Определить группу свариваемости указанной марки стали. Свариваемость стали, углеродный эквивалент, показатель свариваемости, параметр эквивалентного легирования. Чугуны: роль углерода и кремния Эквивалентный углерод формула

Включает в себя такие показатели, как:

1. Склонность стали к образованию холодных и в металле сварного шва или .

2. Склонность к образованию закалочных структур и изменению структуры металла в зоне термического влияния. В этой области происходит сильное укрупнение зёрен, и, как следствие, снижение прочности.

3. Физико-механические характеристики сварного соединения

4. Соответствие специальных показателей сварного соединения (таких как жаропрочность, износостойкость и др.) заданным требованиям.

Формулы углеродного эквивалента сталей и других параметрических выражений для оценки свариваемости

Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент сталей (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, т.к. очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к , применяют следующие формулы расчёта углеродного эквивалента:

Сэкв=С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, % - данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте

Сэкв=С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4, % - эта формула для определения углеродного эквивалента стали в стандартах Японии

Cэкв=C+Mn/20+Ni/15+(Cr+Mo+V)/10, % - такая формула углеродного эквивалента предлагается Британским институтом сварки

Однако, как оказалось на практике, для микролегированных сталей с пониженным содержанием углерода эти уравнения не могут охарактеризовать снижение прочности из-за роста зёрен. Немцем Дюреном была выведена формула углеродного эквивалента микролегированных сталей, которая достаточно точно характеризует их склонность к образованию холодных трещин:

Сэкв=С+Si/25+(Mn+Cu)/16+Cr/20+Ni/20+Mo/40+V/15, %

Значение углеродного эквивалента позволяет определить, к какой относится та, или иная марка, кроме того, это значение понядобится, чтобы определить температуру предварительного подогрева при . Определяется она по формуле:

где С - общий эквивалент углерода, который можно вычислить следующим образом:

С=Сэкв+Сs,

Сэкв - химический эквивалент углерода, вычисляется по формулам, приведённым выше;
Сs - эквивалент углерода, в зависимости от толщины листа, в мм. Вычисляется по формуле:

Cs=0,005*S*Сэкв.

В итоге, получаем: С=Сэкв*(1+0,005*S)

Кроме углеродного эквивалента для определения и оценки свариваемости сталей существуют несколько параметрических формул, из которых наибольшую популярность получила формула Ито-Бессио:

Рсм=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/15+5B, %

Pw=Pcм+Н/60+К/(40*104), %

Где К - коэффициент интенсивности жёсткости, который Ито и Бессио применяли при расчётах на основании данных, которые они получили при оценке свариваемости сталей с У-образной разделкой кромок.

К=Ко*S, где Ко - константа, равная 69; S - толщина листа, мм. Исследования, проведённые позже, показали, что константу Ко=69 можно применять для приблизительных определений величины К в случае, когда свариваются листы большой толщины, до 150 мм включительно.

Рсм - коэффициент, характеризующий снижение прочности вследствие структурного преобразования сплава;
Н - количество растворённого водорода в металле, образующего сварной шов, измеряется в мл/100г. В Японских стандартах величина Н=0,64, в Европейских Н=0,93.

Многочисленные измерения показали, что при Рw>0,286, то возникает риск возникновения холодных трещин в сварном соединении.

Если речь идёт об опасности образования горячих трещин в металле сварного шва, то оценить свариваемость стали по этому критерию можно при помощи показателя HCS, вычисляемого по формуле:

HCS=(C**1000)/(3Mn+Cr+Mo+V)

Если получившаяся величина HCS>4, то возникает риск образования горячих трещин. Однако, если выполняется большой толщины, то риск возникновения данного возникает уже при показателе HCS>1,6…2.

Основной способ оценки теоретической свариваемости сталей

На практике одним из основных и, зачастую, трудноопределимым дефектом сварного шва являются холодные трещины. Поэтому, наиболее популярной оценкой свариваемости стали, является определение углеродного эквивалента Сэкв по вышеуказанным формулам.

Исходя из получившейся величины, можно условно разделить стали на 4 группы свариваемости.

Чугуны являются тройными сплавами железо-углерод-кремний. Основными видами чугунов являются:
— ;
— ;
— высокопрочные чугуны с шаровидным графитом;
— ковкие чугуны.

Углерод и кремний в чугунах

Углерод находится в основном в виде графита в серых и ковких чугунах, а также в высокопрочных чугунах с шаровидным графитом. В белых чугунах углерод присутствует в виде цементита Fe 3 C.

На тип и форму углеродной фазы в чугунах влияет содержание кремния. Увеличение содержания кремния делает более трудным образование цементита и, тем самым, способствует формированию графита в серых, ковких и высокопрочных чугунах.

Углеродный эквивалент для чугунов

При работе с чугунами часто применяют понятие углеродного эквивалента. Для чугунов углеродный эквивалент СЕ имеет следующий вид:

Рисунок ниже дает графическое представление о соотношении содержания углерода и кремния в различных типах чугунов.

Рисунок 1 – Интервалы содержания углерода и кремния
для различных типов чугунов и кремнийсодержащих сталей

Заметим, что пунктирная линия вверху рисунка показывает состав любого вида чугуна, для которого СЕ = 4,3 %. Пунктирная линия внизу рисунка отражает соотношение СЕ = 2,0 % — она отделяет кремнийсодержащие стали от чугунов.

Для ясности рассмотрим железоуглеродистый сплав – чугун, в котором вообще отсутствует кремний. Тогда этот сплав содержит только железо+углерод и его расположение на графике будет ограничено содержанием углерода 4,3 %. По на рисунке 2 видно, что этот состав является в точности эвтектическим составом для сплавов железо-цементит и очень близок к эвтектическому составу сплавов железо-графит.

Рисунок – Комбинированная фазовая диаграмма железо-графит и железо-цементит

Верхняя пунктирная линия на рисунке 1 является хорошей интерпретацией изменения эвтектического состава с увеличением содержания кремния железоуглеродистых сплавах. Вообще, если чугун имеет состав, который близок к эвтектическому, доля в них аустенитных дендридов будет очень небольшой. Это значит, что когда углеродный эквивалент СЕ в чугунах падает намного ниже 4,3 %, то объемная доля твердой фазы в виде дендридов возрастает. Аналогично, когда углеродный эквивалент СЕ приближается к 4,3 %, то возрастает доля эвтектической смеси – или аустенит + графит в серых чугунах, или аустенит + цементит в белых чугунах.

Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности. Классификация литейных чугунов. Параметры структуры и свойств.

Москва-2009

Основы технологии производства чугунных отливок

Лекции

Раздел 3

Проф. Э. Б. Тен

Чугуны являются наиболее распространенным материа­лом для изготовления фасонных отливок, прежде всего машиностроительного назначения. Это обусловлено сочетанием хороших функциональных и технологи­ческих свойств с низкой себестоимости их получения. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его качества по показателям прочности и эксплуата­ционных свойств, совершествания составов и технологии получения.

Чугуны отличаются от стали тем, что при кристаллизации претерпевают эвтектическое превращение. При этом промышленные чугуны представляют собой многокомпонентные сплавы на основе железа и углерода, дополнительно содержащие постоянные и легирующие компоненты, а также примеси и газы. Железо и углерод образуют основу чугуна, поэтому являются базовыми компонентами. Постоянными компонентами чугуна являются кремний (до 4 %) и марганец (до 1 %). К легирующим компонентам относятся никель, медь, хром, молибден, ванадий и др., а также кремний и марганец сверх обычного содержания. Их вводят в чугун для улучшения параметров структуры и свойств, в том числе придания им специальных свойств. В чугуне также всегда присутствуют фосфор и сера как примеси, а также газы – водород, кислород и азот. Все компоненты, содержащиеся в промышленных чугунах, в той или иной степени сдвигают критическиие точки (вверх или вниз, вправо или влево) относительно их положения в двойной диаграмме состояния Fe-C(Fe 3 C). Поэтому положение состава промышленного чугуна на диаграмме состояния (Рис. 3.1.1), как правило, не совпадает с содежанием в нем углерода. Для оценки этого отличия используют понятия углеродного эквивалента C Э и степени эвтектичности S Э.

Рис. 3.1.1 Диаграмма состояния Fe-C (Fe 3 C).

Углеродный эквивалент C Э представляет собой показатель кажущегося содержания углерода в чугуне:

C Э = C + 0,30 Si + 0,33 P + 0,40 S + 0,25 Cu + 0,07 Ni - 0,03 (0,04) Mn (3.1.1)

Из уравнения (3.3.1) следует, что 1 % кремния, фосфора, серы, меди и никеля смещают точку эвтектики влево эквивалентно 0,30, 0,33, 0,40, 0,25 и 0,07 % углерода, а 1 % марганца, наоборот, смещает эвектическую точку вправо эквивалентно 0,03-0,04 % углерода.

Степень эвтектичности S Э представляет собой показатель положения чугуна данного состава относительно эвтектического состава:

S Э = C / (3.1.2)

По значению S Э можно оценить степень отклонения чугуна данного состава от эвтектического состава, для которого S Э = 1.

Например, чугун, который содержит 3,30 %С, 2,00 %Si, 0,10 % P, 0,07 %S, 0,03 %Cu, 0,02 %Ni и 0,70 %Mn имеет углеродный эквивалент

C Э = 3,30 + 0,30∙2,00 + 0,33∙0,10 + 0,40∙0,07 + 0,25∙0,03 + 0,07∙0,02 - 0,03∙0,70 = 4,20 %.

При этом степень эвтектичности его равна:

S Э = 3,30 / =

3,30 / = 3,30 / 3,36 = 0,98.

Это означает, что промышленный чугун с фактическим содержанием углерода 3,3 % при формировании структуры будет вести себя как Fe-C сплав с содержанием углерода 4,20 %, т. е будет иметь структуру эвтектического чугуна, поскольку степень эвтектичности его равна 0,98.

Параметры C Э иS Э позволяют пользоваться двойной диаграммой состояния Fe-C (Fe 3 C) для оценки процессов, протекающих при кристаллизации многокомпонентного чугуна.

Аустенита и соответственно понижающих температуру начала мартенситного превращения стали. Наиболее часто для определения углеродного эквивалента (Сэ) используется Международного инварианта сварки:
C э = C + Mn/6 + ( + Mo + V)/5 + ( + Ni)/15,
где C, Cr, Мо, V, Cu, Ni - массовые доли элементов в стали.
2. Показатель положения состава чугуна по отношению к эвтектической точке, характеризующий его графитизации, структуру и , - углеродный определяется по уравнению:
C э = C + 0,3(Si + Р),
где C, Р - масовые доли элементов в чугуне. При C э чугун является доэвтектическим, при C э = 4,26 - эвтектическим, при C э > 4,26 - заэвтектическим;
Смотри также:
-
-
-
-
-
-
-
-

Энциклопедический словарь по металлургии. - М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .

Смотреть что такое "углеродный эквивалент" в других словарях:

углеродный эквивалент - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN carbon equivalent valuecarbon equivalentCE …

Углеродный эквивалент - – условная величина содержания углерода, получаемая из набора основных химических элементов арматурной стали. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Cэ величина, характеризующая влияние важнейших элементов на структуру и свойства серого чугуна; определяется по формуле Cэ=Cэ+0,3(Si Р). Углеродный эквивалент алюминеев чугунов равен: Cэ=C+0,25Si+0,15Al. При Cэ4,26 заэвтектическим. Углеродный… …

УГЛЕРОДНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ С э - величина, характеризующая влияние важнейших элементов на структуру и свойства серого чугуна; определяется по формуле Cэ=Cэ+0,3(Si P). Углеродный эквивалент алюминиевых чугунов равен: Cэ=C+0,25Si+0,15Al. При Сэ<4,26 чугун является… … Металлургический словарь

углеродный эквивалент топлива - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN carbon equivalent valueCEV … Справочник технического переводчика

Множитель, учитывающий влияние элементов, способствующих превращению (ферритизации) или препятствующих этому превращению (аустенизации) в Cr Ni сталях. К аустенитообразующим элементам, т. е. действующим аналогично Ni, относятся С, N, Mn; к… … Энциклопедический словарь по металлургии

Предмет или количество, равноценные, равнозначные или соответствующие в каком либо отношении другим и могущие служить или выражением, или заменой: Смотри также: Эквивалент никеля и хрома электрохимический эквивалент хромовый… … Энциклопедический словарь по металлургии

Количество работы, эквивалентное единице количества теплоты, переданной при теплообмене. Понятие механический эквивалент теплоты возникло в связи с тем, что исторически механическую работу и количество теплоты… … Энциклопедический словарь по металлургии

Его масса (выраженная в углеродных единицах), которая присоединяет или замещает одну атомную масса водорода или половину атомной массы кислорода. В реакциях окисления восстановления химический эквивалент… … Энциклопедический словарь по металлургии

Количество вещества, подвергаемое химическому превращению на электродах в результате прохождения через электролит 1 кулона электричества. Выражается обычно в г/Кл. Электрохимический эквивалент связан с химическим… … Энциклопедический словарь по металлургии

Свариваемость - одно из главных технологических требований, предъявляемых к строительным сталям, поскольку большинство металлоконструкций являются сварными . Одним из важнейших технологических показателей свариваемости является углеродный эквивалент, далее CE (от англ. Carbon Equivalent ). Нужен он для того, чтобы оценить совместное влияние на свариваемость содержащихся в стали углерода и др. элементов, сведя их в одно значение — CE. Более высокое содержание в стали C, и таких элементов как Mn, Cr, Si, Mo, V, Cu и Ni снижают способность стали к сварке, потому как увеличивают склонность металла шва к закалке при его охлаждении: если после сварки металл шва закалится, то в результате получим различные свойства основного металла и металла сварного шва, который будет менее пластичным и более склонным к хрупкому разрушению. Поэтому часто для обеспечения хорошего качества сварного шва сталей с высоким значением CE требуется подогрев шва до или после сварки, либо и то и другое.

Существует несколько формул для оценки CE:

• При расчете по ф. (1) свариваемость считается удовлетворительной при CE <=0,45
• При расчете по формуле (2) существует подразделение для сталей различного класса прочности:
  свариваемость считается удовлетворительной при CE<=0.49 для стали класса прочности 390, и при CE<=0.50 для стали класса прочности 440
• Расчет по ф. (3). По мнению Американского общества сварщиков для CE более 0,4 в зоне термического влияния шва уже существует риск растрескивания. Соответственно, свариваемость удовлетворительная при CE <=0,4
• При расчете по ф. (4) свариваемость стали в зависимости от CE может быть определена как

< 0.35 — отличная
0.36–0.40 — очень хорошая
0.41–0.45 — хорошая
0.46–0.50 — средняя
>0.50 — плохая

• При расчете по ф. 5 значение CE <=0,3 считается оптимальным для обеспечения свариваемости. Чем-то это отдаленно напоминает ГОСТ 19281 (см. ф. 2 и примечание после таблицы), но все-таки конкретики здесь побольше.

Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985. 408 с. [см. стр. 121]

ГОСТ 535-2005, п. 4.4

ГОСТ 19281-89 п. 2.2.4

Bruneau Michel; Uang, Chia-Ming; Whittaker, Andrew Stuart. Ductile design of steel structures, 1998, McGraw-Hill Professional, 485 p [см. стр. 31].

J.F. Lancaster Metallurgy of welding — Sixth Edition. Abington Publishing. 1999 pp. 464

Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Flat rolling fundamentals, CRC Press, pp. 141–142