Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой
В развитии работ по технологии электронно-лучевой сварки специальных сталей проведены исследования свойств соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М и 10Х9МФБА толщиной δм = 30 мм, выполненных одно и многопроходной электронно-лучевой сваркой горизонтальным электронным пучком на скорости vсв = 3 м...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103114 |
| 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: | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой / В.М. Нестеренков, Л.А. Кравчук, Ю.А. Архангельский // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 39-42. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859909840359391232 |
|---|---|
| author | Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. Архангельский, Ю.А. |
| author_facet | Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. Архангельский, Ю.А. |
| citation_txt | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой / В.М. Нестеренков, Л.А. Кравчук, Ю.А. Архангельский // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 39-42. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | В развитии работ по технологии электронно-лучевой сварки специальных сталей проведены исследования свойств
соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М и 10Х9МФБА толщиной δм = 30 мм, выполненных одно и
многопроходной электронно-лучевой сваркой горизонтальным электронным пучком на скорости vсв = 3 мм/с без
предварительного подогрева. Приведены результаты механических испытаний сварных соединений на разрыв и
ударную вязкость, а также характер разрушения после электронно-лучевой сварки и после нее с последующим
отпуском. Установлено, что вязкость и пластичность сварных соединений обеих жаропрочных сталей после первого
основного прохода и после второго прохода при электронно-лучевой сварке с последующим отпуском сохраняются
практически на одном уровне. Разрушение сварных соединений образцов обоих сплавов, ориентированных поперек
металла шва, происходит по основному металлу вдали от шва, вне зоны термического влияния. Поверхность
излома матовая. Образовавшийся рельеф имеет характерные признаки пластического разрушения. В результате
отпуска прочность сварных соединений обоих сплавов снижается незначительно, а вязкость и пластичность повышаются. Третий по счету проход при электронно-лучевой сварке приводит к образованию в структуре шва и
околошовной зоны дефектов в виде срединных трещин и хрупких малопластичных структур.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:02:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.72
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ МАРОК 10Х12М, 10Х9МФБА,
ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКОЙ
В. М. НЕСТЕРЕНКОВ, Л. А. КРАВЧУК, Ю. А. АРХАНГЕЛЬСКИЙ
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
В развитии работ по технологии электронно-лучевой сварки специальных сталей проведены исследования свойств
соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М и 10Х9МФБА толщиной δм = 30 мм, выполненных одно- и
многопроходной электронно-лучевой сваркой горизонтальным электронным пучком на скорости vсв = 3 мм/с без
предварительного подогрева. Приведены результаты механических испытаний сварных соединений на разрыв и
ударную вязкость, а также характер разрушения после электронно-лучевой сварки и после нее с последующим
отпуском. Установлено, что вязкость и пластичность сварных соединений обеих жаропрочных сталей после первого
основного прохода и после второго прохода при электронно-лучевой сварке с последующим отпуском сохраняются
практически на одном уровне. Разрушение сварных соединений образцов обоих сплавов, ориентированных поперек
металла шва, происходит по основному металлу вдали от шва, вне зоны термического влияния. Поверхность
излома матовая. Образовавшийся рельеф имеет характерные признаки пластического разрушения. В результате
отпуска прочность сварных соединений обоих сплавов снижается незначительно, а вязкость и пластичность по-
вышаются. Третий по счету проход при электронно-лучевой сварке приводит к образованию в структуре шва и
околошовной зоны дефектов в виде срединных трещин и хрупких малопластичных структур. Библиогр. 7, табл. 2,
рис. 3.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электронно-лучевая сварка, жаропрочные стали, сварные соединения, скорость сварки,
подогрев, отпуск, прочность, вязкость, относительное удлинение, относительное сужение, количество проходов
Одним из решающих факторов, влияющих на
темп нарастания растягивающих напряжений при
кристаллизации шва и стойкость металла сварного
соединения против образования продольных го-
рячих трещин в середине шва, является погонная
энергия сварки. Как показано в работе [1], элек-
тронно-лучевая сварка (ЭЛС) жаропрочных ста-
лей мартенситно-ферритного класса марок
10Х12М и 10Х9МФБА толщиной δм = 30 мм без
предварительного подогрева должна выполняться
на скорости vсв ≤ 3 мм/с, что соответствует по-
гонной энергии 2,56 кДж/мм. При увеличении
скорости ЭЛС по оси шва на линии стыковки
кристаллитов, растущих навстречу друг другу от
противоположных боковых границ литой зоны,
появляются продольные кристаллизационные тре-
щины («срединные» трещины) высотой 2…15 и
шириной 0,05…0,2 мм. Кроме того, с увеличе-
нием ширины шва, а также при наличии на нем
локальных расширений с нарастанием растягива-
ющих напряжений при кристаллизации шва ве-
роятность образования срединных трещин сущес-
твенно возрастает [2–7]. Для предотвращения
образования трещин необходимо обеспечить фор-
мирование более узких швов с равномерной ши-
риной по глубине проплавления.
В настоящей работе исследованы механичес-
кие свойства и характер разрушения сварных со-
единений жаропрочных сталей марок 10Х12М и
10Х9МФБА, выполненных одно- и многопроход-
ной ЭЛС без предварительного подогрева.
Контроль качества и прочностных свойств свар-
ных соединений жаропрочных сталей 10Х12М и
10Х9МФБА после ЭЛС на скорости vсв ≤ 3 мм/с
может быть выполнен путем проведения механи-
ческих испытаний в соответствии с ГОСТ 6996–66.
Для определения статических и динамических ха-
рактеристик сварных соединений данный стандарт
устанавливает формы и размеры образцов и порядок
механических испытаний.
Образцы сварных соединений жаропрочных
сталей 10Х12М и 10Х9МФБА испытывали в ис-
ходном состоянии и после отпуска. На результат
отпуска оказывают влияние температура и ско-
рость нагрева, время выдержки и скорость ох-
лаждения. Температуру нагрева выбирали исходя
из условия восстановления пластичности и вяз-
кости околошовной зоны жаропрочных сталей с
мартенситной структурой и шва до значений,
близких к основному металлу. С повышением
температуры отпуска твердость и предел проч-
ности стали понижаются, а вязкость и пластич-
ность возрастают. Время выдержки зависит от
толщины образца, исходной структуры и хими-
ческого состава стали. Таким образом, оптималь-© В. М. Нестеренков, Л. А. Кравчук, Ю. А. Архангельский, 2013
9/2013 39
ные режимы отпуска жаропрочных сталей
10Х12М и 10Х9МФБА для получения требуемых
механических параметров сварных соединений не
могут быть одинаковыми. Как видно из рис. 1,
диаграммы отпуска сварных образцов исследуе-
мых сплавов отличаются по температуре, скорос-
ти нагрева и скорости охлаждения.
Испытания сварных соединений жаропрочных
сталей 10Х12М и 10Х9МФБА на разрыв на ци-
линдрических образцах гантельного типа с диа-
метром рабочей части d0 = 6 мм проводили после
ЭЛС и после ЭЛС с последующим отпуском на
следующем режиме: Uуск = 60 кВ, Iп = 128 мА,
vсв = 3 мм/с, –ΔIф = 15 мА, dкруг = 1,5 мм, lраб =
= 200 мм. Образцы для испытаний вырезали на
половине глубины проплавления заготовок тол-
щиной δм = 30 мм при сварке горизонтальным
электронным пучком и перемещении электрон-
но-лучевой пушки в горизонтальной плоскости.
Как видно из рис. 2, образцы обоих сплавов после
ЭЛС и после ЭЛС с последующим отпуском, ори-
ентированных поперек металла шва, разрушаются
по основному металлу вдали от шва, вне зоны
термического влияния (ЗТВ): для образцов после
ЭЛС — на расстоянии 9…10 мм от оси шва, для
образцов после ЭЛС с последующим отпуском
— на расстоянии 6…6,5 мм от оси шва. Обра-
зовавшийся рельеф в месте разрушения носит
«ямочный» характер и имеет характерные приз-
наки пластического разрушения: поверхность из-
лома расположена наклонно (приблизительно под
углом 45°) по отношению к направлению нор-
мальных напряжений, поверхность излома мато-
вая, края разрушенного участка значительно де-
формированы. В результате испытаний на разрыв,
кроме величины σв, были определены также дру-
гие параметры сварного соединения: σ0,2, δ, ψ.
Для контроля динамических характеристик
сварных соединений и правильности выбора тех-
нологии сварки были проведены испытания ме-
талла шва и металла отдельных участков около-
шовной зоны на ударный изгиб (на надрезанных
образцах). Испытания проводили с использова-
нием образцов сечением 10×10 мм с полукруглым
профилем надреза для металла шва и V-образным
профилем надреза для линии сплавления с ос-
Рис. 1. Диаграмма отпуска сварных образцов из жаропрочной
10Х9МФБА (а) и 10Х12М (б) сталей (t — продолжительность
отпуска)
Рис. 2. Образцы после механических испытаний на разрыв сварных соединений из жаропрочной стали 10Х12М (а, б) и
10Х9МФБА (в, г) после ЭЛС (а, в), ЭЛС и последующего отпуска (б, г)
40 9/2013
новным металлом. Как видно на рис. 3, а, б, все
образцы из жаропрочной стали 10Х12М после
ЭЛС и после ЭЛС с последующим отпуском из-
гибаются в процессе испытания на ударную вяз-
кость в основном без полного разрушения; при
неполном разрушении образовавшийся рельеф но-
сит «ямочный» характер и имеет признаки плас-
тического разрушения. Образцы после механичес-
ких испытаний на ударную вязкость сварных со-
единений из жаропрочной стали 10Х9МФБА
(рис. 3, в, г) после ЭЛС и после ЭЛС с после-
дующим отпуском изгибаются с полным разру-
шением, поверхность излома матовая, образовав-
шийся рельеф имеет признаки пластического раз-
рушения.
Полученные данные механических свойств
сварных соединений жаропрочных сталей 10Х12М и
10Х9МФБА после ЭЛС и после ЭЛС с последу-
ющим отпуском представлены в табл. 1. В ре-
зультате отпуска прочность сварных соединений
(σв, σ0,2) снижается, а вязкость и пластичность
(KCU, KCV, ψ) повышаются. При этом влияние
отпуска на механические свойства сварных сое-
динений жаропрочной стали 10Х9МФБА сказы-
вается сильнее, что может быть обусловлено боль-
шим количеством легирующих элементов.
Пластичность испытанных образцов, оценива-
емая значением относительного сужения, для жа-
ропрочной стали 10Х12М составляет 68, для стали
10Х9МФБА — 73 %.
С целью отработки ремонтной технологии
ЭЛС жаропрочных сталей, исправления внутрен-
них дефектов сварных соединений и оценки из-
менения формы и размеров зоны проплавления,
а также прочностных характеристик были про-
ведены исследования по влиянию двух- и трех-
Рис. 3. Образцы после механических испытаний на ударную вязкость сварных соединений из жаропрочной стали 10Х12М (а,
б) и 10Х9МФБА (в, г): а — после ЭЛС (1–3 — изгиб по оси шва; 4–6 — изгиб по линии сплавления); б — после ЭЛС и
последующего отпуска (7–9 — изгиб по оси шва; 10–12 — изгиб по линии сплавления); в — после ЭЛС (13–15 — изгиб по
оси шва; 16–18 — изгиб по линии сплавления); г — после ЭЛС и последующего отпуска (19–21 — изгиб по оси шва; 22–24
— изгиб по линии сплавления)
Т а б л и ц а 1. Механические свойства сварных соединений жаропрочных сталей 10Х12М (числитель) и 10Х9МФБА
(знаменатель)
Состояние металла σв, МПа σ0,2, МПа ψ, % КСU, Дж/см2 (шов) КСV, Дж/см2 (линия сплавления)
После сварки 739/721,9 584,6/653 67/71 121,6/216,8 101,3/183,2
После сварки и термической обработки
(отпуск при 650 °С, 4 ч) 730/677,8 564/536,4 68/73 163,0/302,6 151,2/296,6
9/2013 41
кратных переплавов одного и того же шва. Под-
готовка и испытания образцов со сварными со-
единениями проводили по описанной выше ме-
тодике. Перед вторым и третьим проходами во
избежание влияния сопутствующего подогрева на
формирование лицевого и обратного валиков шва
выполняли выдержку во времени для остывания
образца до комнатной температуры. Для обеспе-
чения точности попадания сварочного электрон-
ного пучка по оси шва положение образца и прог-
рамму сварки сохраняли неизменными. Установ-
лено, что такая последовательность в выполнении
двух- и трехкратных переплавов одного и того
же шва не влияет на изменение формы и размеров
зоны проплавления, а ширина лицевого и обрат-
ного валиков шва остается практически постоян-
ной. Разрушение образцов гантельного типа обеих
сталей после двух- и трехкратных переплавов од-
ного и того же шва с последующим отпуском
происходит по основному металлу вдали от шва,
вне ЗТВ. Образовавшийся рельеф в месте разру-
шения имеет характерные признаки пластическо-
го разрушения.
Полученные данные механических свойств
сварных соединений на жаропрочных сталях
10Х12М и 10Х9МФБА при температуре испыта-
ний +20 °С в зависимости от количества проходов
сварочным электронным пучком с последующим
отпуском представлены в табл. 2. Как видно из
таблицы, вязкость и пластичность сварных сое-
динений (KCV, ψ) обеих сталей после второго
прохода и последующего отпуска сохраняются на
уровне вязкости и пластичности сварных соеди-
нений после первого прохода (см. табл. 1). Сле-
дует отметить, что образцы после механических
испытаний на ударную вязкость сварных соеди-
нений после второго прохода с последующим от-
пуском из жаропрочной стали 10Х12М изгиба-
ются с разрушением по линии сплавления пол-
ностью, а жаропрочной стали 10Х9МФБА изги-
баются с разрушением по линии сплавления, но
образцы остаются цельными.
Как видно из табл. 2 механические свойства
сварных соединений жаропрочных сталей 10Х12М
и 10Х9МФБА резко ухудшаются после третьего
прохода с последующим отпуском. Ударная вяз-
кость образцов из жаропрочной стали 10Х12М
KCV = 10,2 Дж/см2, что обусловлено образованием
дефекта в виде срединной трещины. Значение удар-
ной вязкости образцов из жаропрочной стали
10Х9МФБА составило KCV = 37,2 Дж/см2 и свя-
зано с образованием хрупких структур по линии
сплавления.
Таким образом, при ЭЛС жаропрочных сталей
10Х12М и 10Х9МФБА допускается только один
проход после первой основной сварки, так как он
не приводит к ухудшению механических свойств
сварных соединений. Вязкость и пластичность
сварных соединений обеих жаропрочных сталей
после второго прохода при ЭЛС и последующего
отпуска сохраняются на уровне вязкости и плас-
тичности сварных соединений после первого ос-
новного прохода.
1. Формирование сварных швов при электронно-лучевой
сварке жаропрочных сталей марки 10Х12М и
10Х9МФБА толщиной 30 мм / В. М. Нестеренков, Л. А.
Кравчук, Ю. А. Архангельский, А. А. Бондарев // Авто-
мат. сварка. — 2013. — № 6. — С. 39–43.
2. Effect of welding parameters and prevention of defects in
deep penetration EBW of heary section steel / T. Shida,
H. Kita, H. Okamura, Y. Kawada. — S.l., S.a. — (Intern.
Inst. of Welding; Doc. IV-239–78).
3. Кошелев Ю. В., Ковбасенко С. Н. Ширина шва как кри-
терий образования горячих трещин при электроннолуче-
вой сварке // Междунар. конф. по электроннолучевым
технологиям. — Варна, 26 мая– 2 июня 1985 г. — Со-
фия, 1985. — С. 223–228.
4. Касаткин Б. С., Ковбасенко С. Н., Нестеренко В. И. Од-
нопроходная электроннолучевая сварка конструкцион-
ных сталей больших толщин // Автомат. сварка. — 1989.
— № 4. — С. 18–27.
5. Патон Б. Е., Лесков Г. И., Живага Л. И. Специфика об-
разования шва при электроннолучевой сварке // Там же.
— 1976. — № 3. — С. 1–5.
6. Морочко В. П., Сорокин Л. И., Зорин Н. Я. Влияние ре-
жима электроннолучевой сварки на форму шва и свойс-
тва сварных соединений жаропрочных сплавов толщи-
ной 10–15 мм // Свароч. пр-во. — 1975. — № 6. —
С. 32–36.
7. Сорокин Л. И. Электронно-лучевая сварка жаропрочных
сплавов // Там же. — 1998. — № 5. — С. 9–15.
Поступила в редакцию 13.06.2013
Т а б л и ц а 2. Механические свойства сварных соединений жаропрочных сталей 10Х12М (числитель) и 10Х9МФБА
(знаменатель) при температуре +20 °С в зависимости от количества проходов при ЭЛС
Количество проходов при ЭЛС σв, МПа σ0,2, МПа ψ, % КСV, Дж/см2 (линия сплавления)
Два прохода + отпуск 728,4/660,0 562,4/524,6 66/71,5 188,3/222,0
Три прохода + отпуск 718,0/664,0 552,0/522,4 70/70,6 10,2*/37,2**
* На образце из стали 10Х12М с тремя проходами имеет место дефект в виде срединной трещины.
** На образце из стали 10Х9МФБА с тремя проходами имеет место хрупкое разрушение.
42 9/2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103114 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:02:29Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. Архангельский, Ю.А. 2016-06-14T04:42:40Z 2016-06-14T04:42:40Z 2013 Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой / В.М. Нестеренков, Л.А. Кравчук, Ю.А. Архангельский // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 39-42. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103114 621.791.72 В развитии работ по технологии электронно-лучевой сварки специальных сталей проведены исследования свойств соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М и 10Х9МФБА толщиной δм = 30 мм, выполненных одно и многопроходной электронно-лучевой сваркой горизонтальным электронным пучком на скорости vсв = 3 мм/с без предварительного подогрева. Приведены результаты механических испытаний сварных соединений на разрыв и ударную вязкость, а также характер разрушения после электронно-лучевой сварки и после нее с последующим отпуском. Установлено, что вязкость и пластичность сварных соединений обеих жаропрочных сталей после первого основного прохода и после второго прохода при электронно-лучевой сварке с последующим отпуском сохраняются практически на одном уровне. Разрушение сварных соединений образцов обоих сплавов, ориентированных поперек металла шва, происходит по основному металлу вдали от шва, вне зоны термического влияния. Поверхность излома матовая. Образовавшийся рельеф имеет характерные признаки пластического разрушения. В результате отпуска прочность сварных соединений обоих сплавов снижается незначительно, а вязкость и пластичность повышаются. Третий по счету проход при электронно-лучевой сварке приводит к образованию в структуре шва и околошовной зоны дефектов в виде срединных трещин и хрупких малопластичных структур. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой Mechanical properties of joints of heat-resistant steels of 10Kh12M, 10Kh9MFBA grades made by electron beam welding Article published earlier |
| spellingShingle | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. Архангельский, Ю.А. Производственный раздел |
| title | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой |
| title_alt | Mechanical properties of joints of heat-resistant steels of 10Kh12M, 10Kh9MFBA grades made by electron beam welding |
| title_full | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой |
| title_fullStr | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой |
| title_full_unstemmed | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой |
| title_short | Механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10Х12М, 10Х9МФБА, выполненных электронно-лучевой сваркой |
| title_sort | механические свойства соединений жаропрочных сталей марок 10х12м, 10х9мфба, выполненных электронно-лучевой сваркой |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103114 |
| work_keys_str_mv | AT nesterenkovvm mehaničeskiesvoistvasoedineniižaropročnyhstaleimarok10h12m10h9mfbavypolnennyhélektronnolučevoisvarkoi AT kravčukla mehaničeskiesvoistvasoedineniižaropročnyhstaleimarok10h12m10h9mfbavypolnennyhélektronnolučevoisvarkoi AT arhangelʹskiiûa mehaničeskiesvoistvasoedineniižaropročnyhstaleimarok10h12m10h9mfbavypolnennyhélektronnolučevoisvarkoi AT nesterenkovvm mechanicalpropertiesofjointsofheatresistantsteelsof10kh12m10kh9mfbagradesmadebyelectronbeamwelding AT kravčukla mechanicalpropertiesofjointsofheatresistantsteelsof10kh12m10kh9mfbagradesmadebyelectronbeamwelding AT arhangelʹskiiûa mechanicalpropertiesofjointsofheatresistantsteelsof10kh12m10kh9mfbagradesmadebyelectronbeamwelding |