De ce nu poți suda oțel întărit?

Oțelul întărit - cunoscut pentru rezistența și duritatea sa ridicată datorită tratamentului termic (de exemplu, stingerea și temperarea) - prezintă provocări semnificative în sudare. Deși nu este imposibil de sudat, este extrem de dificil să faci acest lucru fără a deteriora materialul sau crearea de articulații slabe și instabile. Problema de bază constă în modul în care se interacționează căldura din sudură cu microstructura oțelului, ceea ce duce la o cascadă de probleme. Iată o defalcare detaliată:
1. Ce face din oțel întărit să se întărească?
În primul rând, este esențial să înțelegem de ce oțelul întărit se comportă diferit. Oțelul întărit își realizează proprietățile printr -un proces de tratare termică:
• Schemă: încălzirea oțelului la temperaturi ridicate (de exemplu, 800–900 grade) pentru a forma o microstructura uniformă „austenită”, apoi răcirea rapidă a acesteia (în apă sau ulei) pentru a captura atomii de carbon, creând o fază dură, fragilă, numită martensită.
• Această structură martensitică oferă oțelului întărit duritatea ridicată (adesea 50+ hrc), dar o face și fragilă și sensibilă la căldură.
2. Motivele cheie pentru sudarea oțelului întărit este problematic
Sudarea implică topirea și re - solidificarea metalului, care subliniază oțelul întărit până la modificări extreme de temperatură. Aceste modificări perturbă microstructura sa și creează probleme inevitabile:
o. Răcirea rapidă provoacă mai mult martensite - și crăpătură
Când piscina de sudură se răcește, căldura - zona afectată (HAZ) - zona din jurul sudurii care nu se topește, dar este încălzită - suferă schimbări drastice de temperatură:
• HAZ este încălzit deasupra „temperaturii critice” a oțelului (în jur de 723 grade), transformându -și martensitul existent înapoi în austenită.
• Pe măsură ce sudura se răcește, acest austenite revine la martensit chiar mai repede decât în ​​timpul procesului inițial de întărire (datorită căldurii intensă, intensă a sudurii).
”
b. Embrittlement de hidrogen agravează fisurarea
Sudarea introduce hidrogenul în oțel, adesea din umiditate în aer, flux sau suprafețe contaminate. Structura martensitică a oțelului întărit prinde acest hidrogen, care:
• Slăbește capacitatea metalului de a rezista stresului.
• Se combină cu stresul intern de la formarea martensitei la fisuri declanșatoare, uneori ore sau zile după sudură.
C. Pierderea durității în HAZ
În timp ce unele părți ale HAZ devin mai grele (și mai fragile) din noile martensite, alte zone sunt încălzite până la temperaturi care „tempera” martensitul existent:
• Temperarea înmoaie martensitul, reducând duritatea în acele regiuni.
• Acest lucru creează un „punct moale” în HAZ, subminând rezistența intenționată a oțelului și rezistența la uzură.
D. Brittleness crește riscul de fractură
Oțelul întărit este deja fragil datorită structurii sale martensitice. Sudarea exacerbează acest lucru:
• HAZ devine și mai fragil din formarea noului martensite sau carbură (dacă oțelul este ridicat - carbon).
• Spre deosebire de metalele ductile, care se apleacă sub stres, această regiune fragilă se poate fractura brusc sub sarcină, ceea ce duce la o defecțiune catastrofală.
3. Există vreo modalitate de a suda oțel întărit?
În timp ce oțelul întărit nu este imposibil, este nevoie de tehnici specializate pentru a minimiza daunele - și chiar și atunci, rezultatele sunt rareori perfecte. Soluții comune includ:
• Preîncălziți oțelul: încălzirea întregii părți la 200-300 de grade înainte de sudare încetinește răcirea, reducând formarea și stresul martensitei. Acest lucru este critic, dar nu elimină riscul.
• Utilizați metode scăzute - de sudare cu hidrogen: alegeți procese precum TIG (sudare cu arc de tungsten cu gaz) cu ecranare a gazului inert, sau scăzut - electrozi de hidrogen, pentru a reduce absorbția hidrogenului.
• Post - Tratamentul de căldură de sudură (PWHT): După sudare, tempera oțelul încălzindu -l la 200–300 grade și răcirea lent. Acest lucru scutește stresul și înmoaie excesul de martensite, deși reduce și duritatea generală a oțelului.
• Evitați sudarea cu totul: în multe cazuri, este mai bine să preparați partea din oțelul acoperit (moale), să o sudați mai întâi, apoi să o întăriți după aceea. Acest lucru evită deteriorarea structurii întărite.
4. De ce este adesea mai bine să evitați sudarea oțelului întărit
Chiar și cu precauții, sudarea oțelului întărit restabilește rar materialul la proprietățile sale originale:
• Crăpăturile se pot forma în continuare, în special în aplicații de stres ridicate -, cum ar fi unelte sau piese structurale.
• Haz va avea întotdeauna o duritate inconsistentă, slăbind componenta.
• Timpul și costul preîncălzirii, echipamentele specializate și postarea - Tratamentul de sudură depășesc adesea beneficiile.
Concluzie
Oțelul întărit este extrem de dificil de sudat cu succes, deoarece sudarea perturbă microstructura martensitică, creează stres intern, introduce hidrogen și provoacă fisurarea sau pierderea durității. Deși tehnicile limitate, specializate pot reduce riscurile, ele produc rar o articulație la fel de fiabilă ca oțelul original. Din acest motiv, sudarea oțelului întărit nu este, în general, recomandat, cu excepția cazului în care este absolut necesar - și chiar atunci, necesită o abilitate expertă și o planificare atentă. În cele mai multe cazuri, sudarea înainte de întărire (când oțelul este încă moale) este alternativa mult mai sigură.