Особенности сварки серого чугуна

Сварка чугуна представляет более трудную задачу, чем сварка обычных углеродистых сталей. Объясняется это особенностями плавления и застывания чугуна, сопровождающимися явлениями, которые не имеют места при сварке стали. Неудачи при сварке чугуна нередко бывают обусловлены не только несовершенством применяемого способа сварки, по также недостаточным пониманием сварщиками природы чугуна и происходящих к нём процессов при нагреве во время сварки и последующем охлаждении. Поэтому ниже приведены в общедоступном изложении важнейшие сведения о тех свойствах  чугуна, с которыми приходится считаться каждому сварщику.

В сталях весь углерод находится в связанной форме, в виде химического соединения с железом. В чугуне наряду со связанной формой углерода существует свободный углерод в виде графита. Хотя графит, отличающийся большой хрупкостью, ослабляет металлическую основу чугуна, однако он придаёт последнему ряд ценных в технологическом отношении свойств, как, например, улучшает литейные качества, облегчает обрабатываемость резанием и т. п.

Механические характеристики чугуна (прочность, пластичность и т. п.) в значительной степени зависят от того, в каком количестве содержится графит и как он распределён в чугуне. В обычном сером чугуне графит имеет форму пластинок, а  иногда эти пластинки бывают распределены небольшими гнёздами, такой графит называется кустообразным. Специальными приёмами в чугунах получают шарообразным, равномерно распределённый в металлической основе, графит. Такой  чугун обладает высокими механическими свойствами.

Посмотрим теперь, что происходит в чугуне при его плавлении и последующем охлаждении. Тому, кто наблюдал за  отливкой чугуна в литейных мастерских, известно, что в зависимости от скорости охлаждения один и тот же чугун может быть получен серым или отбеленным. При отливке чугунных деталей в земляные формы охлаждение металла протекает очень медленно, что создаёт благоприятные условия для процесса графитизации, т. е. получения графита в чугуне в свободном состоянии.

Напротив, при отливке в холодный металлический кокиль в наружных слоях отливаемой детали получается  отбел, т. е. углерод выделяется не в виде графита, а в виде химического соединения с железом. Отбел тем больше, чем быстрее происходило охлаждение чугуна. Отбел преднамеренно получают, например, при отливке чугунных  колёс, профильных тормозных колодок, так как отбеленный слой обладает повышенной износоустойчивостью. Кроме быстрого охлаждения, отбеливанию способствует повышение содержания в чугуне марганца, хрома и некоторых других веществ. Наоборот, повышение содержания кремния в чугуне благоприятствует отделению углерода в свободном состоянии в виде графита.

С возможностью отбела приходится считаться каждому сварщику, практически занимающемуся электросваркой чугуна. При сварке любыми электродами основной металл расплавляется на некоторую глубину. Расплавленный основной металл частично или полностью перемешивается в сварочной ванне с наплавляемым металлом. Чаще всего полного перемешивания не происходит, и вблизи границы плавления остаётся прослойка расплавленного основного металла, которая вступает в физико-химическое взаимодействие с прилегающим слоем расплавленного присадочного металла, но не успевает его завершить вследствие кратковременности существования сварочной ванны.

Поэтому некоторый слой, прилегающий к границе плавления, можно рассматривать как малоизменённый по своему химическому составу расплавленный основной металл. При тех высоких скоростях охлаждения, какие бывают при холодной дуговой сварке, выделения в этом слое части растворённого в расплавленном железе углерода в свободном состоянии, т. е. в виде графита, не происходит. Весь углерод в затвердевшем металле остаётся Связанным в виде химического соединения с железом, так называемого цементита.

В свою очередь цементит может быть распределён в чугуне в двух различных формах. Первая представляет собой чередование тончайших пластинок железа и цементита различимых под микроскопом на травленных шлифа только при значительных (примерно от 100 до 500 раз) увеличениях. Она называется перлитом.

-Строение перлита. Травление 4%-ной. азотной кислотой. Увелич. х 100

Другая форма представляет собой выделения цементита в виде крупных кристаллов, называемых структурно свободным цементитом. Чем быстрее происходило охлаждение чугуна при затвер девании, тем крупнее будут кристаллы свободного цементита и тем тверже будет чугун. Чугун со значительным содержанием кристаллов структурно свободного цементита называется белым чугуном.

Отбеленный чугун Белые удлиненной формы               кристаллы – цементит. Серые участки между кристаллами— перлит. Травление. 4%-ной азотной кислотой. Увелич. х 100

18 Февраль 2013 Опубликовано в Мастер-класс

Комментирование закрыто.