Розрахункова оцінка зварності сталі 16ГНМА
Аналіз впливу легувальних елементів та домішок на технологічну зварність сталі 16ГНМА. Методика та розрахунок фазового складу металу зварного шва. Кількість структурних складових металу навколошовної ділянки. Схильність до утворення тріщин при зварюванні.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 06.04.2012 |
| Размер файла | 847,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний Технічний Університет України
"Київський Політехнічний Інститут"
Курсова робота
З дисципліни "Здатність до зварювання конструкційних матеріалів"
Тема:
"Розрахункова оцінка зварності сталі 16ГНМА"
Виконав: студент 3 курсу
групи ЗВ-185 Хондока О.В.
Перевірив: Сливінський О.А.
Київ - 2011
Зміст
- Розділ 1. Матеріал: Сталь 16ГНМА
- Розділ 2. Аналіз впливу окремих легувальних елементів та домішок на технологічну зварність
- Розділ 3. Вибір методики та розрахунок фазового складу металу зварного шва
- Розділ 4. Розрахунок кількості структурних складових металу навколошовної ділянки
- Розділ 5. Аналіз потенційної схильності заданого матеріалу до утворення тріщин при зварюванні
- Розділ 6. Розрахункова оцінка опірності металу зварного з'єднання до утворення тріщин при зварюванні
- Розділ 7. Розробка рекомендацій, щодо теплового режиму зварювання та розрахунок температури попереднього підігрівання
- Висновок
- Список використаної література
Розділ 1. Матеріал: Сталь 16ГНМА
1. За складом: дана сталь за вмістом легуючих елементів відноситься: до низьколегованої (3% легуючих елементів), за вмістом вуглецю: до низьковуглецевої (<0.18% вуглецю). Класифікація: сталь конструкційна вуглецева жароміцна високоякісна. [1]
Таблиця 1.1 [1]. Хімічний склад в % сталі 16ГНМА
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Mo |
Cu |
|
|
0.12 - 0.18 |
0.17 - 0.37 |
0.8 - 1.1 |
1 - 1.3 |
до 0.04 |
до 0.035 |
до 0.3 |
0.4 - 0.55 |
0.15 - 0.25 |
Таблиця 1.2 [1]. Механічні властивості сталі 16ГНМА при Т=20oС
|
ув (МПа) |
ут (МПа) |
д (%) |
Ш (%) |
KCU (кДж/м2) |
|
|
560 |
400 |
21 |
60 |
1200 |
ув - границя міцності (МПа)
ут - границя текучості для залишкової деформації (МПа)
д - відносне видовження при розриві (%)
Ш - відносне звуження (%)
KCU - ударна в'язкість (кДж/м2)
Таблиця 1.3 [1] Фізичні властивості сталі 16ГНМА
|
Т (Град) |
Е10-5 (МПа) |
б106 1/Град |
л Вт (м. град) |
с Кг/м3 |
C Дж (кг. град) |
|
|
500 |
14 |
36 |
7700 |
487 |
Призначення сталі 16ГНМА: барабани котлів високих параметрів пари
Розділ 2. Аналіз впливу окремих легувальних елементів та домішок на технологічну зварність
Вуглець (С) - Підвищення вмісту вуглецю полегшує перехід сталі в крихкий стан, кожна 0,1% С підвищує поріг холодноламкості на 20°С і розширює перехідний інтервал від в'язкого до крихкого стану, при цьому знижується густина сталі, зростає електроопір і коерцитивна сила, знижується теплопровідність, залишкова індукція та магнітна проникність.
Марганець (Mn) - сприяє підвищенню меж міцності і текучості сталі. Марганець - активний розкислювач і десульфуратор сталі. Останнє проявляється в очищенні сталі і металу шва при зварюванні від шкідливої домішки - сірки шляхом утворення нерозчинних з'єднань сірчистого марганцю, що легко видаляються з металу. При звичайному його змісті в вуглецевих сталях (0,3-0,8%) марганець сприятливо впливає на технологічність сталі і, крім того, зменшує розбризкування металу при зварюванні. Однак при більш високому вмісті, наприклад 1,8-2,5%, він істотно підвищує прогартованість сталі, в результаті чого з'являється небезпека появи тріщин в навколошовній зоні. [2]
Молібден (Mo). Легування молібденом поширено при виготовленні різального інструмента в деталей,що експлуатуються при високих температурах. Звужує область г-фази в металі, сприяючи розпаду аустеніту. При розплавлюванні сталі входить в твердий розчин, посилюючи енергію внутрішньокристалічних зв'язків. Володіючи високою температурою рекристалізації, підвищує її для всього сплаву в цілому. Молібден є найактивнішим зміцнювачем сталей і найкращим чином впливає на їх жароміцність. Підвищує пластичність сталі при тривалому нагріванні і знижує її схильність до теплової крихкості. При нагріванні сталі молібден дифундує з твердого розчину і утворює менш цінну структуру карбіду молібдену Мо2С, що призводить до знеміцнення молібденових сталей при тривалому нагріванні. Ці карбіди коагулюють потім у великі утворення, які можуть розпастися згодом на складові частини (у тому числі на графіт). Остання обставина змушує вважати чистий молібден графітизатором сталі.
Нікель (Ni). Це сильний розширювач г-фази в сталі. Нікель є активним стабілізатором аустеніту (у чому й полягає його основне призначення як легуючого елементу), зберігаючи в сталі аустеніт до найнижчих температур.
При легуванні аустенітна структура в сталі забезпечується при вмісті Ni 25%; при одночасному легуванні іншими елементами (наприклад, хромом) витрата нікелю може скоротитися в 2 рази. На жароміцність нікель впливає лише опосередковано, створюючи в сталі структуру найбільш жароміцного аустеніту. Нікель є також графітизатором, підвищує в'язкість сталі і поліпшує її зварюваність, схильний до окислення, а в комбінації з хромом сприяє розвитку в сталі теплової крихкості.
Кремній (Si). Звужує область г-фази в металі, сприяючи розпаду аустеніту. Карбідів не утворює. Жароміцності сталі не підвищує, проте сприятливо впливає на окалиноностійкість, не поступаючись в цьому відношенні впливу хрому і алюмінію. Кремній - дуже ефективний розкислювач сталі при виплавці, а також активний стабілізатор властивостей сталі проти окалиноутворення. У кількостях до 0,3% кремній не впливає на якість зварювання сталі, у великих кількостях сприяє утворенню в зварному стику тугоплавкого в'язкого оксиду, забруднюючи метал шва неметалевими включеннями і знижує міцність зварювання.
Хром (Cr). Звужує область г-фази в металі, сприяючи розпаду в ній аустеніту. Володіючи високою температурою рекристалізації, підвищує як таку для всього сплаву в цілому, що (при вмісті хрому до 1,5%) дещо підвищує жароміцність сталей. Утворює ряд карбідів, однак останні схильні до розчинення в ферит, після чого зміцнюючу дію згаданих карбідів хрому не може бути використано. Будучи надзвичайно активним розкислювачем, хром пов'язує в окис практично весь вільний кисень, забезпечуючи високі антикорозійні властивості сталі як при низьких, так і при високих температурах, а також жаростійкість сталі (окалиностійкість), що містить хром. При вмісті Cr ? 13% сталь стає нержавіючою. Утворюючи на поверхні металу міцну оксидну плівку, що захищає сталь від подальшого окислення (іржавіння), хром ускладнює зварювання сталі, що змушує застосовувати попередній і супутній підігріви і особливо ретельну термічну обробку зварних стиків. У великих кількостях (і в присутності молібдену) хром є також антиграфітизатором.
Сірка (S), фосфор (Р). Потрапляють в сталь з руди і є дуже шкідливими домішками для сталей, які зумовлюють їх холодноламкість (фосфор) і червноламкість (сірка), а також ускладнюють їх лиття і механічну обробку. [3]
Розділ 3. Вибір методики та розрахунок фазового складу металу зварного шва
Для визначення фазового складу металу зварних швів низьколегованих сталей можна застосовувати діаграму (Рис.1.1), яку побудовано на підставі експериментальних даних. [4; ст.5]
Знайдемо середню швидкість охолодження металу шва щ6/5:
с=7700 Кг/м3; Т=550 0С; T0=20 0С g=I?. U. з=8400; V=0.005 м/с; s=0.008 м; л=36 Вт (м. град); c=487 Дж (кгград)
Так як в нас ПШЛД швидкість охолодження буде виглядати так:
щ=2рл?с
щ=23.14364877700=3.5 0C/с
щ=3.5
Знаходимо вуглецевий еквівалент:
Cекв. =0,18+0.37/7+1.1/8+0.3/9+0.25/10+1.3/13+0.035/1.5=0.552
З діаграми видно,що метал зварного шва має структуру Ф+П
Розділ 4. Розрахунок кількості структурних складових металу навколошовної ділянки
Оскільки в нас відсотковий вміст вуглецю входить в межі від С=0.18-0.35, то ми будемо розраховувати вміст мартенситу [4; ст.14-15]
Розраховуємо вуглецевий еквівалент:
C=0.18 Si=0.37 Mn=1.1 Cr=0.3 Ni=1.3 Mo=0.55 Cu=0.25 V=0 B=0
Кількість мартенситу в навколошовній ділянці ЗТВ можна визначити за наступними рівняннями
Де - середня швидкість охолодження металу в інтервалі температур 600-500°С в нашому випадку.
Оскільки в нас товщина металу становить д=8 мм, і зварювальний струм становить Ізв=300 А, то в нас буде повне проплавлення пластини, відповідно до цього в нас потужне швидкодіюче лінійне джерело (ПШЛД)
Знайдемо середню швидкість охолодження в інтервалі 600…500°С за формулою:
=300281=8400 Вт
Швидкість охолодження навколо шовної ділянки: щ6/5=3.5 0C/с
, -Розрахункові коефіцієнти які розраховуються за формулами:
- критичні швидкості охолодження, які відповідають утворенню 90 % мартенситу
Кількість мартенситу в навколошовній зоні рівна М=34% і В=61%
Вибір методики та розрахунок фазового складу навколошовної ділянки.
Для розрахунку фазового складу навколошовної ділянки будемо використовувати діаграму узагальненого характеру (Рис.2.2) [4 ст.11]
Розрахунок вуглецевого еквіваленту:
C=0.18 Si=0.37 Mn=1.1 Cr=0.3 Ni=1.3 Mo=0.55 Cu=0.25 V=0
Размещено на http://www.allbest.ru/
Швидкість охолодження металу шва: щ=3.5
Отже, з діаграми видно,що на перетині ліній в нас мартенситна структура де мартенситу менше 50%
За двома методами отримана мартенситна структура менша 50%. Отже, правильність розрахунків є вірною.
Розділ 5. Аналіз потенційної схильності заданого матеріалу до утворення тріщин при зварюванні
Низьковуглецеві низьколеговані сталі мають обмежений склад C, Ni, Si і P. Тому при дотриманні режимів зварювання і правильному застосуванні присадкових матеріалів отримання шва без гарячих тріщин вирішується досить успішно. Найбільш розповсюдженим і небезпечним дефектом зварних з'єднань являються холодні тріщини в зоні термічного впливу і металі шва,що виникають в загартованій структурі під впливом водню і зварювальних напружень. При зварюванні багатошарових швів часто зустрічаються поперечні тріщини,що перетинають метал шва і частково метал навколошовної зони, а також внутрішні поздовжні тріщини металу кореневих швів. В кутових і стикових з'єднаннях листового прокату сталі товщиною більше 12 мм можливе утворення ламілярних тріщин. Вони розташовані в основному металі, направлені паралельно границі сплавлення і можуть викликати руйнування типу відриву.
Високий опір зварних з'єднань даної сталі до утворення тріщин забезпечується у випадку, коли вміст дифузійного водню в наплавленому металі не перевищує 3,5-4,0 мл/100 г. Більш висока концентрація водню приводить до зниження опірності з'єднань утворення холодних тріщин. Для попередження утворення холодних тріщин при зварюванні з'єднань потрібно застосовувати попередній підігрів. Схильність до корозійного розтріскування зварних з'єднань сталі, що визначається наявністю пружних або пластичних деформацій металу, викликаних зовнішніми або внутрішніми напруженнями, а частіше їх сумою. Зовнішні напруження можна змінювати, регулюючи навантаження на виріб, а внутрішні - технологією зварювання або обов'язковим відпуском, чи нормалізацією, при цьому відпуск може бути локальним, а нормалізація проводиться лише для всього зварного виробу. [5; ст.186-189]
Розділ 6. Розрахункова оцінка опірності металу зварного з'єднання до утворення тріщин при зварюванні
Розрахункова оцінка опірності металу зварного з'єднання до утворення гарячих тріщин.
Для вуглецевих та низьколегованих сталей найбільше поширення знайшов розрахунковий показник схильності до утворення гарячих тріщин
(Hot Cracking Susceptibility - HCS)
де HCS - параметр, що дозволяє оцінювати схильність зварних швів з низьколегованих сталей до утворення кристалізаційних тріщин у балах. Сталі з границею міцності ув < 700 МПа вважаються потенційно схильними до виникнення гарячих тріщин, якщо HCS > 4. Виходячи з того,що ув=560 МПа, а HCS=4.459 - наша сталь схильна до виникнення гарячих тріщин. [4; ст.17]
Розрахункова оцінка опірності металу зварного з'єднання до утворення холодних тріщин
Найчастіше як розрахунковий показник опірності вуглецевих та низьколегованих сталей проти утворення холодних тріщин використовують вуглецевий еквівалент. Розрахунок будемо проводити за формулою СРСР за рекомендаціями держстандарту ГОСТ 27772-88, має вигляд:
У разі його використання сталь: а) вважається не схильною до
утворення холодних тріщин, якщо Секв < 0,35 %; б) може за
певних конструкторсько-технологічних умов зварювання утворювати
холодні тріщини, якщо Секв = 0,35…0,6 %; в) має високу схильність до
утворення холодних тріщин, якщо Секв > 0,6 %.
Отже, зі знайденого вуглецевого еквіваленту я можу зробити висновок сталь має високу схильність до утворення холодних тріщин. [4; ст. 20
Розділ 7. Розробка рекомендацій, щодо теплового режиму зварювання та розрахунок температури попереднього підігрівання
Оскільки сталь 16ГНМА схильна до утворення холодних тріщин, для їх попередження при зварюванні потрібний попередній підігрів. Розрахунок будем проводити за методикою Д. Сефиріана. Для цього спочатку розрахуємо вуглецевий еквівалент:
, =0.18+=0.451
Далі в розраховане значення вноситься поправка на товщину з'єднуваного металу, мм:
Загальний вуглецевий еквівалент:
Температура попереднього підігрівання:
=164 оС [4; ст.23]
Час підігріву назначається з розрахунку 1.5-2 хв. на 1мм. товщини з'єднання.
Вибір технології зварювання даної сталі,що забезпечує необхідні технологічні властивості зварних з'єднань можливе при умові врахування хімічного складу і товщини основного металу, параметрів режиму зварювання і температури підігріву з'єднання, хімічного складу матеріалів, вмісту водню в металі шва,розробки кромок і типу з'єднання. Критерієм при визначенні діапазону режимів зварювання служить допустима максимальна і мінімальна швидкості охолодження зони сплавлення. Для попередження несприятливих змін структури і зниження ударної в'язкості металу зони перегріву необхідно обмежувати мінімальну швидкість охолодження. Надто висока погонна енергія зварювання приводить до утворення біля лінії сплавлення крупнозернистих структур з низьким показником ударної в'язкості. Крім того, довге перебування окремих зон основного металу при температурах,що перевищують температуру відпуску сталі може сприяти знеміцненню металу.
Швидкість охолодження доцільно регулювати, змінюючи як погонну енергію так і температуру попереднього і після зварювального підігріву з'єднань. Підігрів сповільнює швидкість охолодження при температурі нижче 300 оС і сприяє більш повному видаленні водню з наплавленого металу. при цьому зростає стійкість з'єднань проти утворення холодних тріщин. Збільшення погонної енергії суттєво подовжує перебування металу в області високих температур,що погіршує механічні властивості. Тому найкраще співвідношення механічних властивостей досягається при використанні оптимальних режимів зварювання і температур попереднього і після зварювального підігріву. При зварюванні з'єднань даної товщини швидкість охолодження навколошовної зони слід регулювати в основному зміною погонної енергії зварювання. [5; ст. 190-194]
сталь зварювання тріщина шов
Висновок
В даній курсовій я визначав розрахункову оцінку зварності сталі 16ГНМА. Було визначено склад, клас та інші показники даної сталі. Марка даної сталі відноситься до високоякісної конструкційної сталі. Далі проаналізував вплив окремих легувальних елементів на технологічну зварність-легувальні елементи створюють в матеріалі задовільні механічні властивості (жаростійкість, ударна в'язкість), визначив фазовий склад металу шва та навколошовної зони. При аналізі потенційної схильності до утворення тріщин був зроблений висновок,що для матеріалу є небезпечними холодні тріщини, що виникають в загартованій структурі під впливом водню і зварювальних напружень.
При розробці рекомендацій щодо теплового режиму було розраховано,що перед зварюванням необхідний попередній підігрів задля уникнення тріщин. Хоча, виходячи з товщини даного матеріалу попередній підігрів робити не обов'язково.
Список використаної література
1. Електронний марочник сталей (http://www.splav. kharkov.com/mat_start. php? name_id=991)
2. http://moodle. udec. ntu-kpi. kiev.ua/moodle/mod/resource/view. php? id=8686 "Металознавство і термічна обробка зварних з'єднань"
3. http://trans-sdt.ru/Влияние легирующих елементов на свойства сталей и вредные примеси
4. "Здатність до зварювання конструкційних матеріалів": Метод. Вказівки до практичних з дисципліни для студ. Напрямку 050504 “Зварювання" / Уклад.: О.А. Слівінський, Н.М. Стреленко. - К. НТУУ “КПІ”, 2010.
5. "Сварка и сариваемые материалы": Справочник в 3-х томах/ под общей редакцией докт. техн. наук В.Н. Волченка, Э.Л. Макарова-М.: Металургия, 1991, с 528.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Утворення тріщин сульфідного походження при зварюванні сталі. Металознавчі аспекти зварності залізовуглецевих сплавів. Розширення температурного інтервалу крихкості. Дослідження впливу сульфід заліза на армко-залізо. Засоби захисту при виготовлені шліфа.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 28.10.2014Поняття високоміцної сталі. Вміст легуючих елементів, що надають сталі спеціальних властивостей. Визначення складу комплексно-легованих сталей, їх характеристика, призначення та ознаки класифікації. Види легуючих елементів для поліпшення властивостей.
контрольная работа [18,7 K], добавлен 12.10.2012Вплив нормалізації при температурі 850°С і охолодження на повітрі на механічні властивості сталі. Принцип дії та конструкція млина самоподрібнення "Аерофол". Виплавка дослідного металу, термообробка. Металографічні випробування литої сталі та прокату.
отчет по практике [1,6 M], добавлен 06.07.2015Мартенівське виробництво сталі. Видалення з металу домішок. Розрахунок горіння палива в мартенівській печі. Визначення основних розмірів робочого простору печі. Тепловий баланс печі. Витрата палива по періодах плавки та визначення їх тривалості.
курсовая работа [491,6 K], добавлен 30.04.2014Дослідження основних способів виробництва сталі з переробного чавуну та металобрухту. Відмінні риси конвертерного та мартенівського способу отримання сталі. Сутність електросталеплавильного процесу, як найбільш прогресивного методу виробництва сталі.
реферат [1,1 M], добавлен 21.10.2013Методи регулювання теплового стану зварного з'єднання. Визначення деформації при зварюванні таврової балки із легованої сталі без штучного охолодження і з ним. Розрахунок температурних полів та швидкостей охолодження. Розробка зварювального стенду.
магистерская работа [8,6 M], добавлен 18.04.2014Вплив окремих елементів на властивості жароміцної сталі. Вибір футерівки для плавильного агрегату. Фізико-хімічні основи виплавки сталі в дугових електропечах. Підготовка шихти до завалки. Шихтові матеріали та їх підготовка. Окислювальний період плавки.
курсовая работа [550,7 K], добавлен 06.04.2015Конструкторсько-технологічний аналіз виробу. Визначення складу та властивостей металу, обґрунтування способів зварювання та використовуваних матеріалів. Розрахунок витрат зварювальних матеріалів. Аналіз варіантів проведення робіт та вибір оптимального.
курсовая работа [1007,9 K], добавлен 27.05.2015Класифікація сталей за хімічним складом, призначенням, якістю, степенем розкисленості, структурою. Механічні властивості якісних сталей та високоміцного чавуну, їх промислове застосування та вимоги до якості. Вміст хімічних елементів у чавуні та сталі.
реферат [82,8 K], добавлен 21.10.2013Характеристика стану, сортамент, технологія прокатки. Характеристика обладнання дрібносортного стану 250–5. Тензометричні рольгангові ваги. Розробка технологічного процесу отримання круглої сталі. Приклад розрахунку калібровки круглої сталі 30 мм.
курсовая работа [423,0 K], добавлен 24.03.2014
