоков структурной мозаики ферритных зерен. При увеличении скорости выше 25 м/с изменения в микрообъемах поверхностного слоя, вызванные остаточными напряжениями, резко возрастают.
Скорость разрушения гребных винтов в морской воде
Глубина и степень эрозионного наклепа также увеличиваются с ростом скорости соударения и времени испытания образца (рис. 4, а, б). При скоростях соударения меньше 25 м/с наклеп металла в поверхностном слое практически не обнаруживается.
Рис. 4. Зависимость поверхностной твердости (а) и глубины
наклепанного слоя (б) от скорости соударения образца со
струей воды (сталь 25Л) при продолжительности испытания:
1 - 30 мин; 2 - 90 мин
Таким образом, данные рентгенографического исследования указывают на то, что в стали 25Л пластическая деформация в микрообъемах поверхностного слоя происходит только при скоростях, превышающих 25 м/с. Для других сплавов это предельное значение скорости может быть другим в зависимости от природы и свойств испытуемого металла или сплава.
Рентгенографирование образцов углеродистой стали, по составу аналогичной стали 25Л, после испытаний на установке, дало аналогичные результаты (табл. 9).
Анализ продуктов износа, улавливаемых при испытании, также показывает, что механическое разрушение металла начинается при сравнительно больших скоростях. Содержание металлических частиц в продуктах износа заметно возрастает с увеличением скорости соударения. Следует отметить, что после отрыва часть металлических частиц быстро окисляется с образованием продуктов коррозии, поэтому приведенные в табл. 9 данные по количеству частиц металла в продуктах износа являются заниженными.
Металлографическое исследование поверхностного слоя образцов стали 25Л проводили после испытания при разных скоростях соударения. Микродеформационную картину выявляли как на травленых, так и на нетравленых шлифах после испытания при скоростях, превышающих 30 м/с. С увеличением скорости и времени испытания деформационная картина заметно усиливается.
В поверхностном слое образцов, подвергавшихся испытанию при низких скоростях (до 25 м/с), не было обнаружено никаких нарушений прочности за счет механического воздействия. Разрушение поверхностного слоя при этих скоростях происходило только за счет действия электрохимической коррозии.
Испытания сплавов с различной структурой и свойствами при разных скоростях движения образца в воде показывают, что износостойкость определяется двумя показателями: коррозионной стойкостью и сопротивляемостью механическому воздействию жидкости (эрозии).
Результаты рентгенографирования образцов стали 25Л
Коррозионно-эрозионная стойкость сплавов в литом состоянии
Рис. 5. Зависимость интенсивности коррозионного и эрозионного разрушения различных сплавов (потери массы) от скорости движения образца при испытании в пресной воде (за 500 ч):
1 - чугун СЧ 28 - 48; 2 - сталь25Л; 3 - латунь ЛМцЖ55-3-1; 4 - сталь 1Х14НД
Рис. 6. Схематический график, характеризующий зависимость эрозионной стойкости от скорости потока для сплавов:
1 - с высоким сопротивлением коррозии и эрозии; 2 - с низким сопротивлением коррозии и высоким - эрозии; 3 - с высоким сопротивлением коррозии и низким - эрозии; 4 - с низким сопротивление коррозии и эрозии
При указанных в табл. 10 условиях износостойкость может быть высокой только в случае, если сплав обладает достаточным сопротивлением коррозии и эрозии (рис. 6).
Анализ экспериментальных данных показывает, что доля участия электрохимического процесса в разрушении металла по сравнению с механическим фактором уменьшается с увеличением скорости движения образца в жидкости. Ведущая роль механического фактора резко возрастает после появления в жидкости большого числа разрывов. В этих условиях усиливается разрушающее действие кавитации, а влияние агрессивной среды сводится только к снижению прочности металла. Известно, что такое снижение прочности зависит от многих факторов, и в первую очередь от характера нагрузки, агрессивности среды, природы сплава и длительности работы под напряжением.
О подчиненной роли электрохимического процесса и преобладании механического фактора в разрушении металла при больших скоростях потока свидетельствуют экспериментальные данные, приведенные в табл. 11.
Потери массы различных сплавов от коррозии в морской воде в десятки тысяч раз меньше, чем при испытаниях этих же сплавов на струеударной установке в пресной воде при скорости соударения 80 м/с. При высоких скоростях действие механического фактора становится настолько сильным, что разрушению подвергаются даже самые прочные материалы.
На практике возможны различные условия протекания процесса гидроэрозии металла. В зависимости от скорости потока или скорости движения детали электрохимический процесс может преобладать (по отношению к механическому фактору) или иметь второстепенное значение. Поэтому при выборе конструкционного материала необходимо исходить из условий, определяющих участие этих факторов в разрушении металла.
Потери массы при коррозии и гидроэрозии различных материалов
На основании данных, учитывающих степень влияния механического и электрохимического факторов, можно составить схему (см. рис. 6), характеризующую износостойкость материалов в зависимости от скорости потока или движения детали. По стойкости материалы разделяют на четыре группы. Наиболее износостойкими оказываются сплавы, которые обладают одновременно высоким сопротивлением коррозии и эрозии. К таким сплавам относятся, в частности, коррозионно-стойкие стали типа 1X14НД, 0Х17НЗГ4Д2Т, 25Х14Г12, 1Х16АГ14, 30Х14Г6Т, 0Х16Н4Д4Т и др. К наименее износостойким относятся сплавы с низким сопротивлением коррозии и эрозии, в частности серый чугун, низкоуглеродистая сталь и некоторые цветные сплавы.
Автор: Администрация
Сварка отливок из литейной стали
Как известно, в стальных отливках в целом ряде случаев появляются различные дефекты: раковины, трещины, недоливы и т. д. Большинство этих дефектов может быть исправлено сваркой. До последнего времени наибольшее распространение при исправлении дефектов в стальном литье имела ручная электродуговая сварка, которая характеризуется относительно низкой производительностью и экономичностью.
Попытки некоторых научно-исследовательских организаций и заводов автоматизировать заварку дефектов, с целью повышения производительности труда, снижения стоимости сварочных работ и улучшения условий труда, не дали желаемых результатов. Например, использование полуавтоматической сварки под флюсом, как правило, не обеспечивает требуемого качества при заварке глубоких дефектов и дефектов сложной конфигурации, вследствие залегания шлака в зоне сплавления с основным металлом и между слоями наплавленного металла.
Проведенное в ЦНИИТМАШе опробование некоторых способов сварки (ванного способа сварки под флюсом, сварки под магнитным флюсом, сварки в углекислом газе и др.) показало, что наиболее приемлемым для автоматизации заварки дефектов в стальном литье является метод сварки в углекислом газе, сочетающий высокую производительность с маневренностью ручной сварки.
Согласно техническим условиям стальное литье по химическому составу и механическим свойствам должно удовлетворять требованиям, приведенным в табл. ниже.
Из всего комплекса марок стального углеродистого литья по ГОСТ (15Л-55Л) детальное изучение свойств сварных соединений, выполненных в углекислом газе, было проведено на отливках из наиболее распространенных марок сталей (25Л, 30Л, 35Л и 45Л).
Механические свойства сварных соединений определялись на образцах, вырезанных из отливок с заваренными дефектами объемом 750-1200 см 3 (рисунок выше справа) как в исходном состоянии после сварки, так и после термообработки. Схема вырезки образцов для испытания механических свойств приведена на рис. слева, а схема отбора проб металла шва на химический анализ - на рисунке ниже справа.
Сварка образцов производилась на полуавтомате током 400-420 а обратной полярности при напряжении на дуге 30-32 в и расходе газа 1000-1200 л/час.
Свойства сварных соединений на отливках из стали 35Л
Применение проволоки Св-10ГС при сварке стали 35Л не обеспечивает после термической обработки необходимых по ТУ прочностных свойств наплавленного металла. В связи с этим заварка дефектов в отливках из этой стали производилась проволокой Св-08ГС, отличающейся от проволоки Св-10ГС более высоким содержанием марганца. Химический состав металла, наплавленного проволокой Св-08ГС, приведен в табл. ниже.
Химический состав металла, наплавленного проволокой Св-08ГС на сталь 35Л:
Результаты испытаний механических свойств сварного соединения (табл. 56) показывают, что наплавленный металл и сварное соединение удовлетворяют требованиям технических условий на отливки из стали 35Л.
Измерения показали неравномерное распределение твердости по сечению наплавки, не прошедшей термообработки (рисунок ниже).
Максимального значения твердость достигает в нижнем слое наплавки, что объясняется высокой скоростью охлаждения металла этого слоя (сварка производилась без предварительного подогрева), а также более высоким содержанием углерода по сравнению с другими слоями.
Верхний слой имеет столбчатую структуру (рисунок ниже) и также обладает повышенной твердостью.
После нормализации с отпуском твердость основного и наплавленного металла практически выравнивается (рис. выше).
На рисунке ниже (а и б) и под ним (а и б) представлены, соответственно, микроструктуры наплавки в исходном состоянии и после нормализации с отпуском (верхний слой и зона сплавления).
Испытания образцов, вырезанных из зоны сплавления и не прошедших термообработки, показали в ряде случаев низкие пластические свойства. После термообработки эти свойства повышались и достигали значений, необходимых по техническим условиям. Поэтому при исправлении дефектов в отливках из стали 35Л сварные соединения необходимо, как правило, подвергать последующей термообработке.
Проволока Св-08ГС может быть также использована при заварке дефектов в отливках из сталей 25Л и 30Л.
Механические свойства сварного соединения, выполненного на стали 35Л проволокой Св-08ГС:
Режимы и техника заварки дефектов стального литья
Подготовка дефектов под сварку. Подготовка дефектов под сварку в углекислом газе принципиально не отличается от подготовки их для ручной сварки. Разделка дефектов может производиться с помощью пневматического зубила, строганием, фрезерованием, сверлением, а также посредством газовой кислородной резки с последующим удалением с поверхности реза слоя окислов, окалины и наплывов. Остатки наплывов шлака и окалины после резки могут вызвать образование трещин и пор в наплавке (фиг. 75).
Поверхность разделанного дефекта должна быть чистой и иметь плавные очертания. Стенки подготовленных дефектов должны быть пологими (угол наклона не более 70°) с плавным переходом к основанию, чтобы обеспечить провар по всей поверхности дефекта. При заварке дефектов с вертикальными стенками могут быть непровары, а в местах, где отсутствуют плавный переход от стенки дефекта к основанию, трещины. При заварке сквозных дефектов необходимо применять подкладки из малоуглеродистой стали толщиной 5-7 мм, которые после заварки дефектов удаляются.
Режимы и техника заварки наиболее характерных дефектов
Наплавка на горизонтальные плоскости (исправление недоливов и больших раковин) в отливках из сталей, содержащих до 0,30% углерода, не вызывает серьезных затруднений, связанных с возможностью получения швов без горячих трещин. В этом случае наплавку можно производить на токе 400-420 а узкими валиками с быстрым перемещением горелки (40-50 м/час), причем каждый последующий шов должен во избежание несплавления между валиками перекрывать предыдущий не менее чем на 1/3 ширины (рис. ниже слева). В отливках из сталей с концентрацией углерода 0,30-0,40% вследствие быстрой кристаллизации наплавленного металла при скорости сварки 40-50 м/час в нижних слоях могут появиться трещины.
При медленном перемещении горелки (10-15 м/час), когда под основанием сварочной дуги находится значительный слой жидкого металла, уменьшается глубина проплавления, улучшается форма шва и предупреждается появление трещин.
Заварка дефектов в отливках из стали 45Л сильно осложняется возникновением, как правило, горячих трещин в первом или втором слое. Снижение скорости сварки до 10-15 м/час уже не обеспечивает получения швов без трещин. Даже при сварке на токе 250-280 а в нижних слоях часто появляются горячие трещины. В связи с этим сварку нижних слоев на стали 45Л в углекислом газе нельзя производить без предварительного подогрева. При этом необходимо сварочный ток снизить до 200-250 а, а линейную скорость сварки до 12 м/час. Целесообразно сварку нижних слоев (1-3 слоев) производить вручную качественными электродами, а последующие слои наплавлять уже в углекислом газе на токе 400-420 а с быстрым перемещением горелки.
При сварке на наклонных плоскостях (угол наклона до 30°) во избежание стекания металла из сварочной ванны необходимо быстро перемещать дугу, наплавляя без перерыва валики длиной не менее 100-120 мм. Общее направление сварки - снизу вверх (рис. выше справа).
При сварке на плоскостях с большими углами наклона (30-60°) сварочный ток необходимо снизить до 250-280°. Сварка на плоскостях с наклоном более 60° и на вертикальных плоскостях возможна на токе менее 160-180 а (проволока диаметром 1,6 мм).
Заварку небольших раковин чашеобразной формы (объемом 50-500 см 3 ) целесообразно производить следующим образом (рис. справа): дуга зажигается на дне раковины и перемещается медленно по спирали на 3-5 оборотов; после этого, не прерывая процесса сварки, производится обратное перемещение дуги по спирали к середине раковины. В дальнейшем сварка производится по той же схеме с постепенным увеличением количества накладываемых по спирали швов до полного заполнения раковины наплавленным металлом. В этом случае, так же как и при наплавке на поверхность, во избежание залегания шлака между слоями необходимо их перекрывать на 1/3 ширины шва. Указанный способ заварки раковин позволяет, не прерывая процесса, полностью заварить дефект и обеспечивает получение наплавки без пор, трещин и шлаковых включений. При заварке чашеобразных раковин большего объема (свыше 500 см 3 ) необходимо периодически после наложения 3-4 слоев по высоте прерывать процесс для охлаждения наплавленного металла, а также для удаления с поверхности наплавки шлака.
Заварку дефектов большой протяженности и глубины так же, как и при ручной сварке необходимо осуществлять методом «горки» (рис. ниже). При этом методе дефект по всей длине размечается на участки протяженностью по 150-200 мм. Сварка производится в следующем порядке: сначала наплавляется первый слой на первом участке; затем первый слой на втором участке и второй слой на первом участке. После этого наплавляется первый слой на третьем участке, второй слой на втором участке и третий слой на первом участке и т. д.
При заварке глубоких трещин в отливках из стали 35Л нижние слои необходимо наплавлять на малых токах (до 300 а) с небольшой скоростью сварки (до 12 м/час) и манипулированием электрода поперек шва. В дальнейшем скорость сварки можно повысить до 30-40 м/час, а ток до 400-420 а. В отливках из стали 45 заварку таких трещин необходимо производить с предварительным местным или общим подогревом до температуры 250-280° С, причем 2-3 нижних слоя наплавлять вручную качественными электродами. Дальнейшую заварку трещины можно производить на токе 400-420 а со скоростью до 15-20 м/час. После наплавки в углекислом газе 2-3 слоев скорость сварки можно повысить до 40- 50 м/час.
Если глубина дефекта, расположенного на краю детали, превышает 20 мм, то необходимо произвести наплавку до уровня первой планки, после чего поставить вторую планку и продолжать сварку.
После заварки дефекта эти планки вырубаются или сострагиваются при последующей механической обработке. Макрошлиф дефекта, расположенного на краю детали и заваренного в углекислом газе в помощью планок, приведен на рис. слева.
Заварка сквозных дефектов также должна производиться с помощью планок из малоуглеродистой стали.
При этом следует руководствоваться технологическими приемами, которые рекомендуются для исправления недоливов, больших раковин и глубоких трещин при ручной сварке качественными электродами.
Читайте также: