12.02.2018

Диаграмма Шеффлера


Антон Шеффлер понял, что если предшествующие исследования объединить и применить к сварке, то они могут послужить для практического использования. Он отметил, что диаграмма Strauss-Maurer представляет описание микроструктур в катаных хромоникелевых сталях, в то время как уравнения Newell-Reischman и Field могли быть применены непосредственно к сварке. Затем его исследования сосредоточились на объединении этой информации для того, чтобы построить структурную диаграмму для сварки металлов, которая позволила бы определить микроструктуру металла швов на основе химического состава. Диаграмма Шеффлера содержала формулы хром-эквивалент и никель-эквивалент (по осям координат) и конкретные микроструктуры металла шва, нанесенные на ее поле. Ферритообразующие элементы включены в уравнение хром-эквивалент, в то время как аустенитообразующие элементы — в уравнение никель-эквивалент. Одна из оригинальных диаграмм Шеффлера показана на рис. 3.2. Она дала хорошие результаты по прогнозированию микроструктуры металла шва и послужила основой для разработки других диаграмм. Шеффлер предложил коэффициенты для расчетов соответствующих эквивалентов на предыдущих исследованиях и на собственном опыте. Он, основываясь на своих исследованиях, предположил значения коэффициентов: кремния — 2,5; молибдена — 1,8; ниобия — 2 и показал, что они были в относительном соответствии со значениями коэффициентов авторов. Оригинальное уравнение никель-эквивалент Шеффлера имеет вид
После преобразования уравнения Newell-Fleischman (3.1) с целью отделения положительных и отрицательных членов с одной стороны равенства было получено уравнение для никель-эквивалент, совпавшее с выведенным уравнением Шеффлера. Другая сторона равенства — хром-эквивалент, модифицированная Шеффлером, имеет вид
Интересно отметить, что Шеффлер не включил азот в свою формулу никель-эквивалент, несмотря на то, что он является мощным аустенизатором. Возможно, в то время это было связано со сложностью определения содержания количества азота в стали. Диаграмма была разработана применительно к процессу ручной дуговой сварки плавящимся покрытым электродом, при этом максимальное значение содержания азота в металле шва составило приблизительно 0,06 %. Из-за такого низкого значения азот не был включен Шеффлером как легирующий элемент сплава, хотя при постоянном значении 0,06 % его легко было включить в диаграмму. Диаграмма оказалась достаточно точной для более трехсот сплавов того времени применительно для ручной дуговой сварки плавящимся покрытым электродом.
Шеффлер также представил новое уравнение для границы фаз между полностью аустенитными сплавами и сплавами, состоящими из феррита и аустенита. Его уравнение стабильности аустенита было представлено как
где Niэк — никель-эквивалент; Crэк — хром-эквивалент.

Это уравнение отличает от уравнений авторов работ последняя константа. Интересно отметить, что такое уравнение предполагает наличие кривых на диаграмме Шеффлера, и действительно линии на рис. 3.2 изогнуты. Квадратичный характер линий стабильности аустенита был показан позднее — в 1969 г., когда авторы работы опубликовали уравнение для границы аустенит—аустенит + феррит:
В 1948 г Шеффлер модифицировал свою диаграмму (рис. 3.3). Следует обратить внимание на то, что граница аустенит—аустенит + феррит стала прямой линией. За счет добавления дополнительных линий изоферрита в двухфазной области аустенит + феррит увеличилась способность диаграммы количественно прогнозировать микроструктуру металла шва, сохраняя при этом оригинальные формулы эквивалентов.
В 1949 г. Шеффлер представил последнюю версию своей диаграммы (рис. 3.4), которая используется и в наши дни. Она явилась результатом многочисленных дополнительных исследований металла швов, которые привели к изменению коэффициентов для кремния, молибдена и ниобия, а также к небольшому изменению положения границ фаз на диаграмме. Новое уравнение хром-эквивалент было представлено как
Используя соотношения эквивалентов Шеффлера (Сгэк и Niэк), автор работы вывел уравнение для вычисления количества дельтаферрита в аустенитном металле шва:
Другие исследователи предложили диаграммы, подобные диаграмме Шеффлера. В 1960 г. автор работы разработал диаграмму, показанную на рис. 3.5, для прогнозирования микроструктур литого металла. В ней учтено влияние кобальта на никель-эквивалент, но не учтено влияние ниобия, а в формулу хром-эквивалент введен ванадий. Авторы работы представили модифицированную диаграмму Шеффлера, показанную на рис. 3.6. Она учитывает влияния азота на никель-эквивалент и ванадия на хром-эквивалент.





Яндекс.Метрика