Технические науки/3.Отраслевое машиностроение.

R.т.н. Шляхова Г.В. *, д.ф.–м.н. Данилов В.И. *, к.т.н. Зернин Е.А.

*Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия

Юргинский технологический институт (филиал), г. Юрга, Россия

Строение, морфология и дисперсность наплавленного металла при дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитных газов

Измельчение структурных составляющих наплавленного металла может быть достигнуто введением в сварочные материалы или непосредственно в сварочную ванну нанодисперсных металлических и неметаллических порошков, свойства которых существенно отличаются от свойств макро- и микропорошков того же химического состава. Размер зерен при этом уменьшается, что приводит к изменению механических свойств сварного соединения [1]. В данной работе предлагается управлять строением, морфологией и дисперсностью наплавленного металла за счет нового способа введения нанопорошка в зону сварки.

Результаты исследований и их обсуждение. Структура основного металла во всех случаях соответствует структуре горячекатаной нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Представлена полиэдрическими сдвойникованными зернами, средний размер которых составляет 30±10 мкм. Анализ исследования показал, что наплавленный металл можно разделить на три слоя, структура которых существенно различна. На рис. 1 представлена схема исследования микроструктуры швов.

Точками указаны, места в которых исследовали микроструктуру наплавленного металла. В точке Д фиксировалась структура основного металла. Точка Г соответствует структуре участка перехода от наплавленного металла к основному и зоны термического влияния.

Зона термического влияния во всех образцах четко не выявляется, но имеет одинаковую величину. На границе сплавления происходит плавный переход от дендритной структуры наплавленного металла к полиэдрической зеренной структуре зоны термического влияния в основном металле.

Рис. 3. Схема исследования микроструктуры сварного шва после травления

А – верхний слой наплавленного металла, Б – средний слой наплавленного металла, В. – нижний слой наплавленного металла, Г – участок перехода от наплавленного металла к основному, Д – основной металл

Точки А, Б и В соответствуют характерным структурам, отмеченных выше слоев наплавленного металла. Первый, непосредственно примыкающий к свободной поверхности слой, можно характеризовать как слой с полиэдрической зеренной структурой. В этом слое наряду с хаотически расположенными (неориентированными) дендритами наблюдаются полиэдрические зерна аустенита. Толщина его составляет 15% от общей толщины наплавленного металла.

Все наплавленные образцы являются совершенными по структуре. Наплавленный металл имеет слоистое строение, которое обусловлено изменением условий теплоотвода по мере продвижения в глубь сварочной ванны (рис. 2). Вблизи свободной поверхности теплоотвод слабый, поэтому кристаллизация происходит по механизму формирования полиэдрических зерен, дендриты практически не успевают сформироваться. Наиболее четко этот процесс наблюдается в образце при наплавке в среде аргона проволокой сплошного сечения с добавлением W. В остальной части наплавленного металла происходит типичная дендритная кристаллизация. Примерно половина объема наплавленного металла занята ориентированными дендритами. Однако, в образцах при наплавке в среде аргона проволокой сплошного сечения с добавлением W и Al₂O₃ этот слой занимает меньше половины, а в образце при наплавке в среде аргона проволокой сплошного сечения – больше. Имеется и слой неориентированных дендритов. Такой слой наиболее широк в образце при наплавке в среде аргона проволокой сплошного сечения с добавлением Al₂O₃. Чем больше проявляется дендритное строение наплавленного металла и чем более грубое строение дендритов, тем хуже эксплуатационные характеристики сварного шва. С этих позиций сварной шов образца при наплавке в среде аргона проволокой сплошного сечения уступает образцам при наплавке в среде аргона проволокой сплошного сечения с добавлением W и Al₂O₃. Наиболее равновесная структура по размеру дендрита достигается с применением наноструктурированного порошка Al₂O₃.

а	б	в
г	д	Рис. 2. Структура сварного шва с применением наноструктурированного порошка Al2O3; а) – участок А, б) – участок Б, в) – участок В, г) – участок Г, д) − участок Д (основной металл)

Выводы. Проведенные исследования показали, что применение наноструктурированных порошков позволяет управлять строением, морфологией и дисперсностью наплавленного металла.

Литература:

1. С.Г. Паршин. MIG-сварка стали с применением наноструктурированных электродных материалов. // Сварочное производство, 2011, №10, с.27-31.