5.2.3. Расчетно-графическое задание № 3
Электродуговая сварка
Разработать технологический процесс ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием в нижнем положении со стыковым соединением свариваемых элементов. В табл. 3 приведены исходные данные для выполнения расчетно-графического задания № 3.
Таблица 3
Исходные данные для выполнения задания
№ варианта | Марка стали | Временное сопро - тивление при рас - тяжении в, МПа | Толщина свари - ваемой стали д, мм | Длина шва l, мм |
0 | 09Г2СД | 450 | 11,0 | 460 |
1 | 10Г2С1* | 500 | 1,5 | 400 |
2 | 08ГДН* | 400 | 2,0 | 300 |
3 | 15Г | 420 | 2,5 | 650 |
4 | 18ХГТ | 1000 | 10,0 | 270 |
5 | 15* | 400 | 3,5 | 230 |
6 | 15Г2СФ | 560 | 11,0 | 460 |
7 | 14ХГС | 500 | 4,5 | 180 |
8 | 12ГН2МФАЮ | 850 | 8,0 | 260 |
9 | 16Г2АФ | 600 | 10,5 | 500 |
10 | 12Г2СМФ | 700 | 6,0 | 240 |
* Сварное соединение работает при ударных нагрузках |
Порядок выполнения задания
1. В соответствии с номером Вашего варианта выписать из табл. 3 исходные данные для выполнения задания.
2. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями из главы 5.3.3. «Электродуговая сварка», где подробно описано, как разработать технологический процесс ручной электродуговой сварки.
3. Руководствуясь табл. 8 с расчетом основных параметров режима электродуговой сварки (для варианта 0), сделать расчет для своего варианта, пользуясь информационно-справочными данными.
5. 3. Основные теоретические сведения
5.3.1. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы железо-цементит (Fe-Fe3C). Это объясняется тем, что в технике наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы.
Компоненты в сплавах железа с углеродом
Железо. Железо находится в периодической системе в IV периоде, в восьмой группе (порядковый номер 26).
Температура плавления чистого железа равна 1539 °С, кипения – 3200 °С. Плотность – 7,874 г/см3, атомный вес – 55,85. Железо имеет две полиморфные модификации α и γ. Кристаллическая решетка Feα – ОЦК (объемноцентрированная кубическая); Feγ – ГЦК (гранецентрированная кубическая). Полиморфное превращение сопровождается изменением объема, поскольку переход 
cвязан с уменьшением компактности решетки. Различие объемов составляет около 1 %.
Углерод. Вторым основным компонентом железоуглеродистых сплавов является углерод. Углерод неметаллический элемент П периода, четвертой группы. Он занимает шестое место в периодической системе . Обладает относительно малой плотностью 2,3 г/см
, температура плавления около 3500 °С. Углерод полиморфен. В обычных условиях углерод находится в виде графита с гексагональной слоистой решеткой. Метастабильная модификация углерода – алмаз имеет кубическую решетку.
Диаграмма состояния железо-углерод должна, очевидно, охватывать все сплавы от 0 до 100 % углерода. Однако, как правило, приводится небольшой участок системы от железа до ближайшего химического соединения Fe3C. Это обусловлено тем, что практически применяются сплавы железа с углеродом (стали и чугуны) с содержанием углерода не более 5 %.
Фазы в сплавах железа с углеродом
В сплавах системы Fe-Fe3C встречаются следующие фазы: жидкий раствор, твердые растворы на основе различных кристаллических модификаций железа, химическое соединение Fe3C (цементит). На рис.1 представлена диаграмма состояния железо-цементит в фазовом виде.
Жидкая фаза представляет собой неограниченный раствор железа и углерода, распространяющийся выше линии ликвидус АСD – от 0 до 6.67 %С.
Рис.1. Фазовая диаграмма состояния железо-цементит
Твердые растворы. В данной системе имеются твердые растворы железа с углеродом на основе двух кристаллических модификаций железа. Они являются твердыми растворами внедрения, т. е. атомы железа занимают узлы пространственной решетки, а атомы углерода размещаются в междоузлиях.
Твердый раствор углерода в α-железе называется ферритом (обозначают Ф). В феррите сохраняется кристаллическая решетка α-железа – объемно-центрированный куб. Феррит занимает на диаграмме узкую область, примыкающую к железу QPG. Максимальная растворимость углерода в нем не более 0,025 %. Твердость феррита около 80–100 НВ, предел прочности σв~300 МПа; относительное удлинение δ до 40 %, а поперечное сужение Ψ до 70 %. До температуры 768°С феррит ферромагнитен, выше – парамагнитен.
Значительно большую область на диаграмме железо-углерод занимает твердый раствор углерода в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой, который называется аустенитом (обозначается А). В аустените предел растворимости углерода достигает 2,14 %. Твердость его равна 170 – 200 НВ. Аустенит обладает малой склонностью к хрупкому разрушению.
Цементит (обозначают Ц) – карбид железа Fe3C (химическое соединение железа с углеродом) содержит 6,67 %С, обладает сложной ромбической решеткой. В решетке цементита реализуются связи как ковалентные, так и металлического типа. Это подтверждается высокой твердостью (~800 НВ) и хрупкостью. Температура плавления цементита при нагреве лазерным лучом равна ~1260 °С.
Линии и точки диаграммы
Все линии диаграммы можно разделить на следующие группы: линии ликвидус – начало затвердения при охлаждении или конец плавления при нагревании; линии солидус – конец затвердевания при охлаждении и начало плавления при нагревании; линии превращения в твердом состоянии.
В табл.1 приведены основные характеристики линий диаграммы.
Таблица 4
Характеристики линий диаграммы
Индекс линий | Температурный интервал, °С | Интервал концентраций (% углерода) | Основная характеристика линии |
Линия ликвидуса | |||
АС СD | 1539° – 1147° 1147° ~ 1260° | 0 – 4,3 4,3 – 6,67 | Линия ликвидус (начало затвердевания аустенита). Линия ликвидус (начало затвердевания первичного цементита) |
Линия солидуса | |||
АЕ | 1539° – 1147° | 0 – 2,14 | Конец затвердевания аустенита |
ЕСF | 1147° | 2,14 – 6,67 | Линия эвтектического равновесия |
Линии превращения в твердом состоянии | |||
SE | 727° – 1147° | 0,8 – 2,14 | Линия ограниченной растворимости углерода в аустените. Начало выделения вторичного цементита. |
GS | 911° – 727° | 0 – 0,8 | Начало аллотропического превращения аустенита в феррит |
GP | 911° – 727° | 0 – 0,025 | Конец аллотропического превращения (аустенита в феррит) |
PSK | 727° | 0,025 – 6,67 | Линия эвтектоидного равновесия аустенита, феррита, цементита |
PQ | 727° – комн. | 0,025 – 0,0002 | Линия выделения третичного цементита |
Концентрация углерода в характерных точках диаграммы приводится в табл.5.
Таблица 5
Характеристики точек диаграммы
Индекс точки | Температура, °С | Содержание углерода, % | Характеристика |
А | 1539 | 0 | Точка затвердевания жидкого железа |
С | 1147 | 4,3 | Состав жидкой фазы при эвтектическом равновесии с аустенитом и цементитом |
Е | 1147 | 2,14 | Предельное содержание углерода в аустените. |
S | 727 | 0,8 | Состав аустенита при эвтектоидном равновесии с ферритом и цементитом |
Р | 727 | 0,025 | Предельное содержание углерода в феррите. |
Q | Комнатная | 0,0002 | Предельное содержание углерода в феррите при комнатной температуре |
Горизонтальные линии диаграммы
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
