Процессы металлургии при сварке электродами.

Часть 3

Растворимость кислорода в жидком железе при температуре его плавления составляет 0,175%. Повышение температуры жидкого железа приводит к росту растворимости.

В то же время в твердом железе при комнатной температуре кислород растворяется в малом количестве – порядка 0,001%. За счет этого основная часть кислорода в сварных швах находится в виде оксидных включений железа, марганца, кремния и других элементов.

Также включения, обычно располагаясь по границам зерен, отрицательно сказываются на механических свойствах наплавленного металла. Они снижают его прочность и пластичность, придают хрупкость, особенно при отрицательных температурах.

Растворимость азота в железе зависит от его парциального давления (части давления, приходящейся на долю данного газа в смеси газов), и от температуры и агрегатного состояния железа (твердое, жидкое).

 При температуре ниже 500﮿С азот в железе не растворим. В твердом железе при температуре его плавления и давлении азота в 101 кПа он растворяется в количестве 0,013%, а в жидком при той же температуре его растворимость скачкообразно увеличивается в три раза и составляет 0,039%.

Рост температуры жидкого металла приводит к дальнейшему существенному увеличению растворимости азота.

В ходе кристаллизации металла шва с повышенным содержанием азота его растворимость в твердом металле скачкообразно снижается.

Азот начинает выделяться на границе растущих твердых кристаллов с жидким металлом. Это может привести к образованию в швах газовых пузырьков (пор), являющихся браковочным признаком.

Наличие азота в твердом металле приводит к образованию твердого и хрупкого химического соединения азота с железом (нитрида железа).

Этот процесс, называемый старением металла, протекает медленно. В результате старения прочность металла шва существенно возрастает, а его пластические свойства резко снижаются; шов становится хрупким.

Водород, как кислород и азот, при высоких температурах растворяется в большинстве металлов. Его растворимость зависит от парциального давления, температуры и агрегатного состояния металла. При температуре до 100 – 200оС водород в железе практически не растворим.

В твердом железе при температуре его плавления и парциальном давлении 101кПа водород растворяется в количестве 13,6 мл на 100 г железа.

 При таких же условиях в жидком железе растворимость водорода скачкообразно возрастает более чем в два раза и составляет 27,5 – 28 мл/100г. дальнейшее повышение температуры до 2400 – 2500 оС сопровождается увеличением растворимости водорода до 42,5 мл/100 г.

В ходе работы электродами сварочными в кристаллизующемся металле шва растворимость водорода резко снижается. Твердый металл пересыщается водородом. В связи с большой подвижностью водорода, находящегося в растворе в виде атомов или ионов, он интенсивно выделяется на границе твердого и жидкого металлов.

При определенных условиях это может привести к пористости сварных швов.

( часть1 - часть2 - часть3 - часть4 - часть5 - часть6 )