12.02.2018

Образование растрескивания аустенитных нержавеющих сталей вследствие провала пластичности


Растрескивание вследствие провала пластичности (DDC) возникает во многих сплавах, имеющих аустенитную структуру, включая аустенитные нержавеющие стали и сплавы на основе никеля и меди. Провал пластичности происходит при нагреве металла до температуры примерно выше половины температуры плавления. Зависимость пластичности от температуры как для случая нормальной пластичности при повышенной температуре, так и для случая провала пластичности схематично показана на рис. 6.41, Следует обратить внимание, что область провала пластичности отделена и отличается от температурного интервала хрупкости (BTR), в котором возникают кристаллизационные и ликвационные трещины, хотя область высокой пластичности, разделяющая указанные области низкой пластичности, может иметь ширину в 200 °C (360 °F) или менее. По-видимому, область провала пластичности ошибочно была идентифицирована многими исследователями как область ликвационных трещин вследствие малых различий в температуре. Также возможно, что образуется единая трещина по двум разным механизмам вследствие ликвационного растрескивания и указанного ранее провала пластичности.
Образование трещин вследствие провала пластичности применительно к аустенитным нержавеющим сталям наблюдали как в металле сварного шва, так и в ЗТВ авторы работ. Это обычно связывают с наличием крупного зерна и высокой степенью закрепления элементов, что имеет место при сварке толстолистовых конструкций. В металле шва провал пластичности возникает вдоль мигрирующих границ. Пример провала пластичности металла шва приведен на рис. 6.42 из работы автора. Следует заметить, что размер зерна весьма велик и трещина находится в микроструктуре вдоль мигрирующей границы. В настоящее время считают, что образование трещин вследствие провала пластичности является формой разрушения от высокотемпературной ползучести, которое возникает очень быстро при температурах существенно выше нормального режима ползучести нержавеющих сталей. Разрушение наиболее вероятно в металле швов, в котором мигрирующие границы весьма прямолинейны и где облегчено скольжение по границам зерен. Увеличение извилистости границ зерен за счет эффектов их скалывания уменьшит склонность к растрескиванию за счет провала пластичности. Кристаллизация сварных швов аустенитных нержавеющих сталей по типу AF или FA приводит к наличию феррита в аустенитной микроструктуре. Этот феррит эффективно "скалывает" мигрирующие границы зерен, приводя к образованию весьма извилистых границ, сопротивляющихся образованию трещин. Извилистость границ приводит к механическому "замковому" эффекту, который противостоит высокотемпературному проскальзыванию, приводящему к растрескиванию.
Склонность к растрескиванию за счет провала пластичности может быть количественно оценена при использовании испытания "деформация-разрушение". При использовании этого испытания может быть определена минимальная деформация, вызывающая растрескивание по границам зерен в твердом состоянии в интервале температур. Этот метод испытаний более детально описан в главе 10. Пример результатов такого испытания для швов, выполненных дуговой сваркой без присадочного материала, приведен на рис. 6.43. Следует отметить, что сталь марки 310 показывает минимальную деформацию, равную 5 % или менее в интервале температуры примерно от 750 до 1000 °C (от 1380 до 1830 °F), в то время как сталь марки 304 имеет значительно большее значение такой деформации. Металл сварного шва стали марки 310 был полностью аустенитным, в то время как у стали марки 304 кристаллизация шла по типу FA с величиной 4 FN. Наличие феррита в металле шва из стали марки 304 приводит к образованию весьма извилистых мигрирующих границ, так как границы зерен скалываются по поверхностям контакта феррит—аустенит. Супераустенитный сплав AL6XN показал минимальное значение деформации при разрушении в интервале температуры от 900 до 950 °C (от 1650 до 1740 °F), но в то же время достаточно высокое сопротивление растрескиванию по причине провала пластичности вне этого интервала. Мигрирующие границы в сплаве AL6XN были также весьма извилисты вследствие присутствия эвтектической составляющей, которая образовалась в конце процесса кристаллизации.
Механизм растрескивания в условиях провала пластичности пока полностью не ясен. В металлах швов аустенитных нержавеющих сталей присутствие феррита существенно снижает риск растрескивания вследствие провала пластичности за счет создания весьма извилистых границ зерен, которые оказывают сопротивление инициированию и распространению трещин. Многопроходные швы с полностью аустенитным металлом шва в толстолистовых конструкциях, имеющих высокую степень закрепления, наиболее склонны к этому виду растрескивания.





Яндекс.Метрика