Каталог организаций

Дилатометрические кривые

Общепринятым способом определения изменения линейных размеров тела является использование коэффициента a. Такой прием оправдан, когда температуры изменяются в относительно небольших пределах и можно пользоваться средним значением a, или когда a вообще меняется мало даже при широком изменении температур. В случае структурных превращений, сопровождающихся значительным изменением размеров частиц тела, использование только aср, как правило, недостаточно. Необходимо привлекать дилатограммы металлов, снятые при конкретном, соответствующем рассматриваемому случаю изменении температуры во времени.

На рис. 4 представлены типичные дилатограммы для аустенитной стали, не испытывающей структурных превращений в рассматриваемом диапазоне температур и для перлитной стали, имеющей структурные превращения. В металлах, не испытывающих структурных превращений, изменение длины при нагреве и охлаждении происходит монотонно и дилатометрическая кривая, как правило, не изменяется при изменении скорости нагрева и охлаждения (рис. 4, а).

 

Рис. 4 Характерные дилатограммы сталей: a — аустенитной; б — перлитной

В сталях перлитного и мертенситного классов изменение длины происходит немонотонно - расширение металла при нагреве прерывается его временным сокращением.

 

Рис. 5 Дилатограммы стали 15ХНЗМДА при различных скоростях охлаждения: I — 20-К/с; II— 170 К/с (скорость нагрева III в обоих случаях 350 К/с)

При охлаждении, наоборот,— сокращение металла прерывается его удлинением в диапазоне температур структурного превращения. Причем изменение скорости охлаждения влияет на положение точек N и К начала Тн и конца Тк структурного превращения. Температуры начала и конца структурного превращения смещаются в область более низких температур и тем больше, чем выше скорость охлаждения метала (рис. 5).

В низкоуглеродистых сталях при реальных термических циклах дуговой и электрошлаковой сварки структурные превращения завершаются в области относительно высоких температур, обычно выше 870 К. В сталях с более высокой степенью легирования структурные превращения, как правило, заканчиваются при температурах заметно ниже 870 К и оказывают нередко решающее влияние на величину и характер сварочных деформаций и напряжений. Использование дилатограмм может быть различным. Наиболее простой пример, когда находят средний коэффициент линейного расширения (см. рис.4, а),

aср = De/ (DT) (10)

При численных решениях задач может возникнуть необходимость определения мгновенных значений коэффициента a. Текущее значение a определяется как тангенс угла наклона касательной к дилатометрической кривой de/dT. При разбивке всего температурного интервала на ряд участков величиной по DТ значение a для каждого участка находят путем деления приращения деформации De на приращение температуры DТ. При этом в области структурных превращений коэффициент a может иметь и отрицательное значение.

Наконец, возможно выделение области структурного превращения в отдельную зону с определением значения eс, выражающего меру изменения линейного размера при структурном превращении (рис. 6). Предлагаемая ниже процедура обработки дилатограммы является приближенной, но позволяет пользоваться для всего объема тела некоторым средним коэффициентом aср и только для области структурного превращения вводить поправку через eс.

В этом случае сначала устанавливают для всего тела, например для свариваемой пластины, некоторый средний коэффициент αср. Так как большая часть пластины, активно участвующая в деформации (имеющая σт, заметно отличающийся от нуля), находится в области температур Тср ≈ 900÷1000 К, то αср целесообразно принимать для указанного диапазона температур. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей это значение равно (16…17) 10-6 1/К для Т ≈ 870 К. Затем из точки А дилатограммы проводят луч AD. Если Tср>Tн, то находит точку пересечения луча АD с горизонтальной линией, идущей от Tср, а затем определяют εc, как показано на рис. 6, а. Если Tcp

 

Рис.6. Способы определения eс из дилатограмм:

 

а - сталь 15ГН4МГ; б — СтЗ; в — схема

Для анализа структурных превращений в металловедении используют обобщенный вид дилатограммы, представленный на рис. 7, а. В дополнение к рассмотренным выше характерным точкам на дилатограмме Тн и Тк вводится понятие температуры максимальной скорости превращения — Тmax п. Практический интерес для расчетов сварочных деформаций и напряжений представляет зависимость εс от температуры Ттах п для различных материалов. На рис. 7,б изображена такая зависимость для различных сталей с содержанием 0,09—0,39 % С, 0,3—1,4 % Мп, .0—1,3 % Ni, 0—1,4 % Сг, 0—0,42 % Мо. Эта кривая построена по результатам многочисленных экспериментальных исследований дилатограмм при температурных условиях, имитирующих сварочные термические циклы.

Следует отметить общую закономерность, заключающуюся в увеличении объемного эффекта структурных превращений, т. е. деформации εс, при снижении температуры структурных превращений. На рис. 7, б можно выделить две области. При Тmax п670 К объемные превращения связаны с образованием перлитных структур и характеризуются меньшими значениями εс. Повышение температуры Тmax п в этой области приводит к снижению деформаций εс, тогда как при Tmax n <670 К структурные деформации практически не зависят от температуры превращений.

 

Рис. 7 Обработка дилатограмм с использованием температуры максимальной скорости превращения Тmax
 
 
  
 
Также по теме:
 
Температура закалки стали. Закалка урлеродистой стали, выбор температуры и скорости охлаждения. 
 
Температура отпуска стали. Отпуск закаленных сталей.