Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин

В работе рассмотрены многослойные швы, выполненные проволокой Inconel 52, имеющие высокую чувствительность к образованию трещин провала пластичности (DDC) в зоне термического влияния (ЗТВ) и швы, выполненные проволокой Inconel 52MSS, которые оказались нечувствительными к образованию трещин данного т...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Ющенко, К.А., Маркашова, Л.И., Звягинцева, А.В., Хохлова, Ю.А., Кушнарева, О.С., Червяков, Н.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146419
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин / К.А. Ющенко, Л.И. Маркашова, А.В. Звягинцева, Ю.А. Хохлова, О.С. Кушнарева, Н.О. Червяков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 2 (750). — С. 14-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-146419
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1464192019-02-10T01:25:00Z Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин Ющенко, К.А. Маркашова, Л.И. Звягинцева, А.В. Хохлова, Ю.А. Кушнарева, О.С. Червяков, Н.О. Научно-технический раздел В работе рассмотрены многослойные швы, выполненные проволокой Inconel 52, имеющие высокую чувствительность к образованию трещин провала пластичности (DDC) в зоне термического влияния (ЗТВ) и швы, выполненные проволокой Inconel 52MSS, которые оказались нечувствительными к образованию трещин данного типа при определенном уровне скоростей деформации. Исследовали изменения структурных характеристик швов, выполненных указанными проволоками, методами трансмиссионной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа, измерения микротвердости, а также с помощью дифракции отраженных электронов. The work deals with multilayer welds made with Inconel 52 wire, which have a high sensitivity to formation of hot ductility dip cracks in the heat-affected zone, and welds made with 52MSS wire, which turned out to be insensitive to formation of this type of cracks at a certain level of strain rates. Changes of structural characteristics of welds made with the above wires were studied by the methods of transmission microscopy, X-ray microprobe analysis, microhardness measurement, as well as electron backscatter diffraction. 2016 Article Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин / К.А. Ющенко, Л.И. Маркашова, А.В. Звягинцева, Ю.А. Хохлова, О.С. Кушнарева, Н.О. Червяков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 2 (750). — С. 14-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.02.02 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146419 621.791.9:669.6 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 Ющенко, К.А. Маркашова, Л.И. Звягинцева, А.В. Хохлова, Ю.А. Кушнарева, О.С. Червяков, Н.О. Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин Автоматическая сварка
description	В работе рассмотрены многослойные швы, выполненные проволокой Inconel 52, имеющие высокую чувствительность к образованию трещин провала пластичности (DDC) в зоне термического влияния (ЗТВ) и швы, выполненные проволокой Inconel 52MSS, которые оказались нечувствительными к образованию трещин данного типа при определенном уровне скоростей деформации. Исследовали изменения структурных характеристик швов, выполненных указанными проволоками, методами трансмиссионной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа, измерения микротвердости, а также с помощью дифракции отраженных электронов.
format	Article
author	Ющенко, К.А. Маркашова, Л.И. Звягинцева, А.В. Хохлова, Ю.А. Кушнарева, О.С. Червяков, Н.О.
author_facet	Ющенко, К.А. Маркашова, Л.И. Звягинцева, А.В. Хохлова, Ю.А. Кушнарева, О.С. Червяков, Н.О.
author_sort	Ющенко, К.А.
title	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин
title_short	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин
title_full	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин
title_fullStr	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин
title_full_unstemmed	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин
title_sort	особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/146419
citation_txt	Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин / К.А. Ющенко, Л.И. Маркашова, А.В. Звягинцева, Ю.А. Хохлова, О.С. Кушнарева, Н.О. Червяков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 2 (750). — С. 14-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT ûŝenkoka osobennostimikrostrukturymnogoslojnyhšvovsrazličnojčuvstvitelʹnostʹûkobrazovaniûgorâčihtreŝin AT markašovali osobennostimikrostrukturymnogoslojnyhšvovsrazličnojčuvstvitelʹnostʹûkobrazovaniûgorâčihtreŝin AT zvâgincevaav osobennostimikrostrukturymnogoslojnyhšvovsrazličnojčuvstvitelʹnostʹûkobrazovaniûgorâčihtreŝin AT hohlovaûa osobennostimikrostrukturymnogoslojnyhšvovsrazličnojčuvstvitelʹnostʹûkobrazovaniûgorâčihtreŝin AT kušnarevaos osobennostimikrostrukturymnogoslojnyhšvovsrazličnojčuvstvitelʹnostʹûkobrazovaniûgorâčihtreŝin AT červâkovno osobennostimikrostrukturymnogoslojnyhšvovsrazličnojčuvstvitelʹnostʹûkobrazovaniûgorâčihtreŝin
first_indexed	2025-07-10T23:57:26Z
last_indexed	2025-07-10T23:57:26Z
_version_	1837306322454839296
fulltext	НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИЙ РАЗДЕЛ 14 I 000 -111 АВТОМАТИ ЕСКА СВАРКА, 2 0 , 2016 УДК 621.791.9:669.6 осоБеННости миКРостРУКтУРы мНогослойНых шВоВ с РаЗличНой чУВстВительНостью К оБРаЗоВаНию гоРячих тРещиН* К.А. ЮЩЕНКО, Л.И. МАРКАШОВА, А.В. ЗВЯГИНЦЕВА, Ю.А. ХОХЛОВА, О.С. КУШНАРЕВА, Н.О. ЧЕРВЯКОВ иэс им. е.о. патона НаН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua В работе рассмотрены многослойные швы, выполненные проволокой Inconel 52, имеющие высокую чувствительность к образованию трещин провала пластичности (DDC) в зоне термического влияния (ЗтВ) и швы, выполненные проволокой Inconel 52MSS, которые оказались нечувствительными к образованию трещин данного типа при определенном уровне скоростей деформации. исследовали изменения структурных характеристик швов, выполненных указанными прово- локами, методами трансмиссионной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа, измерения микротвердости, а также с помощью дифракции отраженных электронов. Библиогр. 9, табл. 2, рис. 8. К л ю ч е в ы е с л о в а : многослойная наплавка, трещины провала пластичности, никелевые сплавы, плотность дис- локаций, энергия дефекта упаковки, микротвердость прогнозирование и управление структурой и свойствами металлических материалов и сварных конструкций из них требуют многоуровневого ие- рархического подхода к твердому телу как к сово- купности взаимосвязанных подсистем, таких как: электронная подсистема; кристаллическая решет- ка, структура которой определяется электронной подсистемой; подсистема дефектов кристалличе- ской решетки; поверхностные слои; все внутрен- ние поверхности раздела; отдельные фазовые под- системы в сложных гетерогенных средах [1]. На современном этапе построение многоуров - невой модели деформируемого твердого тела на - ходится на активной стадии своего развития. при этом экспериментально исследуются основные характеристики отдельных подсистем, их функ - циональные взаимосвязи, закономерности их са - мосогласованного изменения в различных полях внешних воздействий (механических, тепловых, электрических, радиационных и др.). В данной работе рассмотрены изменения структуры под действием сварочного цикла для многослойных наплавок, выполненных проволо - ками с различной чувствительностью к образова - нию горячих трещин. известна высокая чувствительность к обра - зованию трещин провала пластичности (DDC) в сварных соединениях никелевых сплавов типа Inconel 690, согласно которой трещины фор - мируются в температурном интервале около 700...1000 ºс по большеугловым миграционным границам аустенитных зерен преимущественно в многопроходных швах [2–4]. при этом механи - ческие испытания на установке «ала-тоо» (типа Gleeble) показывают различия в склонности к об - разованию провала пластичности. так, сварные соединения, выполненные проволокой Inсonel 52, имеют пониженные значения относительного уд - линения δ в интервале температур 600…1000 ºс в отличие от сварных соединений, выполненных проволокой Inсonel 52MSS, у которых провал пла- стичности в соответствующем интервале темпера- тур незначителен [3]. В связи с возникающими проблемами, связан - ными с оценками свойств сварных соединений, предложены работы в плане моделирования усло- вий сварки для многопроходных швов в сварных конструкциях, которые выполняли шестипроход - ными наплавками на пластины из сплава Inconel 690 размерами (6...8)×40×200 мм в предваритель - но выстроганные канавки. химический состав сварочных проволок и ос - новного металла приведен в табл. 1. сам процесс автоматической сварки в разделку с использованием проволоки диамером 0,9 мм вы- полняли неплавящимся электродом в среде аргона на режимах: Uд = 10,5 В; vподачи = 75 м/ч; fколеб = = 60 колеб/мин; Аколеб = 25 мм; vсв = 6 м/ч, указан- ных на рис. 1. В данных условиях выбранные режимы сварки обеспечивали оптимальное формирование каждо- го валика многослойного шва при отсутствии под- *по материалам работы, выполненной в рамках целевой комплексной программы НаН Украины «проблеми ресурсу і безпе- ки експлуатації конструкцій, споруд та машин» (2013–2015 рр.). © К.а. ющенко, л.и. маркашова, а.В. Звягинцева, ю.а. хохлова, о.с. Кушнарева, Н.о. червяков, 2016 НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИЙ РАЗДЕЛ 15I 000 -111 АВТОМАТИ ЕСКА СВАРКА, 2 0 , 2016 резов и несплавлений между валиками и мини - мальном проплавлении предыдущего шва. Для соответствующих испытаний на установ - ке PVR-Test c переменной скоростью деформиро - вания во время сварки в пределах 0...12 мм/мин из наплавленных пластин изготавливали образцы (строжка и шлифовка до размеров 340×180×3 мм). методика и результаты испытаний описаны в ра - боте [5]. В плане последующего анализа условий возник- новения и характера распространении трещин DDC в сварном шве, выполненном проволоками Inconel 52MSS и Inconel 52, на первом этапе были прове- дены экспериментальные исследования зеренной структуры в ЗтВ сварного шва с помощью скани- рующего растрового электронного микроскопа с использованием EDX и CCD–детектора. при этом методами EDX исследовали химическую неодно- родность ячеистой структуры металла швов Inconel 52MSS и, для сравнения, металла швов Inconel 52, нелегированных Mo и Nb (рис. 2, 3). исследованиями установлено, что в швах Inconel 52, в которых содержание Mo и Nb мини - мальное (общее содержание Mo и Nb составляет ~0,7 %), химическая неоднородность значитель - но меньше, что способствует образованию тре - щин провала пластичности. В то же время, в от - дельных участках шва проволоки Inconel 52MSS содержание Nb и Mo увеличивается в ~ 2...4 раза по сравнению с общим содержанием (Mo и Nb по- рядка 6 %). На следующем этапе исследований с целью из- учения тонкой (дислокационной) структуры ме - талла различных зон сварного соединения, в том числе и характера субструктуры, деталей межзе - ренных, субзеренных границ и других параметров структуры, использовали метод просвечивающей (трансмиссионной) электронной микроскопии. прямые исследования тонкой структуры на про - свет выполнены на установке JEM-200сх (фирмы «JEOL») при ускоряющем напряжении 200 кВ. В данном случае оценка скалярной плотности и ха- рактера распределения дислокаций (рис. 4) вы - полнялась с использованием метода секущих. при этом конкретные значения плотности дислокаций ρ определяли по зависимости: 1 2 , 1 2 n nM t L L ρ = ÷       (1) Т а б л и ц а 1 . Химический состав сварочных проволок и основного металла, мас. % марка сплава C Mn Ni Cr Fe Nb Mo Ti S P Al Si In 690 0,025 0,24 основа 29,72 10,3 - - 0,28 0,002 0,005 0,87 0,32 In 52 0,026 0,31 - " - 28,8 8,5 0,03 0,03 0,51 0,001 0,004 0,72 0,12 In 52MSS 0,024 0,29 - " - 30,3 7,2 2,52 3,51 0,25 0,0008 0,0006 0,22 0,15 Рис. 1. Режимы автоматической сварки Рис. 2. Концентрационные изменения химических элементов (Cr, Ni, Nb, Mo) в исследуемых участках металла сварных щвов, выполненных проволокой Inconel 52MSS в аргоне. Наблюдается химическая неоднородность по Nb и Mo НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИЙ РАЗДЕЛ 16 I 000 -111 АВТОМАТИ ЕСКА СВАРКА, 2 0 , 2016 где М, t — увеличение и толщина фольг; n1, n2 — число пересечений с горизонтальными и верти- кальными линиями соответственно; L1, L2 — сум- марная длина горизонтальных и вертикальных линий. Все результаты по оценке плотности дис- локаций в металле шва (как при использовании проволоки Inconel 52 MSS, так и с Inconel 52) в разных участках структуры, а именно — во вну- тренних объемах зерна, вдоль межзеренных, а также субзеренных границ представлены в табл. 2. Фазовый состав выделений, формирующихся в зоне сварки, определяли методами микродифрак - ционного анализа. Детальные исследования характера дислока - ционной структуры позволили выполнить также и оценку таких параметров дефектообразования, как энергия дефектов упаковки (эДУ), которая является показателем условий образования структурных де- фектов и может характеризовать склонность иссле- дуемого материала к образованию горячих трещин. Значения энергии дефекта упаковки определя - ли в данном случае по ширине расщепления дис- локаций, а ширину дефекта упаковки определяли прямым измерением на структурных изображени- ях, полученных при исследовании тонкой струк - туры на просвет. Конкретные значения эДУ опре- деляли согласно зависимости [6, 8]: 2 0 (2 ) ,8 (1 ) b d µ − ν γ = π − ν (2) где ν — коэффициент пуассона; b — вектор Бюр- герса; γ — энергия дефекта упаковки; μ — модуль сдвига; d0 — ширина расщепления дислокаций (расстояние между частичными дислокациями). В результате исследований в данном направле- нии установлено, что в металле шва при исполь - зовании проволоки Inconel 52 MSS (в состоянии без трещин) ширина расщепления дислокаций Рис. 3. Концентрационные изменения химических элементов (Cr, Ni, Nb, Mo) в исследуемых участках металла сварных швов, выполненных проволокой Inconel 52 в аргоне. химическая неоднородность не наблюдается Рис. 4. характер распределения дислокаций в металле шва: а — в сплаве Inconel 52 MSS (равномерное распеределение с невысокой плотностью); б — в сплаве Inconel 52 (увеличение плотности дислокаций при градиентном ее распределении), ×30000 Т а б л и ц а 2 . Значения плотности дислокаций ρ во вну- тренних объемах зерен и вдоль межзеренных и субзерен- ных границ металла шва при использовании проволоки различного легирования Участки структуры плотность дислокаций ( ρ, см–2) Inconel 52 MSS Inconel 52 объем зерна 108…109 2·109…8·1010 субграница зерна 109 9·1010 граница зерна (6…7)·109…1010 1011…2,2·1011 (редко 3·1011) НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИЙ РАЗДЕЛ 17I 000 -111 АВТОМАТИ ЕСКА СВАРКА, 2 0 , 2016 (как в объеме зерен, так и у межзеренных гра - ниц) составляет 0,045…0,07 мкм (рис. 4, а), что соответствует значению энергии упаковки γэДУ порядка ~ 0,091Дж/м2 (рис. 5). следует при этом отметить, что в данном металле шва повышенное содержание Mo (3,51 %) и Nb (2,51 %) снижает значение энергии дефектов упаковки, что и при - водит к повышению трещиностойкости исследу - емого металла. Для более детального анализа характера распро- странения трещин DDC в сварном шве, выполнен- ном проволоками Inconel 52MSS и Inconel 52, были проведены экспериментальные исследования зерен- ной структуры вблизи трещины в ЗтВ сварного шва с помощью сканирующего растрового электронного микроскопа фирмы «Zeiss» EVO-50 с использовани- ем CCD–детектора. Карты кристаллографической ориентации зерен (рис. 6) для каждого исследуемого образца свидетельствуют о том, что трещины прова- ла пластичности в ЗтВ сварного соединения распро- страняются по большеугловым границам (рис. 7), что также подтверждается в работе [9]. что же касается образцов, выполненных про - волокой Inconel 52MSS, то в области ЗтВ об - разцов такого типа трещин не обнаружено. До - полнительными исследованиями субструктуры отмечено наличие по телу зерен большого коли - чества малоугловых границ с разориентировкой фрагментов 2...4º. В швах Inconel 52 малоугловые границы практически отсутствуют. статистиче - ские исследования мест распространения трещин провала пластичности в ЗтВ показали, что тако - го типа дефекты распространялись в основном по границам зерен с ориентацией преимущественно <111> и <101> либо по границам зерен с ориента- цией <100>. Рис. 5. изменение энергии дефектов упаковки Рис. 6. Фрагменты ориентации кристаллитов (обратная полюсная фигура) металла ЗтВ сварных швов, выполненных прово - локами Inconel 52 (а) и Inconel 52MSS (б). прямоугольниками отмечены места, где проводилось измерение микротвердости Рис. 7. Кристаллографическая картина расположения трещин в металле ЗтВ сварного соединения Inconel 52. стрелками по- казаны трещины по границам зерен НАУ НО-ТЕ НИ ЕСКИЙ РАЗДЕЛ 18 I 000 -111 АВТОМАТИ ЕСКА СВАРКА, 2 0 , 2016 Далее на зеренных структурах с известными кристаллографическими направлениями были из- мерены модули упругости и микротвердость. Цель эксперимента — изучение механических и кри - сталлографических изменений в процессе пласти- ческой деформации поликристаллического нике - левого сплава и оценка локализации пластической деформации в пределах нескольких зерен методом микроиндентирования. при этом измерения микро- твердости проводили на микроиндентометре ми- крон–гамма с использованием нагрузки 5 и 10 г. Результаты измерений показали значения микрот- вердости для Inconel 52 в пределах 2,8...5,5 гпа, в то время как значения микротвердости для образца, выполненного проволокой Inconel 52MSS, имеют больший разброс значений — 2,9...7,0 гпа (рис. 8). Выводы В результате исследований многослойных напла- вок, выполненных проволоками с различной чув- ствительностью к образованию горячих трещин, показано, что микроструктурные составляющие и их изменения под действием сварочного терми- ческого цикла значительно влияют на стойкость сварных соединений к образованию горячих тре- щин. В швах Inconel 52, в которых содержание Mo и Nb минимально (общее содержание Mo + Nb = = 0,7 %), химическая неоднородность существен - но уменьшается, что способствует возникновению трещин DDC. В то же время в отдельных участках шва Inconel 52MSS, где содержание Nb и Mo воз - растает в 2...4 раза по сравнению с общим содер - жанием (Mo + Nb = 6 % ), трещины в швах данно- го типа отсутствуют. Установлено, что тонкая структура металла швов при использовании проволоки Inconel 52 характеризуется более высокой плотностью дис - локаций, особенно у границ зерен (порядка до ρ ~1011…2,2·1011 см–2). отсутствие трещин в металле шва в случае ис- пользования проволоки Inconel 52 MSS связано с равномерным (без градиентов) распределением плотности дислокаций, а также снижением значений энергии дефектов упаковки γэДУ (до ~ 0,091 Дж/м2). трещины провала пластичности в ЗтВ свар - ных соединений распространяются, как правило, вдоль большеугловых границ зерен. Результаты измерений микротвердости швов, выполненных проволокой Inconel 52, показали значения в пределах 2,8...5,5 гпа, в то время как значения микротвердости для образца, выполнен- ного проволокой Inconel 52MSS, имеют больший разброс — от 2,9 до 7,0 гпа. 1. Панин В.Е., Егорушкин В.Е. Неравновесная термодина- мика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. Корпускулярно-волновой дуализм пластиче- ского сдвига // Физическая мезомеханика. – 2008. – № 11. – с. 9–30. 2. In situ scanning electron microscopy high temperature deformation experiments to study ductility dip cracking of Ni–Cr–Fe alloys / E.A. Torres, F.G. Peternella, R. Caram, A.J. Ramírez // In-situ Studies with Phonons, Neutrons and Electrons Scattering; Ed. by T. Kannengiesser et al. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. – P. 28. 3. Comparative hot cracking evaluation of welded joints of alloy 690 using filler metals Inconel® 52 and 52 MSS / K. Yushchenko, V. Savchenko, N. Chervyakov at al. // Welding in the World. – 2011. – 55, № 9/10. – P. 28–35. 4. Lippold J.C., Kotecki D.J. Welding metallurgy and weldability of stainless steels, copyright // John Wiley&Sons. — 2005. 5. Исследование склонности к образованию трещин аусте- нитного материала с использованием методики PVR-Test / К.а. ющенко, В.с. савченко, Н.о. червяков и др. // ав- томат. сварка. – 2014. – № 6-7. – с. 13–16. 6. Электронная микроскопия тонких кристаллов / п. хирш, а. хови, Р. Николсон и др. – м.: мир, 1968. – 574 с. 7. Томас Г. электронная микроскопия металлов. – м.: изд. иностр. лит., 1963. – 351 с. 8. Горелик С.С., Ростаргуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгено- графический и электрооптический анализ. – м.: метал- лургия, 1970. – 370 с. 9. Collins M.G., Ramirez A.I., Lippold J.C. An investigation of ductility-dip cracking in nikel-based weld metals-Part III // Welding J. – 2004. – № 2. – Р. 39–49. поступила в редакцию 22.12.2015 Рис. 8. Значения микротвердости HM, гпа и модуля упруго - сти E, гпа для ЗтВ сварных соединений, выполненных про - волоками Inconel 52 (а) и Inconel 52MSS (б)

Особенности микроструктуры многослойных швов с различной чувствительностью к образованию горячих трещин

Institution

Ähnliche Einträge