Определение свариваемости сталей: Практическая работа №5

Практическая работа № 5. Определение свариваемости сталей. Цель: научиться определять свариваемость для различных групп сталей в зависимости от его толщины и типа сварного соединения. Последовательность выполнения практической работы: 1. Изучить методику расчета эквивалента углерода для различных марок сталей при определении свариваемости. 2. Выписать химический состав данной стали. 3. Рассчитать \(C_{экв}\) для каждой марки стали и дать заключение о свариваемости. Свариваемость сталей оценивается по четырехклассной системе: ХС – хорошая свариваемость; УС – удовлетворительная свариваемость; ОС – ограниченная свариваемость; ПС – плохая свариваемость. Существует целый ряд методик оценки свариваемости. Одна из них: оценка свариваемости по эквиваленту углерода. Определение свариваемости стали с учетом ее химического состава определяется по формуле: \[C_э = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Ni}{15} + \frac{(Cr + Mo + V)}{10}\] (1) где C, Mn, Ni, Cr, Mo, V - %-ое содержание компонентов в стали. С учетом толщины металла поправка к эквиваленту углерода рассчитывается по формуле: \[N = 0,005 \cdot S \cdot C_э\] (2) где N – поправка к эквиваленту углерода; S – толщина свариваемого металла; \(C_э\) – эквивалент углерода; 0,005 – коэффициент толщины. Полный эквивалент углерода рассчитывается по формуле: \[C_{экв} = C_э (1 + 0,005 \cdot S)\] (3) Стали, у которых \(C_{экв} = 0,2...0,45\%\), хорошо свариваются, не требуют предварительного подогрева и последующей термообработки. Предварительный подогрев в случае необходимости может определяться по формуле: \[T_{под} = 350 \times \sqrt{(C_{экв} - 0,25)}\] --- Решение задачи и ответы на контрольные вопросы. Принимаем толщину стали \(S = 10\) мм. Для расчета эквивалента углерода \(C_э\) по формуле (1) и полного эквивалента углерода \(C_{экв}\) по формуле (3) будем использовать средние значения содержания элементов из таблицы, если указан диапазон, или максимальное значение, если указано "меньше". Таблица 1 – Химический состав сталей | Марка стали | C, % | Si, % | Mn, % | Cr, % | Ni, % | Cu, % | \(C_э\), % | \(C_{экв}\), % | Свариваемость | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | Ст3пс | 0,18 | 0,11 | 0,625 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,384 | 0,403 | УС | | 09Г2 | 0,12 | 0,27 | 1,60 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,507 | 0,532 | ОС | | 14Г2 | 0,15 | 0,27 | 1,40 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,487 | 0,511 | ОС | | 17ГС | 0,17 | 0,50 | 1,20 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,470 | 0,494 | ОС | | 09Г2С | 0,12 | 0,65 | 1,50 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,517 | 0,543 | ОС | | 10ХСНД | 0,12 | 0,95 | 0,65 | 0,7 | 0,65 | 0,45 | 0,467 | 0,490 | ОС | Расчеты для каждой марки стали: 1. Марка стали: Ст3пс C = (0,14 + 0,22) / 2 = 0,18 % Si = (0,05 + 0,17) / 2 = 0,11 % Mn = (0,40 + 0,85) / 2 = 0,625 % Cr = 0,3 % (максимальное значение из "<0,3") Ni = 0,3 % (максимальное значение из "<0,3") Cu = 0,3 % (максимальное значение из "<0,3") \[C_э = 0,18 + \frac{0,625}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{(0,3 + 0 + 0)}{10} = 0,18 + 0,104 + 0,02 + 0,03 = 0,334\%\] (Примечание: в формуле (1) нет Si и Cu, а также Mo и V не указаны в таблице для Ст3пс, поэтому принимаем их за 0 для этой марки). Однако, в методике часто используется другая формула для эквивалента углерода, которая включает Si и Cu. Если использовать формулу, которая учитывает Si и Cu, то: \[C_э = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Si}{24} + \frac{Ni}{40} + \frac{Cr}{5} + \frac{Cu}{13} + \frac{V}{14} + \frac{Mo}{4}\] Но так как в задании дана конкретная формула (1), будем использовать её. Пересчитаем \(C_э\) для Ст3пс, используя только элементы из формулы (1) и данные из таблицы: C = 0,18 % Mn = 0,625 % Ni = 0,3 % Cr = 0,3 % Mo = 0 % (не указан) V = 0 % (не указан) \[C_э = 0,18 + \frac{0,625}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{(0,3 + 0 + 0)}{10} = 0,18 + 0,10416 + 0,02 + 0,03 = 0,33416 \approx 0,334\%\] (В таблице выше я указал 0,384, это ошибка, исправляю) \[C_э = 0,18 + \frac{0,625}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{0,3}{10} = 0,18 + 0,10416 + 0,02 + 0,03 = 0,33416 \approx 0,334\%\] \[C_{экв} = C_э (1 + 0,005 \cdot S) = 0,334 \cdot (1 + 0,005 \cdot 10) = 0,334 \cdot (1 + 0,05) = 0,334 \cdot 1,05 = 0,3507 \approx 0,351\%\] Свариваемость: \(0,351\%\) находится в диапазоне \(0,2...0,45\%\), поэтому свариваемость ХС (хорошая свариваемость). 2. Марка стали: 09Г2 C = 0,12 % (максимальное значение из "<0,12") Si = (0,17 + 0,38) / 2 = 0,275 % Mn = (1,40 + 1,80) / 2 = 1,60 % Cr = 0,3 % Ni = 0,3 % Cu = 0,3 % \[C_э = 0,12 + \frac{1,60}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{(0,3 + 0 + 0)}{10} = 0,12 + 0,26666 + 0,02 + 0,03 = 0,43666 \approx 0,437\%\] \[C_{экв} = 0,437 \cdot (1 + 0,005 \cdot 10) = 0,437 \cdot 1,05 = 0,45885 \approx 0,459\%\] Свариваемость: \(0,459\%\) немного превышает \(0,45\%\), поэтому свариваемость УС (удовлетворительная свариваемость). 3. Марка стали: 14Г2 C = (0,12 + 0,18) / 2 = 0,15 % Si = (0,17 + 0,37) / 2 = 0,27 % Mn = (1,20 + 1,60) / 2 = 1,40 % Cr = 0,3 % Ni = 0,3 % Cu = 0,3 % \[C_э = 0,15 + \frac{1,40}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{(0,3 + 0 + 0)}{10} = 0,15 + 0,23333 + 0,02 + 0,03 = 0,43333 \approx 0,433\%\] \[C_{экв} = 0,433 \cdot (1 + 0,005 \cdot 10) = 0,433 \cdot 1,05 = 0,45465 \approx 0,455\%\] Свариваемость: \(0,455\%\) немного превышает \(0,45\%\), поэтому свариваемость УС (удовлетворительная свариваемость). 4. Марка стали: 17ГС C = (0,14 + 0,20) / 2 = 0,17 % Si = (0,40 + 0,60) / 2 = 0,50 % Mn = (1,0 + 1,40) / 2 = 1,20 % Cr = 0,3 % Ni = 0,3 % Cu = 0,3 % \[C_э = 0,17 + \frac{1,20}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{(0,3 + 0 + 0)}{10} = 0,17 + 0,20 + 0,02 + 0,03 = 0,42\%\] \[C_{экв} = 0,42 \cdot (1 + 0,005 \cdot 10) = 0,42 \cdot 1,05 = 0,441\%\] Свариваемость: \(0,441\%\) находится в диапазоне \(0,2...0,45\%\), поэтому свариваемость ХС (хорошая свариваемость). 5. Марка стали: 09Г2С C = 0,12 % Si = (0,50 + 0,80) / 2 = 0,65 % Mn = (1,30 + 1,70) / 2 = 1,50 % Cr = 0,3 % Ni = 0,3 % Cu = 0,3 % \[C_э = 0,12 + \frac{1,50}{6} + \frac{0,3}{15} + \frac{(0,3 + 0 + 0)}{10} = 0,12 + 0,25 + 0,02 + 0,03 = 0,42\%\] \[C_{экв} = 0,42 \cdot (1 + 0,005 \cdot 10) = 0,42 \cdot 1,05 = 0,441\%\] Свариваемость: \(0,441\%\) находится в диапазоне \(0,2...0,45\%\), поэтому свариваемость ХС (хорошая свариваемость). 6. Марка стали: 10ХСНД C = 0,12 % Si = (0,80 + 1,10) / 2 = 0,95 % Mn = (0,50 + 0,80) / 2 = 0,65 % Cr = (0,6 + 0,9) / 2 = 0,75 % Ni = (0,5 + 0,8) / 2 = 0,65 % Cu = (0,4 + 0,6) / 2 = 0,50 % \[C_э = 0,12 + \frac{0,65}{6} + \frac{0,65}{15} + \frac{(0,75 + 0 + 0)}{10} = 0,12 + 0,10833 + 0,04333 + 0,075 = 0,34666 \approx 0,347\%\] \[C_{экв} = 0,347 \cdot (1 + 0,005 \cdot 10) = 0,347 \cdot 1,05 = 0,36435 \approx 0,364\%\] Свариваемость: \(0,364\%\) находится в диапазоне \(0,2...0,45\%\), поэтому свариваемость ХС (хорошая свариваемость). --- Пересчитанная таблица с результатами: | Марка стали | C, % | Si, % | Mn, % | Cr, % | Ni, % | Cu, % | \(C_э\), % | \(C_{экв}\), % | Свариваемость | |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | Ст3пс | 0,18 | 0,11 | 0,625 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,334 | 0,351 | ХС | | 09Г2 | 0,12 | 0,275 | 1,60 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,437 | 0,459 | УС | | 14Г2 | 0,15 | 0,27 | 1,40 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,433 | 0,455 | УС | | 17ГС | 0,17 | 0,50 | 1,20 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,420 | 0,441 | ХС | | 09Г2С | 0,12 | 0,65 | 1,50 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,420 | 0,441 | ХС | | 10ХСНД | 0,12 | 0,95 | 0,65 | 0,75 | 0,65 | 0,50 | 0,347 | 0,364 | ХС | --- 4. Контрольные вопросы: Как оценивается свариваемость по эквиваленту углерода? Свариваемость по эквиваленту углерода оценивается на основе значения полного эквивалента углерода \(C_{экв}\). Если \(C_{экв}\) находится в диапазоне \(0,2...0,45\%\), сталь считается хорошо свариваемой (ХС). Если \(C_{экв}\) немного превышает \(0,45\%\), но не сильно, свариваемость может быть удовлетворительной (УС). При более высоких значениях \(C_{экв}\) свариваемость может быть ограниченной (ОС) или плохой (ПС), требующей специальных мер, таких как предварительный подогрев и последующая термообработка. Оцените свариваемость заданных сталей. На основе проведенных расчетов и принятой толщины \(S = 10\) мм: * Ст3пс: \(C_{экв} = 0,351\%\) – Хорошая свариваемость (ХС