Prečo nemôžeš zvárať tvrdenú oceľ?

Vytvrdená oceľ - známa svojou vysokou pevnosťou a tvrdosťou v dôsledku tepelného spracovania (napr. Zhasenie a temperovanie) - predstavuje významné výzvy pri zváraní. Aj keď nie je nemožné zvárať, je mimoriadne ťažké to urobiť bez poškodenia materiálu alebo vytvárania slabých nestabilných kĺbov. Základný problém spočíva v tom, ako teplo z zvárania interaguje s mikroštruktúrou ocele, čo vedie k kaskáde problémov. Tu je podrobné rozdelenie:
1. Čo robí tvrdenú oceľ „zatvrdnutú“?
Po prvé, je dôležité pochopiť, prečo sa tvrdená oceľ správa inak. Tvrdená oceľ dosahuje svoje vlastnosti prostredníctvom procesu tepelného spracovania:
• Zhadňovanie: vykurovacia oceľ na vysoké teploty (napr. 800 - 900 stupňov), aby sa vytvorila rovnomerná mikroštruktúra „austenitu“, potom ju rýchlo ochladila (vo vode alebo olej), aby zachytila ​​atómy uhlíka, čím sa vytvorila tvrdá, krehká fáza nazývaná martenzites.
• Táto martenzitická konštrukcia dáva tvrdenú oceľ jej vysokú tvrdosť (často 50+ HRC), ale tiež ju robí krehkou a citlivou na teplo.
2. Kľúčové dôvody zváracia kalená oceľ je problematická
Zváranie zahŕňa topenie a re - Spevňovací kov, ktorý podlieha tvrdeniu ocele na extrémne zmeny teploty. Tieto zmeny narušujú jej mikroštruktúru a vytvárajú nevyhnutné problémy:
a. Rýchle chladenie spôsobuje viac martenzitu - a praskanie
Keď sa zvarový bazén ochladí, teplo - dotknutá zóna (HAZ) - Oblasť okolo zvaru, ktorá sa neroztaví, ale je zahrievaná -, prechádza drastickými teplotnými posunmi:
• HAZ sa zahrieva nad „kritickú teplotu“ ocele (okolo 723 stupňov), čím sa jeho existujúci martenzit transformuje späť na austenit.
• Keď sa zvar ochladzuje, tento austenit sa vracia k martenzitu ešte rýchlejšie ako počas pôvodného procesu kalenia (kvôli lokalizovanej intenzívnej horúčave zvaru).
• Táto rýchla tvorba nového martenzitu spôsobuje extrémny vnútorný stres, pretože martenzit je hustejší ako austenit, čo vedie k praskaniu za studena (tiež nazývané „vodík - vyvolané praskanie“) v HAZ alebo zvaru.
b. Klenot vodíka zhoršuje praskanie
Zváranie zavádza vodík do ocele, často z vlhkosti vo vzduchu, toku alebo kontaminovaných povrchoch. Martenzitická štruktúra tvrdej ocele zachytáva tento vodík, ktorý:
• Oslabuje schopnosť kovu odolávať stresu.
• Kombinuje sa s vnútorným stresom z tvorby martenzitu, aby sa spustili trhliny, niekedy hodiny alebo dni po zváraní.
c. Strata tvrdosti v HAZ
Zatiaľ čo niektoré časti HAZ sa stávajú ťažším (a krehkejšími) z nového martenzitu, iné oblasti sa zahrievajú na teploty, ktoré „zmierňujú“ existujúci martenzit:
• Temperovanie zjemňuje martenzit a znižuje tvrdosť v týchto regiónoch.
• To vytvára v HAZ „mäkké miesto“, ktoré podkopávajú zamýšľanú pevnosť a odolnosť proti opotrebeniu ocele.
d. Krehkosť zvyšuje riziko zlomenín
Tvrdená oceľ je už krehká kvôli svojej martenzitickej štruktúre. Zváranie zhoršuje toto:
• HAZ sa stáva ešte krehkejšou z novej tvorby martenzitu alebo karbidu (ak je oceľ vysoká - uhlíka).
• Na rozdiel od ťažných kovov, ktoré sa ohýbajú pod stresom, sa táto krehká oblasť môže náhle zlomiť pri zaťažení, čo vedie k katastrofickému zlyhaniu.
3. Existuje nejaký spôsob, ako zvárať tvrdenú oceľ?
Zatiaľ čo zváracia kalená oceľ nie je nemožná, vyžaduje špecializované techniky na minimalizáciu poškodenia - a dokonca aj vtedy sú výsledky zriedka dokonalé. Bežné riešenia zahŕňajú:
• Predhrievajte oceľ: Zahrievanie celej časti na 200 - 300 stupňov pred zváraním spomaľuje ochladenie, čím sa zníži tvorba martenzitu a stres. Je to kritické, ale nevylučuje riziko.
• Používajte nízke - metódy zvárania vodíka: Vyberte procesy ako TIG (zváranie oblúka volfrámu volfrámu) s inertným tienením plynu alebo nízkym - vodíkovými elektródami, aby ste znížili absorpciu vodíka.
• Post - Weld Tepelné ošetrenie (PWHT): Po zváraní, temperamentná oceľ jej zahrievaním na 200–300 stupňov a pomaly chladenie. To zmierňuje stres a zjemňuje prebytočný martenzit, aj keď tiež znižuje celkovú tvrdosť ocele.
• Vyhnite sa úplne zváraniu: V mnohých prípadoch je lepšie zapojiť časť z žíhanej (mäkkej) ocele, najskôr ju zvárať a potom ju stvrdnúť. Tým sa zabráni poškodeniu kalenej štruktúry.
4. Prečo je často lepšie vyhnúť sa zváraniu kalenej ocele
Dokonca aj pri preventívnych opatreniach zváracia tvrdená oceľ zriedka obnovuje materiál podľa pôvodných vlastností:
• Praskliny sa môžu stále tvoriť, najmä v vysokých - stresových aplikáciách, ako sú náradie alebo štrukturálne časti.
• HAZ bude mať vždy nekonzistentnú tvrdosť, oslabenie komponentu.
• Čas a náklady na predhrievanie, špecializované vybavenie a post - ošetrenie zvaru často prevažujú nad výhodami.
Záver
Tvrdenú oceľ je veľmi ťažké úspešne zvárať, pretože zváranie narúša jej martenzitickú mikroštruktúru, vytvára vnútorný stres, zavádza vodík a spôsobuje praskanie alebo stratu tvrdosti. Aj keď sú špecializované techniky obmedzené, môžu znížiť riziká, zriedka vytvárajú kĺb tak spoľahlivý ako pôvodná oceľ. Z tohto dôvodu sa zváracia tvrdená oceľ vo všeobecnosti neodporúča, pokiaľ to nie je absolútne nevyhnutné - a dokonca si vyžaduje odborné zručnosti a starostlivé plánovanie. Vo väčšine prípadov je zváranie pred kalením (keď je oceľ stále mäkká) je oveľa bezpečnejšou alternatívou.