Schaeffler, De Long และ WRC ไดอะแกรมการเชื่อม - เหล็กชนิดใดที่สามารถใช้ได้?


6

ฉันกำลังทำงานกับโปรแกรมง่าย ๆ ที่จะช่วยให้ช่างเชื่อมนับจำนวนเฟอร์ไรต์ออสเทนไนท์และอื่น ๆ ที่มีอยู่ในงานเชื่อม ฉันมุ่งเน้นไปที่สแตนเลส

ฉันตัดสินใจใช้กราฟ 3 ตัว: Schaeffler, De Long และ WRC สิ่งที่ฉันไม่รู้ก็คือวัสดุใดที่ฉันสามารถใช้กราฟแต่ละตัวเหล่านี้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้

ฉันเชื่อว่าในแต่ละชาร์ตเหล่านั้นฉันสามารถใช้เหล็ก Cr-Ni เท่านั้น ฉันถูกไหม? นอกจากนี้มาตรฐานในประเทศของฉัน (PL) ที่เกี่ยวกับเหล็กกล้าไร้สนิมก็แยกพวกมันออกเป็นกลุ่มเช่น: เหล็กเฟอริติก, เหล็กออสเทนนิติก, เหล็กเฟอริติก - ออสเทนนิติก, เหล็กมาร์เทนซิติกและเหล็กทนความร้อน เหล็กกลุ่มใดที่ฉันสามารถใช้ในไดอะแกรมสามรูปที่ฉันพูดถึง


TL; DR กลุ่มเหล็กใดที่สามารถใช้ใน Schaeffler, De Long, แผนภาพ WRC เพื่อให้ได้องค์ประกอบของเฟสการเชื่อม?


โปรแกรม "ง่าย" สำหรับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์ที่ซับซ้อนเช่นการพัฒนาโครงสร้างจุลภาคนั้นยากที่จะผลิตด้วยความแม่นยำ พวกเขาจะทำงานเมื่อสมมติฐานของแบบจำลองอย่างง่ายที่พวกเขาอยู่บนพื้นฐานของความเป็นจริง พวกเขาควรจะใช้สำหรับการประเมิน ballpark เท่านั้น อุตสาหกรรมทั้งหมดผุดขึ้นมาทำนายคุณสมบัติของโครงสร้างจุลภาคอย่างถูกต้องในรูปแบบของ Calphad หรือการคำนวณเฟสไดอะแกรมและเงินทุนจำนวนมากถูกนำไปใช้ในการวิจัยการเชื่อม แต่อย่าปล่อยให้มันหยุดคุณแบบจำลองง่ายๆยังคงมีประโยชน์อย่างไม่น่าเชื่อ!
starrise

คำตอบ:


6

คุณไม่ถูกต้อง วัตถุประสงค์ของ Cr และ Ni ในสแตนเลสนอกเหนือจากส่วนที่เป็นสแตนเลสคือปรับโครงสร้างจุลภาค Cr ส่งเสริมเฟอร์ไรต์ Ni ส่งเสริมออสเทนไนต์ องค์ประกอบอื่น ๆ มีผลกระทบที่คล้ายกันและจะต้องนำมาพิจารณา ระวังคุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงการก่อตัวของคาร์ไบด์และลดความเชื่อมได้

กราฟที่แตกต่างกันสามแบบจะพล็อตชุดต่างกันสามชุด แชฟฟ์เลอร์บัญชีสำหรับ Ni / C / Mn เทียบกับ Cr / Mo / Si / Nb De Long บัญชีสำหรับไนโตรเจนเป็นอีก Ni เทียบเท่า แผนภาพไดอะแกรม WRC สำหรับ Ni / C / N / Cu และ Cr / Mo / Nb อัตราส่วนประสิทธิภาพแตกต่างกันในกราฟที่แตกต่างกัน เกิดอะไรขึ้น ในระหว่าง สิ่งที่ต่างกันเหล่านี้คือ ไม่ ชัดเจนดังนั้นให้ระมัดระวังการสร้างแบบจำลองการผสมที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกราฟใดกราฟหนึ่ง ยกตัวอย่างเช่นคุณมีทั้ง Cu และ Si กราฟไม่สามารถระบุได้ว่าโครงสร้างจุลภาคใดจะเกิดขึ้น โปรแกรมของคุณสามารถทำการแก้ไขได้ แต่คุณควรเตือนผู้ใช้ที่คุณทำเช่นนั้นและผลลัพธ์อาจไม่ถูกต้อง

องค์ประกอบโครงสร้างจุลภาค

แต่ละไดอะแกรมมีสองแกนและจุดในพื้นที่ไดอะแกรมสอดคล้องกับโครงสร้างจุลภาคที่คาดหวัง แต่ละแกนสัมพันธ์กัน โครเมียมเทียบเท่า หรือ เทียบเท่านิกเกิล ซึ่งโดยปกติแล้วจะมีตัวแรกบนแกนนอนและหลังบนแกนแนวตั้ง ในเหล็กโครเมียมเป็น เหล็กกันโคลง ซึ่งหมายความว่าเหล็กที่อุดมด้วยโครเมียมจะมีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างจุลภาคเฟอร์ริติก ในทางตรงกันข้ามนิกเกิลเป็น austenite stabilizer และเหล็กที่มีนิกเกิลมากจะทำให้เกิดออสเทนไนต์ ตามธรรมชาติแล้วแผนภาพทั้งสามนี้แสดงถึงสิ่งนี้โดยที่บริเวณด้านซ้ายบนมีค่า Ni สูงเทียบเท่า Cr ต่ำและ austenite สูงและพื้นที่ล่างขวามีทิศตรงกันข้าม ดูแผนภาพ Schaeffler ด้านล่าง (อีกสองรายการมีลักษณะโดยรวมที่คล้ายกัน)

Schaeffler Diagram

แนวคิดที่อยู่เบื้องหลังที่เทียบเท่าคือมันให้การประเมินผลกระทบขององค์ประกอบการผสมที่แตกต่างกันในการรักษาเสถียรภาพของเฟอร์ไรต์หรือออสเทนไนต์ องค์ประกอบบางอย่าง "ดีกว่า" ในการทำให้โครงสร้างทางจุลภาคมั่นคงกว่าคนอื่น ๆ ยกตัวอย่างเช่นคาร์บอนมีความเสถียรของออสเทนไนท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่านิกเกิลถึง 30 เท่าในขณะที่แมงกานีสนั้นมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับนิกเกิลเพียงครึ่งเดียว แน่นอนว่าถ้าคุณต้องการออสเทนไนท์คุณจะไม่สามารถบรรจุเหล็กด้วยคาร์บอนได้ไม่อย่างนั้นมันจะเปราะและยากต่อการใช้งาน ความจริงที่ว่าองค์ประกอบต่าง ๆ มีประสิทธิภาพแตกต่างกันคือสิ่งที่ช่วยให้วิศวกรสามารถปรับแต่งคุณสมบัติของเหล็ก

ดังที่ระบุไว้ในแกนในแผนภาพนี้โดยเฉพาะ Cr และ Ni ที่เทียบเท่านั้นมีมากกว่าสององค์ประกอบ โดยเฉพาะคาร์บอนและแมงกานีสเป็นออสเทนไนต์คงตัวในขณะที่โมลิบดีนัมซิลิคอนและไนโอเบียมเป็นเฟอร์ไรต์คงตัว รายการที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น (แต่อาจไม่ละเอียด) ของแต่ละประเภท:

  • เฟอไรต์คงตัว: Cr, Si, Mo, W, Al, Ti, Nb
  • ความคงตัวของออสเทนไนท์: Ni, C, Mn, N

นอกจากความคงตัวของเฟอร์ไรต์และออสเทนไนท์แล้วองค์ประกอบบางอย่างก็ก่อตัวเป็นคาร์ไบด์และไนไตรด์โดยเฉพาะ

  • ตัวสร้างคาร์ไบด์: Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr

ซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งแรง แต่ลดความเหนียว พวกเขายังสามารถลดคุณสมบัติความเมื่อยล้าโดยจัดให้มีไซต์รอยแตกนิวเคลียสและสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติการคืบ ตัวสร้างคาร์ไบด์ยังสามารถลดความสามารถในการเชื่อมได้เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะก่อตัวที่รอยต่อจุลภาคเมื่อทำการแข็งตัวอย่างรวดเร็วแล้วปล่อยให้เย็นลงอย่างช้าๆ ขอบเขตของโครงสร้างจุลภาคที่เปราะบางเช่นเดียวกับคาร์ไบด์มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเปราะบางมากเกินไปในแนวเชื่อมและลดความทนทานต่อแรงกระแทกได้อย่างมาก

ทำไมองค์ประกอบที่ทำให้เสถียรไม่ทำงาน?

เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำต้องผ่านสามขั้นตอนเนื่องจากมันแข็งตัวและเย็นตัวเริ่มต้นด้วย ferrite $ \ delta $ -iron, austenite $ \ gamma $ -iron และจากนั้น ferrite $ \ alpha $ -iron ในแผนภาพเฟส Fe-Cr ที่แสดงด้านล่างโปรดทราบว่าภูมิภาคเฟอร์ไรต์ด้านบนและล่างที่แกนเหล็กบริสุทธิ์ในที่สุดจะรวมเข้ากับ Cr ที่เพิ่มขึ้นซึ่งจะเคลื่อนที่ไปบนไดอะแกรม สิ่งนี้บ่งบอกว่า Cr การรักษา ในแง่ของอุณหพลศาสตร์เฟสเฟอร์ไรต์: เป็นที่ชื่นชอบอย่างมีพลังพร้อมกับเนื้อหา Cr สูง ผลย้อนกลับเกิดขึ้นเมื่อมีการเพิ่ม Ni ดังนั้นภูมิภาคออสเทนไนต์จะกระจายออกไปด้านนอกกำจัดทั้งบริเวณเฟอร์ไรต์ดังที่เห็นในเฟสไดอะแกรม Fe-Ni Ni ทำให้ออสเทนไนท์เป็นที่นิยมมากขึ้น

enter image description here

enter image description here

ดู ลิงค์นี้ สำหรับจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

ฉันควรใช้ไดอะแกรมอย่างไร

ไดอะแกรม Schaeffler คำนึงถึงสิ่งที่เทียบเท่าดังนี้:

  • $ \ textrm {Ni eq} = \ textrm {Ni} +30 \ times \ textrm {C} +0.5 \ times \ textrm {Mn} $
  • $ \ textrm {Cr eq} = \ textrm {Cr} + \ textrm {Mo} +1.5 \ times \ textrm {Si} +0.5 \ times \ textrm {Nb} $

ไดอะแกรม De Long มี:

  • $ \ textrm {Ni eq} = \ textrm {Ni} +30 \ times \ textrm {C} +0.5 \ times \ textrm {Mn} +30 \ times \ textrm {N} $
  • $ \ textrm {Cr eq} = \ textrm {Cr} + \ textrm {Mo} +1.5 \ times \ textrm {Si} +0.5 \ times \ textrm {Nb} $

แผนภาพสแตนเลส WRC-1992 มี:

  • $ \ textrm {Ni eq} = \ textrm {Ni} +35 \ times \ textrm {C} +30 \ times \ textrm {N} +0.25 \ times \ textrm {Cu} $
  • $ \ textrm {Cr eq} = \ textrm {Cr} + \ textrm {Mo} +0.7 \ times \ textrm {Nb} $

แหล่งข้อมูลสำหรับ Schaeffler และ De Long และ WRC-1992 . ไดอะแกรมมีผลบังคับใช้อย่างเคร่งครัดเฉพาะเมื่อองค์ประกอบการทำให้เสถียรที่เกี่ยวข้องที่เกี่ยวข้องนั้นมีอยู่ในปริมาณที่มีนัยสำคัญเท่านั้นและไม่มีการคงตัวอื่น ๆ หากมีเพียง Cr และ Ni เท่านั้นแผนภาพใด ๆ ควรมีความถูกต้องถึงแม้ว่าคุณอาจต้องการตรวจสอบว่าพวกมันบ่งชี้โครงสร้างจุลภาคเดียวกันที่ได้รับค่า Cr และ Ni เดียวกัน ในทางตรงกันข้ามถ้ามีทั้ง Cu และ Si อยู่ในวัตถุก็ไม่ควรคาดว่าไดอะแกรมจะให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ เป็นไปได้ที่จะสอดแทรกระหว่างไดอะแกรม แต่โมเดลดังกล่าวจะเป็นโมเดลใหม่และควรตรวจสอบความถูกต้องของการทดลองก่อนที่จะยืนยันว่ามีประโยชน์หรือแม่นยำ อย่างน้อยที่สุดผู้ใช้ควรได้รับการเตือนว่าการแก้ไขดังกล่าวเกิดขึ้น

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.