Характеристика и классификация стали 14ХГС.

 

Классификация: Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций

Химический состав стали: Углерод – 0,14%, Кремний – 0,6%, Марганец – 1%, Никель до 0,3%, Хром -0,7%, Медь до 0,3%, Сера -0,04%, Фосфор – 0,035%

Температура критических точек: Ac₁ = 740, Ac₃= 860 , Ar₃ = - , Ar₁=-.

Термообработка: Закалка 880^oC, масло, Отпуск 540^oC, вода
Твердость материала: HB 10 ^-1 = 390 МПа
Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 207-217 и σ_в=710 МПа, К _{υ тв. спл}=0,85 и К_υб.ст=0,75
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

Свариваемость: ограниченно свариваемая

Применение: сварные конструкции

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Прокат	4		500		22
Лист	5 - 9		500	350	22

Таблица 1. Механические свойства при t =20^oС материала 14ХГС . [5]

Особенности способа сварки.

Для сварки стали, 14ХГС, применяют следующие типы электродов: ЦЛ-14, ЦЛ-18-63, ЦЛ-30-63, НИАТ-3М, УОНИ-13/85. Исходя из параметров сварки и толщины материала я выбрал электроды ЦЛ-18-63 диаметр электрода 4мм. Источник питания я выбрал Kemppi Master MLS 3500.

При сварке электрическая дуга должна быть как можно более короткой.

предварительный разогрев металла (до 300 ºС), После окончания сварки соединения должны проходить термическую обработку для обеспечения высоких механических свойств. Для этого стали подвергают закалке при температуре 880°C. Для того, чтобы избежать деформаций и напряжений при сварке, выполняют низкотемпературный отпуск.                                            

 

Задание : На массивное тело марки стали 14ХГС наплавляется валик с помощью РДС. Оценить возможность разупрочнения основного металла под действием термического цикла ручной дуговой сварки. Режимы сварки: I=140A, U=32B, V=15м/ч.

Определение скорости охлаждения при наплавке

Валика на массивное тело.

Скорость охлаждения при наплавке валика на массивное тело определяется по формуле (1):

(1)

где: λ – коэффициент теплопроводности, Дж/(см*с*град);

Т - температура наименьшей устойчивости аустенита, °С;

Т₀ - температура свариваемого изделия, °С;

q - количество тепла, вводимого дугой в изделие, Дж/с;

W_осв – скорость охлаждения металла, град/с при Тm;

V_св – скорость сварки, см/с

 

Количество тепла, вводимого дугой в изделие, q, определяется по формуле:

q = U _д I _св 𝜂_и, (2)

где U_д - напряжение на дуге, В;

I_св - сила сварочного тока, А;

𝜂_и -эффективный КПД процесса нагрева изделия дугой.

q=32*140*0.75=3360 Дж/с

Полученные результаты расчетов формулы (2) подставляем в формулу :

/с                                                 (1)

5. Расчет критической скорости охлаждения, приводящие к образованию 95 %-го ферритоперлита (ФП)

Определяется по формуле (3):

W_ФП95 ≅0,1* 0,343(C_э)^-4,1 (3)

где C_э – эквивалентное содержание углерода в стали

Эквивалентное содержание углерода,С_э, в стали рассчитывается по формуле (4):

С_э=С%+Мп%/6+(Cr+V)/%/5+Mo%/4+(Ni+Cu)%/15 (4)

С_э=0,14%+1%/6+0,7%/5+(0,3%+0,3%)/15=0.48%

Полученные результат расчета заносим в формулу (3):

W_ФП95 ≅0,1* 0,343*(0,48)^-4,1=20,27℃

Полученные результаты расчетов заносим в таблицу для сравнения скорости охлаждения при наплавке валика на массивное тело и критической скорости охлаждения.

	WФП95
120,9	20,27

В случае Woсв> WФП95 я увеличиваю температуру предварительного подогрева и вновь провожу расчеты.

Расчет температуры необходимого подогрева определяется по формуле (5):

Т_под=350 (5)

Где С_эб рассчитывается по формуле

С_эб=Сэ*(1+0,005* δ) (6)

При наплавке валика на массивное тело принять δ=0

С_эб=0.48*(1+0,005* 0)=0,48

Подставляем полученные результаты в формулу (5):

Т_под=350 =168

Заново рассчитываем скорость охлаждения при сварке с учетом предварительного подогрева, приняв в формуле (1) То=Тпод:

/с

Полученные результаты расчетов заносим в таблицу для сравнения скорости охлаждения при наплавке валика на массивное тело и критической скорости охлаждения.

	WФП95
76,3	20,27

Заново рассчитываем скорость охлаждения увеличив температуру подогрева до 450^оС

/с

Полученные результаты расчетов заносим в таблицу для сравнения скорости охлаждения при наплавке валика на массивное тело и критической скорости охлаждения.

	WФП95
18,7	20,27

Вывод : Сравнивая скорости охлаждения, видно, что скорость охлаждения, приводящая к образованию 95%-го ферритоперлита меньше скорости охлаждения при сварке. Соответственно холодные трещины в процессе сварки образовываться будут. [6]