Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди

Широкое применение во многих отраслях промышленности технических марок меди, содержащих различные примеси, требует углубленного анализа их влияния на свариваемость. В настоящей работе проведена комплексная оценка влияния основных примесей на склонность меди к образованию трещин и пор с использован...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Аношин, В.А., Илюшенко, В.М., Бондаренко, А.Н., Лукьянченко, Е.П., Николаев, А.К.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102735
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди / В.А. Аношин, В.М. Илюшенко, А.Н. Бондаренко, Е.П. Лукьянченко, А.К. Николаев // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 27-30. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102735
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1027352016-06-13T03:03:05Z Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди Аношин, В.А. Илюшенко, В.М. Бондаренко, А.Н. Лукьянченко, Е.П. Николаев, А.К. Научно-технический раздел Широкое применение во многих отраслях промышленности технических марок меди, содержащих различные примеси, требует углубленного анализа их влияния на свариваемость. В настоящей работе проведена комплексная оценка влияния основных примесей на склонность меди к образованию трещин и пор с использованием электронно-фрактографического и рентгеноспектрального анализа, а также разработанных авторами новых методик оценки склонности меди к образованию кристаллизационных трещин. Показано, что одновременное присутствие в меди различных примесей в отличие от бинарной системы медь–примесь уменьшает ее склонность к образованию кристаллизационных трещин. Содержание 0,2 % никеля повышает стойкость меди к трещинообразованию. Установлено, что степень влияния легкоплавких примесей на образование трещин в металле шва и околошовной зоне зависит от их коэффициента распределения. Впервые установлено, что легкоплавкие поверхностно-активные примеси с малым коэффициентом распределения (К < 0,05) повышают склонность сварных швов к образованию пор. Полученные результаты исследования позволят разрабатывать новые сварочные материалы для сварки меди и ее сплавов. 2014 Article Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди / В.А. Аношин, В.М. Илюшенко, А.Н. Бондаренко, Е.П. Лукьянченко, А.К. Николаев // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 27-30. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102735 621.731:669.2/8 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Аношин, В.А. Илюшенко, В.М. Бондаренко, А.Н. Лукьянченко, Е.П. Николаев, А.К. Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди Автоматическая сварка
description	Широкое применение во многих отраслях промышленности технических марок меди, содержащих различные примеси, требует углубленного анализа их влияния на свариваемость. В настоящей работе проведена комплексная оценка влияния основных примесей на склонность меди к образованию трещин и пор с использованием электронно-фрактографического и рентгеноспектрального анализа, а также разработанных авторами новых методик оценки склонности меди к образованию кристаллизационных трещин. Показано, что одновременное присутствие в меди различных примесей в отличие от бинарной системы медь–примесь уменьшает ее склонность к образованию кристаллизационных трещин. Содержание 0,2 % никеля повышает стойкость меди к трещинообразованию. Установлено, что степень влияния легкоплавких примесей на образование трещин в металле шва и околошовной зоне зависит от их коэффициента распределения. Впервые установлено, что легкоплавкие поверхностно-активные примеси с малым коэффициентом распределения (К < 0,05) повышают склонность сварных швов к образованию пор. Полученные результаты исследования позволят разрабатывать новые сварочные материалы для сварки меди и ее сплавов.
format	Article
author	Аношин, В.А. Илюшенко, В.М. Бондаренко, А.Н. Лукьянченко, Е.П. Николаев, А.К.
author_facet	Аношин, В.А. Илюшенко, В.М. Бондаренко, А.Н. Лукьянченко, Е.П. Николаев, А.К.
author_sort	Аношин, В.А.
title	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди
title_short	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди
title_full	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди
title_fullStr	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди
title_full_unstemmed	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди
title_sort	комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102735
citation_txt	Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди / В.А. Аношин, В.М. Илюшенко, А.Н. Бондаренко, Е.П. Лукьянченко, А.К. Николаев // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 27-30. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT anošinva kompleksnaâocenkavliâniâosnovnyhprimesejnasvarivaemostʹmedi AT ilûšenkovm kompleksnaâocenkavliâniâosnovnyhprimesejnasvarivaemostʹmedi AT bondarenkoan kompleksnaâocenkavliâniâosnovnyhprimesejnasvarivaemostʹmedi AT lukʹânčenkoep kompleksnaâocenkavliâniâosnovnyhprimesejnasvarivaemostʹmedi AT nikolaevak kompleksnaâocenkavliâniâosnovnyhprimesejnasvarivaemostʹmedi
first_indexed	2025-07-07T12:46:52Z
last_indexed	2025-07-07T12:46:52Z
_version_	1836992338264588288
fulltext	2711/2014 УДК 621.731:669.2/8 КомплеКсная оценКа Влияния осноВных примесей на сВариВаемость меДи В. А. АНОШИН1, В. М. ИЛЮШЕНКО1, А. Н. БОНДАРЕНКО1, Е. П. ЛУКЬЯНЧЕНКО1, А. К. НИКОЛАЕВ2 1 иэс им. е. о. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 2 оао «институт «цветметобработка». 119017, г. москва, пыжевский пер., 5. E-mail: post@cmet.ru широкое применение во многих отраслях промышленности технических марок меди, содержащих различные примеси, требует углубленного анализа их влияния на свариваемость. В настоящей работе проведена комплексная оценка влияния основных примесей на склонность меди к образованию трещин и пор с использованием электронно-фрактографического и рентгеноспектрального анализа, а также разработанных авторами новых методик оценки склонности меди к образова- нию кристаллизационных трещин. показано, что одновременное присутствие в меди различных примесей в отличие от бинарной системы медь–примесь уменьшает ее склонность к образованию кристаллизационных трещин. содержание 0,2 % никеля повышает стойкость меди к трещинообразованию. Установлено, что степень влияния легкоплавких при- месей на образование трещин в металле шва и околошовной зоне зависит от их коэффициента распределения. Впервые установлено, что легкоплавкие поверхностно-активные примеси с малым коэффициентом распределения (К < 0,05) повышают склонность сварных швов к образованию пор. полученные результаты исследования позволят разрабатывать новые сварочные материалы для сварки меди и ее сплавов. библиогр. 15, табл. 2, рис. 3. К л ю ч е в ы е с л о в а : медь, примеси, кристаллизационные трещины, поры, электронно-фрактографический и рент- геноспектральный анализ, коэффициент распределения медь широко применяется в различных отраслях промышленности, в том числе при изготовлении сварных узлов и конструкций. практический опыт показывает, что медь при сварке обладает повышен- ной склонность к образованию трещин и пор [1–7]. ранее совместно с институтом «Гипроцветметобра- ботка» (г. москва) были проведены исследования влияния вредных примесей на склонность к образо- ванию трещин в металле шва на бинарных системах медь–примесь [7]. некоторые результаты этих ис- следований представлены на рис. 1. В настоящей работе приведены результаты ис- следований влияния различных комбинаций при- месей (13 примесей в пределах Гост 859–78 «медь. марки» для меди м2) на склонность к об- разованию кристаллизационных трещин. Для проведения этих исследований методом математического планирования экспериментов были рассчитаны составы опытных плавок меди с различным содержанием примесей, в институте «Гипроцветметобработка» в вакуумной индукци- онной печи выплавлены слитки, из которых после прокатки на полосы толщиной 3 мм вырезали об- разцы типа лтпм (60×25×3 мм). по описанной в работе [7] методике оценивали склонность опыт- ных плавок меди к образованию трещин в метал- ле шва. химсостав опытных плавок и результаты испытаний приведены в табл. 1. © В. а. аношин, В. м. илюшенко, а. н. бондаренко, е. п. лукьянченко, а. К. николаев, 2014 рис. 1. Влияние примесей на трещинообразование в меди [7] 28 11/2014 Как видно из таблицы, совместное присутствие в меди различных примесей уменьшает ее склон- ность к образованию трещин по сравнению с би- нарными системами медь–примесь [7]. особенно это заметно на примере плавок № 201, 202, 205, что, на наш взгляд, связано с образованием хи- мических соединений между примесями (Bi2O3, Bi2S3, PbO, PbS, PbSe, PbTe, As2Te3, Cd3As2, CdSe, CdTe,Se2Te3, Sb2Se3) и соответственно снижени- ем их поверхностной активности. подобное яв- ление наблюдается при сварке малоуглеродистой стали, когда введение кислорода в металл шва свя- зывало серу в легкоплавкие оксисульфиды, но при этом снижалась поверхностная активность серы и возрастала стойкость к образованию кристаллизаци- онных трещин. наличие в меди 0,2 % никеля (медь м2, м3 по Гост 859–78) заметно снижает ее склон- ность к трещинообразованию (см. табл. 1, плавки № 203, 207, 212, 213), а ее стойкость к образованию кристаллизационных трещин находится на уровне меди м00 (плавка № 41). на наш взгляд, это также объясняется образованием химических соединений Т а б л и ц а 1 . Расчетное содержание примесей и склонность к трещинообразованию опытных плавок меди номер сплава содержание, мас. % Ктр, %, при vсв, м/ч Bi S Pb [O] P Sb As Cd Se Te Fe Ni Sn 14 8 6 201 0 0 0,005 0,01 0,01 0 0,01 0 0,005 0,005 0,05 0 0,05 27 14 6 202 0,002 0 0 0,01 0 0 0 0 0 0 0 0 0,05 21 9 5 203 0 0,005 0 0,01 0,01 0 0 0,01 0,005 0,005 0 0,2 0 23 8 0,5 204 0,002 0,005 0,005 0,01 0,01 0,005 0 0 0,005 0 0,05 0 0,05 41 20 11 205 0 0 0 0 0 0,005 0,01 0,01 0 0,005 0 0 0 26 12 8 206 0,002 0 0,005 0 0,01 0,005 0,01 0 0,005 0,005 0 0,2 0,05 42 22,5 0 207 0 0,005 0,005 0 0 0,005 0,01 0 0,005 0 0,05 0,2 0 31 0,5 0,5 208 0,002 0,005 0 0 0 0 0 0,01 0 0,005 0 0 0 42,5 3,5 2 209 0 0 0,005 0 0 0,005 0 0,01 0 0,005 0,05 0,2 0,05 31 6 6 210 0,002 0 0 0 0 0,005 0 0 0 0 0 0,2 0,05 29 7 6 211 0 0,005 0 0 0,01 0 00,1 0 0,005 0 0 0 0 41 14 6 212 0,002 0,005 0,005 0 0,01 0 0 0 0 0 0 0,2 0 23 5 0,5 213 0 0 0 0,01 0,01 0,005 0 0,01 0 0,005 0,05 0,2 0 27 0,5 0 214 0,002 0 0,005 0,01 0 0 0,01 0,01 0,005 0,005 0,05 0 0 44 4 5 215 0 0,005 0,005 0,01 0 0 0,01 0,01 0,005 0 0,05 0,2 0,05 51 9 0,5 216 0,002 0,005 0 0,01 0,01 0,005 0,01 0,01 0 0 0,05 0 0,05 44 16 13 41 медь марки м00 по Гост 859–78 23 9 0,5 рис. 2. типичный межкристаллитный характер трещин (а — ×100), структура поверхности трещин на меди, содержащей висмут (б — ×1000), серу (в — ×600), свинец (г — ×800), селен (д — ×12000), и на меди м1 (е — ×800) 2911/2014 вредных примесей с никелем (NiO, NiSe, NiTe, NiSb, Ni3P, NiBi). с целью изучения характера трещинообразова- ния, вызываемого вредными примесями, был прове- ден электронно-фрактографический и рентгеноспек- тральный анализ структуры и состава поверхности трещин. Как видно из рис. 2, а, трещины имеют межкристаллитный характер. на поверхности тре- щин в меди, содержащей вредные примеси (висмут, серу, свинец), наблюдаются следы жидкой фазы в виде каплеобразных отростков, валиков и дендрит- ной корки (рис. 2, б–г). на рис. 2, д представлена жидкая прослойка, содержащая селен; на рис. 2, е — структура поверхности трещины на меди марки м1 без введения каких-либо примесей. результаты электронно-фрактографического анализа поверхно- сти трещин свидетельствуют о кристаллизационном характере трещин, образующихся при сварке меди. рентгеноспектральный анализ состава поверх- ности трещин показал значительное (на порядок и выше) обогащение жидкой прослойки вредными примесями. необходимо отметить, что исследуемые легкоплавкие примеси являются поверхностно-ак- тивными элементами. это показали наши расчеты по критерию жуковицкого (Δσ = σме – σпр >> 0), а также экспериментальные данные [8–11] для не- которых примесей (висмута, свинца, фосфора, су- рьмы). механизм влияния вредных примесей на склонность к образованию кристаллизационных трещин, на наш взгляд, связан с проявлением эф- фекта адсорбционного понижения пластичности и прочности (жидкометаллического охрупчивания) в результате физико-химического взаимодействия кристаллизующегося жидкого металла, обога- щенного вредными примесями, с твердой фазой. это подтверждается резким охрупчивающим дей- ствием жидкого висмута в контакте с медью во время испытаний при повышенных температу- рах. такой же охрупчивающий эффект наблюда- ется при воздействии серы и других поверхност- но-активных элементов на никель и медь, а также сплав никеля с медью [12]. Для изучения влияния некоторых вредных при- месей (висмута, свинца, фосфора) на склонность к образованию трещин в околошовной зоне в иэс им. е. о. патона в вакуумной индукционной печи были выплавлены слитки бинарного сплава медь–примесь с различным содержанием указан- ных примесей. сплавы предварительно прокаты- вали на полосы толщиной 5 мм. оценку опытных сплавов проводили по разработанной нами специ- альной методике [13] на образцах «рыбий скелет» с переменной жесткостью. образцы сваривали вольфрамовым электродом с неполным проваром в аргоне на различных погонных энергиях. из результатов испытаний (табл. 2) видно, что наибольшее отрицательное действие оказывают висмут и свинец (трещины в околошовной зоне образуются на поперечных и продольных надре- зах) и в меньшей степени — фосфор, отрицатель- ное влияние которого начинает сказываться толь- ко при более высоких концентрациях (> 0,005 %). наблюдается корреляция между коэффициентом распределения примеси и склонностью к обра- зованию околошовных трещин — чем он ниже, тем больше границы зерен будут обогащены вред- ной примесью и, соответственно, большей будет склонность к образованию трещин. было изучено также влияние висмута и свинца на пористость швов на меди, содержащей 0,04 % фосфора. результаты испытаний опытных образ- цов, проплавленных вольфрамовым электродом в аргоне, показали, что при отсутствии висмута и свинца пористость не наблюдается, при 0,003 % Bi обнаружено 10 пор, при 0,003 % Bi и 0,03 % Pb выявлено 20 пор. таким образом, висмут и его совместное действие со свинцом увеличивают пори- стость швов даже при малых их концентрациях. на наш взгляд, это объясняется тем, что вследствие низ- кого коэффициента распределения этих элементов Т а б л и ц а 2 . Склонность к трещинообразованию сварных образцов меди и равновесный коэффициент распределе- ния в них примесей содержание примеси, мас. % режим сварки КIсв = 160 а, vсв = 17 м/ч Iсв = 200 а, vсв = 23 м/ч Iсв = 200 а, vсв = 26 м/ч nпр атр, мм nпр атр, мм nпр атр, мм Bi 0,001 + + – – – – + – – – – – + – 10 – 0,00010,004 + 13, 15 – + – – 15 + – 13 – 0,1 + 10, 13, 15, 18 + 13, 15, 18 + 10, 13, 15, 18 Pb 0,005 + 13 + 10 , 13 + 10, 13, 15 0,010,01 + 13 + 15 – 13 0,05 + 10, 13, 15, 18 + 10, 13, 15, 18 + 10, 13, 15 P 0,005 – – – – – – 0,2 0,05 + – + 10 + 10 Примечания: 1. nпр — наличие/отсутствие трещин в продольном надрезе. 2. атр — расстояние между поперечными надрезами. 30 11/2014 в меди они существенно (как было отмечено выше, на порядок и больше) обогащают жидкий металл на фронте кристаллизации и на завершающей стадии затвердевания. являясь поверхностно-активными элементами, они снижают поверхностное натяже- ние жидкой меди и, тем самым, уменьшают крити- ческий радиус газового зародыша: 2 [14],ln( / )êð s Mr RT c c s= r что, в свою очередь, значительно снижает работу его образования: 4 .3 2 êð êð G r∆ = π s Кроме того, легкоплавкие примеси с малым ко- эффициентом распределения вследствие концентра- ционного переохлаждения способствуют образова- нию зубчатого (ячеистого) фронта кристаллизации, что также повышает вероятность зарождения пор. Для сравнения влияния примесей на порообразо- вание ниже приведены значения равновесного ко- эффициента их распределения, рассчитанные нами по диаграммам состояния медь–примесь: К = 0,0001 (Bi); 0,002 (Te); 0,004 (S); 0,008 (Se); 0,01 (Pb); 0,01 ([O]); 0,036 (Cd); 0,2 (P); 0,35 (Sb). электронно-фрактографический анализ показал (рис. 3) наличие микропор (зародышей), образую- щихся в жидкой прослойке по границам кристалли- тов под влиянием примесей с малым коэффициен- том распределения (К ≤ 0,05). при наличии в меди сурьмы (К = 0,35) и фосфора (К = 0,2) поры не выяв- лены. очевидно, что фосфор способствует подавле- нию порообразования как раскислитель, нейтрали- зующий вредное влияние кислорода [15]. Выводы 1. изучение влияния совместного действия раз- личных примесей на склонность меди к образо- ванию трещин показало, что одновременное при- сутствие в меди различных примесей, в том числе 0,2 % никеля, повышает ее стойкость к трещино- образованию, что, на наш взгляд, обусловлено об- разованием химических соединений и снижением поверхностной активности примесей. 2. повышенное содержание в меди висмута и свинца (в пределах Гост 859–78) способствует образованию трещин в околошовной зоне. 3. степень влияния легкоплавких примесей на образование трещин в металле шва и око- лошовной зоне зависит от их коэффициента распределения. 4. Впервые установлено, что легкоплавкие по- верхностно-активные примеси с малым коэф- фициентом распределения (К < 0,05) повышают склонность сварных швов к порообразованию. 1. Николаев А. К., Костин С. А. медь и жаропрочные спла- вы: фундамент. справ. – м.: ДпК пресс, 2012. – 720 с. 2. Коренюк Ю. М. стойкость против образования трещин в швах, содержащих примеси Bi и Pb при сварке меди // свароч. пр-во. – 1967. – № 4. – с. 8–10. 3. Абрамович В. Р., Демянцевич В. П., Ефимов Л. А. сварка плавлением меди и сплавов на медной основе. – л.: ма- шиностроение, 1988. – 215 с. 4. Kobayashi T., Kuwana T., Ando M. et al. Gas metal-arc welding of copper // Transact. of JWS. – 1970. – 1, № 1. – P. 61–71. 5. Littleton J ., Lammas J., Jordan M. E. Nitrogen porosity in shielded gas arc welding of copper. – Weld. J. – 1974. – 53, № 2. – P. 561–566. 6. Илюшенко В. М. свариваемость технических марок меди // прогрессивные методы сварки и наплавки тяжелых цветных металлов и сплавов. – Киев: иэс им. е. о. па- тона, 1985. – с. 3–5. 7. Сварка и наплавка меди и сплавов на ее основе / сост.: В. м. илюшенко, е. п. лукьянченко. – Киев: ма «свар- ка», 2013. – с. 202–205. 8. Яцимирский В. К., Вязьмитинова О. М. поверхностная активность компонентов в сплавах и их каталитические свойства // смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел. – Киев: наук. думка , 1972. – с. 134–136. 9. Влияние паров металлов на поверхностное натяжение твердой меди /а. Г. Григорьев, В. с. альшевский, а. а. жуковицкий, ю. и. березников // там же. – с. 171–174. 10. Ниженко В. И., Флока Л. И. поверхностное натяжение ме- таллов и сплавов: справ. – м.: металлургия, 1981. – 208 с. 11. Семенченко В. К. поверхностные явления в металлах и спла- вах. – м.: Гос. изд-во техн.-эконом. лит-ры, 1957. – 491 с. 12. Влияние поверхностно-активных элементов на деформа- ционную способность никеля и монеля / В. а. аношин, с. м. Гуревич, В. м. илюшенко, В. н. баранова // авто- мат. сварка. – 1981. – № 7. – с. 46–48. 13. А. с. СССР 747662, МКИ В 23 К 28/00. способ оценки склонности металлов к образованию трещин / В. а. ано- шин, В. м. илюшенко, а. н. бондаренко и др. – опубл. 15.07.1980; бюл. № 26. 14. Пацкевич И. Р., Деев Г. Ф. поверхностные явления в сва- рочных процессах. – м.: металлургия, 1974. – 120 с. 15. Свариваемость меди, раскисленной фосфором / В. м. илюшенко, В. а. аношин, а. н. бондаренко, а. К. нико- лаев // автомат. сварка. – 1981. – № 12. – с. 59–60. поступила в редакцию 19.06.2014 рис. 3. поры в жидкой прослойке по границам кристаллитов при наличии примесей с К < 0,05 (×1250)

Комплексная оценка влияния основных примесей на свариваемость меди

Репозитарії

Схожі ресурси