2.7 ΜΗΦΑΝΙΣΜΟΙ ΡΗΓΜΑΤΨΣΕΨΝ

Transcript

1 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ 2.7 ΜΗΦΑΝΙΣΜΟΙ ΡΗΓΜΑΤΨΣΕΨΝ 1. ΡΗΓΜΑΤΨΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ ε αυτό το κεφάλαιο κα εξθγθκοφν οι διαφορετικοί τφποι κραφςεων, θ ιςτορία προζλευςθσ τουσ και οι τρόποι αποφυγι τουσ. Όλοι οι άλλοι τφποι ατελειϊν ςυγκόλλθςθσ κα ςυηθτθκοφν ςτα κεφάλαια που αφοροφν τισ μεμονωμζνεσ διαδικαςίεσ ςυγκόλλθςθσ. Σα πρότυπα που δίνουν τα κριτιρια αποδοχισ για τισ ατζλειεσ των ςυγκολλιςεων είναι τα ENISO 5817 (για χάλυβα) και EN ISO Γενικά οι πικανζσ ατζλειεσ μιασ ςυγκόλλθςθσ φαίνονται ςτο ςχιμα 1 παρακάτω: χιμα 1. Ατζλειεσ ςυγκολλιςεων a Διαμικθσ Ρθγμάτωςθ, b Εγκάρςια Ρθγμάτωςθ, c, d Πόροι, e ςυςτάδα πόρων, f γραμμικοί πόροι, g ςυρρίκνωςθ,h εγκλείςματα ςκουριάσ, i ατελισ διείςδυςθ, j, k ατελισ τιξθ, l undercut, m, n υπερβολικι ενίςχυςθ, o ατελισ πλιρωςθ, p - overlap, q ευκυγράμμιςθ /20

2 1.1 Φαινόμενα Ρηγμαηώζεων - Ειζαγωγικοί Οριζμοί 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Ρωγμι (Crack) Μία ρωγμι είναι ζνασ διςδιάςτατοσ διαχωριςμόσ υλικοφ που δεν ζχει ακόμα διαδοκεί κατά μικοσ όλθσ τθσ διατομισ του μζρουσ. Θραφςθ (Fracture) Θραφςθ είναι ο ολικόσ διαχωριςμόσ του υλικοφ ςε μακροςκοπικό εφροσ που οδθγεί ςε απϊλεια του φερόμενου φορτίου ενόσ ςτερεοφ ςϊματοσ. Σο φυςικό αίτιο μιασ κραφςθσ είναι θ καταςτροφι των ατομικϊν και μοριακϊν δεςμϊν εξαιτίασ εξωτερικϊν και/ι εςωτερικϊν μθχανικϊν φορτίων, μερικϊσ με ςυν-δράςθ και άλλων παραγόντων. Σο αποτζλεςμα είναι μια ελεφκερθ επιφάνεια. Οι διαφορετικοί τφποι μιασ κραφςθσ περιγράφονται ςτο παρϊν κεφαλαίο. Μικρορθγμάτωςθ (Micro Crack) Ρθγμάτωςθ που αναγνωρίηεται ςε μία μεγαλφτερθ από 6x μεγζκυνςθ. Μακρορθγμάτωςθ (Macrocrack) Ρθγμάτωςθ που αναγνωρίηεται με κανονικι όραςθ (οπτικι απόςταςθ αναφοράσ 250 mm) ι ςε μία μεγζκυνςθ μζχρι 6x. Περικρυςταλλικι ρθγμάτωςθ (Intergranular Crack) Διαδίδεται μζςω των ορίων των κόκκων του μετάλλου. Διακρυςταλλικι Ρθγμάτωςθ (Transgranular Crack) Διαδίδεται μζςω του κυρίου όγκου των κρυςτάλλων. Θερμι Ρθγμάτωςθ (Hot Crack) χθματίηεται από μία φάςθ χαμθλοφ ςθμείου τιξθσ ενϊ αυτι είναι ρευςτι. Ρθγμάτωςθ ςτερεοποίθςθσ (Solidification Crack) Δθμιουργείται κατά τθ διάρκεια ςτερεοποίθςθσ του λουτροφ ςυγκόλλθςθσ. Ρθγματώςθ υγροποίθςθσ (Liquation Crack) Δθμιουργείται από το λιϊςιμο μίασ φάςθσ χαμθλοφ ςθμείου τιξθσ, θ οποία π.χ. βρίςκεται ςτα όρια των κόκκων. Ψυχρι Ρθγμάτωςθ (Cold Crack) χθματίηεται ςε ςτερει κατάςταςθ του υλικοφ με υπζρβαςθ τθσ ικανότθτασ παραμόρφωςθσ. Ψακυρι Ρθγμάτωςθ (Brittle Crack) χθματίηεται ενϊ το υλικό βρίςκεται ςε μία κατάςταςθ χαμθλισ δυςκραυςτότθτασ (toughness). Θ κατάςταςθ αυτι του υλικοφ μπορεί να οφείλεται ςτθν κερμοκραςία, ςτο ςφςτθμα επιβαλλόμενων τάςεων, ςτα γεωμετρικά χαρακτθριςτικά, ι ςτθν φφςθ του υλικοφ Ρθγμάτωςθ ςυρρίκνωςθσ (Shrinkage Crack) χθματίηεται εξαιτίασ παρεμποδιςμζνθσ ςυρρίκνωςθσ. Μικροδομζσ χαμθλισ παραμορφωςιμότθτασ ι χαμθλισ αντοχισ βοθκοφν τον ςχθματιςμό τθσ /20

3 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Ρθγμάτωςθ υδρογόνου (Hydrogen Induced Cracking) χθματίηεται από αφξθςθ των παραμενουςϊν τάςεων εξαιτίασ του υδρογόνου που κατακρθμνίηεται από το κρυςταλλικό πλζγμα και λόγω των αλλαγϊν τθσ δομισ δεν μπορεί να διαχυκεί ζξω από το υλικό. Ρθγμάτωςθ ςκλιρυνςθσ (Hardening Crack) χθματίηεται από αλλαγζσ ςτθν δομι. Αλλαγζσ ςτον όγκο προκαλοφμενεσ από αυτζσ οδθγοφν ςε τάςεισ. Ρθγμάτωςθ γεωμετρικών εγκοπών (Toe Crack) χθματίηεται ςε τοποκεςίεσ υψθλισ ςυγκζντρωςθσ τάςεων (γεωμετρικζσ εγκοπζσ) με τθν παρουςία μεταλλουργικϊν εγκοπϊν τθν ίδια ςτιγμι. Ρθγμάτωςθ Γιρανςθσ (Ageing Crack) χθματίηεται εξαιτίασ των διαδικαςιϊν γιρανςθσ. Ρθγμάτωςθ κατακριμνιςθσ (Precipitation Crack) χθματίηεται εξαιτίασ τθσ κατακριμνιςθσ εφκραυςτων φάςεων κατά τθ διάρκεια ςυγκόλλθςθσ ι κατά τθ διάρκεια επακόλουκθσ κζρμανςθσ. Διαςτρωματικι Ρθγμάτωςθ (Lamellar Tearing) χθματίηεται εξαιτίασ τθσ ςχάςθσ των ηωνϊν διαφοριςμοφ που περιζχουν μεγάλα επιμικθ μθ μεταλλικά εγκλείςματα και οι οποίεσ είναι παράλλθλεσ μεταξφ τουσ, όταν ζνα προσ ςυγκόλλθςθ εξάρτθμα φορτιςτεί ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ /20

4 2. ΘΕΡΜΗ ΡΨΓΜΑΤΨΣΗ (HOT CRACKING) 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Αίτιεσ τθσ κερμισ Ρθγμάτωςθσ Σο αίτιο για κερμι ρθγμάτωςθ είναι ζνα είδοσ ευκραυςτοποίθςθσ του υλικοφ που προκαλείται ςε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ από φάςεισ ςτα ςφνορα των κόκκων που είναι ακόμα ρευςτζσ. Εξαιτίασ του ςθμείου προζλευςθσ κακϊσ και εξαιτίασ του αιτίου τουσ, οι κερμζσ ρθγματϊςεισ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ονομάηονται ρθγματϊςεισ ςτερεοποίθςθσ (solidification cracks) και αυτζσ ςτθν ΘΕΗ (κερμικά επθρεαηόμενθ ηϊνθ) ι ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ που ανακερμαίνεται ςε ςυγκολλιςεισ πολλαπλϊν πάςων, ονομάηονται ρθγματϊςεισ ανακζρμανςθσ (reheat cracks) ι ρευςτοποίθςθσ (liquation). χιμα 2. Μοντζλο ςχθματιςμοφ των ρθγματϊςεων ςτερεοποίθςθσ ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ. Οι μαφρεσ ραφζσ αντιπροςωπεφουν υπολειπόμενεσ φάςεισ χαμθλισ τιξθσ /20

5 Θερμι Ρθγμάτωςθ ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ (Solidification Cracking) 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Ομοίωσ με τθν ςτερεοποίθςθ ενόσ χυτοφ, κατά τθ διάρκεια μιασ ςθμαντικά πιο γριγορθσ ψφξθσ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ υπάρχει διαφοριςμόσ των κραματικϊν ςτοιχείων κατά τθ διάρκεια τθσ ςτερεοποίθςθσ που κακιςτοφν ικανό το ςχθματιςμό υπολειπόμενων φάςεων χαμθλισ κερμοκραςίασ τιξθσ. τθν περιοχι ςτερεοποίθςθσ μεταξφ των γραμμϊν liquidus και solidus το υπολειπόμενο τιγμα μπορεί να παγιδευτεί και να απομονωκεί (ςχιμα 2). Οι εφελκυςτικζσ τάςεισ που προκαλοφνται από τθ ςυρρίκνωςθ δεν μποροφν να μεταφερκοφν από τθ ρευςτι φάςθ οδθγϊντασ ζτςι ςε μικρορωγμζσ μεταξφ των κρυςτάλλων. Οι κερμζσ ρθγματϊςεισ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ζχουν τα παρακάτω χαρακτθριςτικά: είναι περικρυςταλλικζσ και περιδενδριτικζσ μπορεί να ζχουν μικροςκοπικζσ ι μακροςκοπικζσ διαςτάςεισ αναπτφςςονται αμζςωσ κατά τθν ςτερεοποίθςθ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ Θερμι Ρθγμάτωςθ ςτθν ΘΕΖ (Reheat and Liquation Cracking) Θ παροχι κερμότθτασ κατά τθ διάρκεια τθσ διεργαςίασ ςυγκόλλθςθσ κερμαίνει τθν περιοχι τθσ ΘΕΗ ςε κερμοκραςίεσ που είναι κοντά ςτθ κερμοκραςία τιξθσ του μετάλλου βάςεωσ. Εδϊ, οι φάςεισ ςτα ςφνορα των κόκκων που ζχουν ζνα ςθμείο τιξθσ χαμθλότερο από αυτό του μετάλλου βάςεωσ μπορεί να λιϊςουν και να κατανεμθκοφν ςαν ζνα λεπτό ςτρϊμα ςτα όρια του κόκκου. Με παρόμοιο μθχανιςμό, κατά τθ διάρκεια ςυγκόλλθςθσ πολλαπλϊν πάςων, οι χαμθλότερεσ ραφζσ είναι κερμικά επθρεαηόμενεσ κατά τθ ςυγκόλλθςθ του πάνω ςτρϊματοσ όπωσ γίνεται ςτθν περίπτωςθ τθσ ΘΕΗ. Εξαιτίασ αυτοφ, μποροφν να ξεκινιςουν ρθγματϊςεισ ανακζρμανςθσ ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ. Οι κερμζσ ρθγματϊςεισ ςτθν ΘΕΗ ι ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ζχουν τα παρακάτω χαρακτθριςτικά: είναι περικρυςταλλικζσ ζχουν μικροςκοπικζσ διαςτάςεισ αναπτφςςονται αμζςωσ κατά τθν διεργαςία τθσ ςυγκόλλθςθσ Λόγω των μικροςκοπικϊν τουσ διαςτάςεων και του γεγονότοσ ότι δεν φτάνουν ςτθν εξωτερικι επιφάνεια, πολλζσ φορζσ αυτοφ του είδουσ οι κερμζσ ρθγματϊςεισ δεν μποροφν να ανιχνευκοφν με μθ καταςτροφικζσ μεκόδουσ. τθν κατθγορία των κερμϊν ρθγματϊςεων κατατάςςονται και οι ρωγμζσ που οφείλονται όχι ςτθν φπαρξθ κάποιων ενϊςεων με χαμθλό ςθμείο τιξθσ αλλά ςτθν μείωςθ τθσ ολκιμότθτασ του υλικοφ λόγω τθσ κατακριμνιςθσ ψακυρϊν καρβιδίων ςτα όρια των κόκκων. Οι ρθγματϊςεισ αυτοφ του τφπου ονομάηονται Ductility Dip Cracks και ζχουν παρόμοια χαρακτθριςτικά με τισ τυπικζσ κερμζσ ρθγματϊςεισ τθσ ΘΕΗ που ςυηθτικθκαν παραπάνω. Σα Ductility Dip Cracks παρατθροφνται ςε μία μεγαλφτερθ απόςταςθ από τθν γραμμι τιξθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ και είναι ρθγματϊςεισ που γίνονται ςτθ ςτερεά φάςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ λόγω τθσ μείωςθσ τθσ ικανότθτασ του υλικοφ να παραμορφωκεί /20

6 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ χιμα 3.Παραδείγματα κερμισ ρθγμάτωςθσ ςτο κζντρο του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ. χιμα 4.Παραδείγματα κερμισ ρθγμάτωςθσ ςτθν ΘΕΗ. υνδυαςμόσ solidification cracking και liquation cracking (αριςτερά), Liquation cracking ςτθν ΘΕΗ ενόσ ωςτενιτικοφ χάλυβα (δεξιά) /20

7 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Παράγοντεσ που Επθρεάηουν τθ κερμι Ρθγμάτωςθ Οι παράγοντεσ μποροφν να ταξινομθκοφν ςε Γενικοφσ Μεταλλουργικοφσ παράγοντεσ Μεταλλουργικοφσ παράγοντεσ κατά τθ διάρκεια ςυγκόλλθςθσ ιςχυρά κραματωμζνων χαλφβων και ωςτενιτικϊν χαλφβων Σεχνολογικοφσ παράγοντεσ Γενικοί Μεταλλουργικοί Παράγοντεσ Από μεταλλουργικι άποψθ θ επζκταςθ του μεςοδιαςτιματοσ τθσ ςτερεοποίθςθσ κατά τθ διάρκεια ψφξθσ κακϊσ και θ ποςοτικι αναλογία μεταξφ ςτερεϊν και ρευςτϊν φάςεων ςτο εφροσ τθσ κερμοκραςίασ ςτερεοποίθςθσ είναι μεγάλθσ ςθμαςίασ για τθν ευαιςκθςία ςε κερμι ρθγμάτωςθ. υνεπϊσ, ςτοχεφεται γενικά ο περιοριςμόσ του κερμοκραςιακοφ εφρουσ μζςα ςτο οποίο υπάρχουν ρευςτζσ φάςεισ ςτα όρια των κόκκων του υλικοφ. Σο κείο παίηει ζνα ςθμαντικό ρόλο ανάμεςα ςτα κραματικά ςτοιχεία και ςτα ιχνοςτοιχεία που ςχθματίηουν φάςεισ με χαμθλό ςθμείο τιξθσ. Μεταλλουργικoί παράγοντεσ κατά τθ διάρκεια ςυγκόλλθςθσ ιςχυρά κραματωμζνων χαλφβων και ωςτενιτικών χαλφβων ε αντίκεςθ με τουσ ελαφρά κραματωμζνουσ χάλυβεσ οι ιςχυρά κραματωμζνοι χάλυβεσ διακρίνονται ςφμφωνα με τθ χθμικι τουσ ςφςταςθ από τθ δυνατότθτα μιασ πρωτογενϊσ φερριτικισ ι ωςτενιτικισ ςτερεοποίθςθσ. Εξαιτίασ του γεγονότοσ ότι το κείο ζχει υψθλότερθ διαλυτότθτα ςτον φερρίτθ ςε ςφγκριςθ με τον ωςτενίτθ και ταυτόχρονα ο φερρίτθσ ζχει ζναν ςθμαντικά χαμθλότερο ςυντελεςτι διαςτολισ, μία πρωτογενϊσ φερριτικι ςτερεοποίθςθ (δζλτα φερρίτθσ) παρουςιάηεται ςθμαντικά λιγότερο επιρρεπισ ςε κερμι ρθγμάτωςθ από μία ωςτενιτικι ςτερεοποίθςθ. Θ πρωτογενισ φερριτικι ςτερεοποίθςθ ενόσ Cr-Ni χάλυβα παρουςιάηεται από μια τομι ςτο ςφςτθμα ςιδιρου-χρωμίου-νικελίου ςε 72 % Fe (ςχιμα 5) με μία ςφςταςθ μετάλλου ςυγκόλλθςθσ (κράμα 1) με 20 % χρϊμιο και 8 % νικζλιο. Ο μεταςχθματιςμόσ ςε ωςτενίτθ εκτελείται ςε ψφξθ χαμθλότερθ από 1,320 C μόνο. Από τθν άλλθ πλευρά, ζνα μζταλλο ςυγκόλλθςθσ με π.χ. μία περιεκτικότθτα χρωμίου 12 % και μία περιεκτικότθτα νικελίου 16 % (κράμα 2) οδθγεί ςε μία πρωτογενι ωςτενιτικι ςτερεοποίθςθ που ςε αντίκεςθ με το κράμα 1 είναι αιςκθτά πιο ευαίςκθτθ ςε κερμι ρθγμάτωςθ. τον πίνακα 1 βλζπουμε τθν διαφορά τθσ διαλυτότθτασ μεταξφ φερρίτθ και ωςτενίτθ διαφόρων ςτοιχείων που παίηουν ρόλο ςτθ κερμι ρθγμάτωςθ, κακϊσ και τα ςθμεία τιξθσ των ενϊςεων που ςχθματίηουν /20

8 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ χιμα 5. Σομι του ςυςτιματοσ ςιδιρου-χρωμίου-νικελίου ςε 72 % Fe. Πίνακασ 1. υμπεριφορά και ιδιότθτεσ ςτοιχείων που ςχετίηονται με τθν κερμι ρθγμάτωςθ ςτον ωςτενίτθ και ςτον φερρίτθ. Όπωσ φαίνεται από τον παραπάνω πίνακα, ο τφποσ των φάςεων με χαμθλό ςθμείο τιξθσ κακορίηει τθν ςυμπεριφορά του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ ςτθν κερμι ρθγμάτωςθ. Όςο μεγαλφτερο είναι το εφροσ των κερμοκραςιϊν τιξθσ τόςο μεγαλφτερεσ κα είναι οι τάςεισ ςυρρίκνωςθσ που δθμιουργοφνται κατά τθν ψφξθ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ και τόςο μεγαλφτερθ θ τάςθ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ για κερμι ρθγμάτωςθ /20

9 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Λόγω τθσ μεγαλφτερθσ διαλυτότθτασ ςτον φερρίτθ αυτϊν των ςτοιχείων, ζνασ μεταςτακισ ωςτενίτθσ που περιζχει περίπου 2-3% δ-φερρίτθ ςτθν μιτρα του ζχει πολφ μικρότερθ τάςθ ςτον ςχθματιςμό κερμϊν ρθγματϊςεων. Αυτι θ πρακτικι ακολουκείται από όλα τα ςφγχρονα υλικά πλιρωςθσ που χρθςιμοποιοφνται ςτισ ςυγκολλιςεισ των ανοξείδωτων ωςτενιτικϊν χαλφβων, τα οποία ζχουν τζτοια μεταλλουργικι ςφςταςθ ϊςτε κατά τθν ψφξθ τουσ ςε ςυνκικεσ ςυγκόλλθςθσ να δίνουν μία περιεκτικότθτα ςε δ-φερρίτθ γφρω ςτο 5%. Εναλλακτικά χρθςιμοποιείται μζταλλο πλιρωςθσ με περίπου 5% Mn. Σο μαγγάνιο ςχθματίηει MnS με το κείο εμποδίηοντασ ζτςι τον ςχθματιςμό φάςεων με χαμθλά ςθμεία τιξθσ. Σεχνολογικοί παράγοντεσ Γενικά μπορεί να δθλωκεί ότι για τθν αποφυγι κερμϊν ρωγμϊν κα πρζπει να εφαρμόηεται μία ςχετικά χαμθλι κερμικι παροχι κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. ε μεμονωμζνεσ περιπτϊςεισ όμωσ είναι πικανό (όπωσ ςτο παράδειγμα που αναφζρεται ςτο ςχιμα 6) ότι θ επιρροι μιασ χαμθλισ ταχφτθτασ ςυγκόλλθςθσ - και ζτςι θ αυξθμζνθ κερμικι παροχι - ζχει ζνα κετικό αποτζλεςμα ςτθ ςτερεοποίθςθ του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ και ωσ αποτζλεςμα θ αποφυγι τθσ αυξθμζνθσ ςυγκζντρωςθσ διαφοριςμοφ ςτο κζντρο τθσ ςυγκόλλθςθσ δίνει καλφτερα αποτελζςματα ςε ςχζςθ με τθν πικανότθτα ςχθματιςμοφ κερμϊν ρωγμϊν αν θ κερμικι παροχι ιταν μειωμζνθ. Σελικά πρζπει να επιβεβαιωκεί για κάκε περίπτωςθ εφαρμογισ, ποια μζκοδοσ κα πρζπει να χρθςιμοποιθκεί για τισ βζλτιςτεσ ςυνκικεσ αποφυγισ τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ. Μζςω μίασ μειωμζνθσ κερμικισ παροχισ (π.χ. με μείωςθ τθσ ζνταςθσ ρεφματοσ ςυγκόλλθςθσ) μία λιγότερο διαταγμζνθ δενδριτικι δομι με μικρότερεσ κρυςταλλικζσ διαμζτρουσ μπορεί να παραχκεί ςτο μζταλλο ςυγκόλλθςθσ αντί ενόσ ςχετικά χονδρόκοκκου, και με ζντονθ κατευκυντικότθτα δενδριτικοφ ςχθματιςμοφ, μειϊνοντασ ζτςι τον πικανότθτα ςχθματιςμοφ κερμϊν ρθγματϊςεων. Αντίκετα, θ ςυγκζντρωςθ διαφοριςμοφ από τθ ςφγκρουςθ των μετϊπων ςτερεοποίθςθσ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να αποφευχκεί με μία μειωμζνθ ταχφτθτα ςυγκόλλθςθσ. Αυτι θ μείωςθ ζχει το αποτζλεςμα, όπωσ μπορεί να φανεί από το ςχιμα 6, ζνα πιο ελλειπτικό ςχιμα των μετϊπων ςτερεοποίθςθσ και ςυνεπϊσ ζνα πιο επικυμθτό προςανατολιςμό των κρυςτάλλων ςτθν κατεφκυνςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Για τθν αποφυγι του διαφοριςμοφ των φάςεων χαμθλισ τιξθσ ςτο μζςο τθσ ραφισ, είναι επικυμθτι μία επίπεδθ και διευρυμζνου ςχιματοσ ςυγκόλλθςθ ςε αντίκεςθ με ςυγκολλιςεισ που ζχουν βακιά διείςδυςθ και μικρό πλάτοσ (ςχιμα 7). Θ χριςθ λεπτϊν θλεκτροδίων με χαμθλότερεσ εντάςεισ ρεφματοσ, κορδονιϊν ςυγκόλλθςθσ χωρίσ "πλζξιμο" (string bead instead of weaving) και θ αποφυγι μεγάλων ςε μζγεκοσ λουτρϊν ςυγκόλλθςθσ μειϊνουν τον κίνδυνο κερμισ ρθγμάτωςθσ, ςυχνά αυτά τα μζτρα είναι θ τελευταία δυνατότθτα που υπάρχει για τθν αποφυγι τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ /20

10 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ χιμα 6. Επιρροι τθσ ταχφτθτασ ςυγκόλλθςθσ ςτθν ςτερεοποίθςθ τθσ ραφισ. Από τθν δθμιουργία ενόσ ελλειπτικοφ ςχιματοσ των μετϊπων ςτερεοποίθςθσ (χαμθλότερο μζροσ του ςχιματοσ) επιτυγχάνεται ζνασ πιο επικυμθτόσ προςανατολιςμόσ των κρυςτάλλων ςτθν κατεφκυνςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ και μειϊνεται θ ςυγκζντρωςθ διαφοριςμοφ ςτο κζντρο τθσ ραφισ. χιμα 7. Επιρροι τθσ γεωμετρίασ τθσ ραφισ ςτθν ςτερεοποίθςθ. a) Εγκλείςματα ι παραμζνουςεσ φάςεισ ςτο κζντρο τθσ ραφισ οδθγοφν ςε κερμι ρθγμάτωςθ). c) Είναι αλικεια ότι οι φάςεισ χαμθλισ τιξθσ αποςπϊνται ςτθν επιφάνεια αλλά ο προςανατολιςμόσ των κρυςτάλλων κάκετα ςτθν κφρια κατεφκυνςθ των τάςεων είναι μθ επικυμθτόσ. Κακοριςμόσ τθσ Ευαιςκθςίασ ςε κερμι Ρθγμάτωςθ Για δοκιμι τθσ επιρροισ διαφορετικϊν παραμζτρων ςυγκόλλθςθσ κακϊσ και για αξιολόγθςθ των υλικϊν πλιρωςθσ και των μετάλλων βάςθσ υπάρχουν διάφορεσ μζκοδοι εργαςτθριακϊν δοκιμϊν που διακρίνονται μεταξφ τουσ ςτον τφπο των εφαρμοςμζνων τάςεων και με τθ δοκιμι ςε ςχζςθ με τθν ευαιςκθςία ςτθ ρθγμάτωςθ ςτερεοποίθςθσ και ανακζρμανςθσ, αντιςτοίχωσ (DVS-Merkblatt 1004 "Heißrissprüfmethoden" ι EN ISO and 2). Με ςκοπό να αυτοματοποιθκεί θ διαδικαςία δοκιμισ, ζχουν αναπτυχκεί μθχανιματα για δοκιμι κερμισ ρθγμάτωςθσ που π.χ. μζςω παραμόρφωςθσ τθσ ςφνδεςθσ ςυγκόλλθςθσ κατά τθ διεργαςία ςυγκόλλθςθσ δθμιουργοφν διάδοςθ τθσ ρθγμάτωςθσ κατά μικοσ τθσ ραφισ. Λαμβάνοντασ υπόψθ τισ παραμζτρουσ τθσ δοκιμισ και το βακμό τθσ /20

11 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ παραμόρφωςθσ, μποροφμε από το μικοσ τθσ ραφισ, να κατατάξουμε το υλικό πλιρωςθσ ωσ προσ τθν ευαιςκθςία του ςτθν κερμι ρθγμάτωςθ. Επαλικευςθ τθσ κερμισ Ρθγμάτωςθσ χρθςιμοποιώντασ Μθ-Καταςτροφικζσ Μεκόδουσ Δοκιμισ (NDT) Οι ελάχιςτεσ διαςτάςεισ, ιδιαίτερα ςτισ περιπτϊςεισ ρθγματϊςεων ανακζρμανςθσ, κάνουν τθν ανίχνευςθ των κερμϊν ρθγματϊςεων πιο δφςκολθ, θ πικανότθτα τθσ εφρεςθσ τουσ είναι ςε μεγάλο βακμό εξαρτϊμενθ από τθν απόδοςθ των διαδικαςιϊν που χρθςιμοποιοφνται ςιμερα. Σα ιςχυρά κραματωμζνα ωςτενιτικά υλικά παρουςιάηουν μία ιδιαίτερα υψθλι ευαιςκθςία ςτθ κερμι ρθγμάτωςθ αλλά θ χονδρόκκοκθ δομι τουσ θ οποία ςθμαντικά επιβαρφνει τθ δυνατότθτα εντοπιςμοφ των ρωγμϊν μζςω ελζγχου με υπεριχουσ. Εδϊ, οι μθ καταςτροφικοί ζλεγχοι για εντοπιςμό επιφανειακϊν ρωγμϊν όπωσ π.χ. διειςδυτικά υγρά χρθςιμοποιοφνται με ςκοπό τθ λιψθ μία γριγορθσ επαλικευςθσ τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ. 3. ΧΥΦΡΕΣ ΡΗΓΜΑΤΨΣΕΙΣ Οι ψυχρζσ ρωγμζσ είναι διαχωριςμοί υλικοφ που ςχθματίηονται κατά τθ διάρκεια ψφξθσ ςε κερμοκραςίεσ κάτω από τθ κερμοκραςία ςχθματιςμοφ μαρτενςίτθ ςτθν κερμικά επθρεαςμζνθ ηϊνθ. τθν πραγματικότθτα οι ψυχρζσ ρθγματϊςεισ μπορεί να οφείλονται ςε διάφορουσ μθχανιςμοφσ αλλά ςτθν βιβλιογραφία πολφ ςυχνά με τον όρο "ψυχρζσ ρωγμζσ", ςυνικωσ εννοείται ο ςχθματιςμόσ ρωγμϊν που υποβοθκοφνται από τθν φπαρξθ υδρογόνου (Hydrogen Induced Cracking). Θ δθμιουργία ψυχρϊν ρθγματϊςεων ςτισ ςυγκολλιςεισ επθρεάηεται από τρεισ βαςικζσ παραμζτρουσ: Σθν ςκλθρότθτα του υλικοφ (περιεκτικότθτα τθσ δομισ ςε μαρτενςίτθ) Σα επίπεδα διαλυτοποιθμζνου υδρογόνου Σο επίπεδο των τάςεων φόρτιςθσ ανάλογα με τθν ςχζςθ των τριϊν αυτϊν παραμζτρων διάφοροι μθχανιςμοί ψυχρϊν ρθγματϊςεων μποροφν να αναπτυχκοφν. το ςχιμα 13 δίνεται μία γραφικι αναπαράςταςθ αυτϊν των τριϊν παραμζτρων όπου φαίνεται ότι τελικά μία ψυχρι ρθγμάτωςθ ζχει άμεςθ ςχζςθ με τθν δυνατότθτα ςυγκόλλθςθσ μίασ καταςκευισ και επθρεάηεται από τισ ιδιότθτεσ του υλικοφ, τθν δομικι κατάςταςθ, και τισ καταςκευαςτικζσ πρακτικζσ που ακολουκοφνται. 3.1 Ρωγμές Σκλήρσνζης Εκτόσ από τον άνκρακα, και άλλα κραματικά ςτοιχεία επθρεάηουν τον ςχθματιςμό του μαρτενςίτθ και ωσ εκ τοφτου τθν ςυγκολλθςιμότθτα ενόσ χάλυβα. Για να γίνει θ εκτίμθςθ τθσ επιρροισ τουσ ζχει αναπτυχκεί το λεγόμενο ιςοδφναμο άνκρακα το οποίο δίνεται από τθν παρακάτω φόρμουλα: /20

12 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Αυτι θ φόρμουλα αρχικά αναπτφχκθκε ςαν ζνασ ςυγκριτικόσ δείκτθσ για τθν ικανότθτα ςκλιρυνςθσ διάφορων χαλφβων από το Διεκνζσ Ινςτιτοφτο υγκολλιςεων (IIW). χιμα 13. Παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν εμφάνιςθ ψυχρϊν ρθγματϊςεων. Προκειμζνου να ποςοτικοποιθκεί θ τάςθ ενόσ χάλυβα για ψυχρι ρθγμάτωςθ και να εξουδετερωκεί αυτι με τθν χριςθ τθσ κατάλλθλθσ κερμοκραςίασ προκζρμανςθσ εκτόσ από το ιςοδφναμο άνκρακα του υλικοφ, ςφμφωνα με το ΕΝ πρζπει να λθφκοφν υπόψθ και οι παρακάτω παράγοντεσ: πάχοσ του προσ ςυγκόλλθςθ ελάςματοσ, κερμικι παροχι, ποςότθτα διαλυτοποιθμζνου υδρογόνου Τπολογίηοντασ αυτά τα μεγζκθ, το ΕΝ περιζχει ζναν αρικμό διαγραμμάτων τα οποία δίνουν τθν κατάλλθλθ κερμοκραςία προκζρμανςθσ για τθν κάκε εφαρμογι. Κατά τον μεταςχθματιςμό του μαρτενςίτθ, ιςχυρζσ εςωτερικζσ τάςεισ αναπτφςςονται ςε ζναν χάλυβα, λόγω τθσ παραμόρφωςθσ του ςτοιχειϊδουσ κρυςταλλικοφ πλζγματοσ και τθσ αφξθςθσ του όγκου που ςυνοδεφει αυτό τον μεταςχθματιςμό. Ποςοςτά μαρτενςίτθ μζχρι 30% ςτθν δομι ενόσ χάλυβα μπορεί να γίνουν αποδεκτά χωρίσ να επθρεάηουν τθν ςυγκολλθςιμότθτα και χωρίσ να είναι απαραίτθτθ θ πραγματοποίθςθ αποτατικισ ανόπτθςθσ (stress relieving) ςτουσ C μετά τθν ςυγκόλλθςθ. Για ποςοςτά μαρτενςίτθ μζχρι 50% θ πραγματοποίθςθ αποτατικισ ανόπτθςθσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ κεωρείται απαραίτθτθ για τθν αποφυγι ψυχρισ ρθγμάτωςθσ. Δομζσ με μαρτενςίτθ ςε /20

13 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ ποςοςτό μεγαλφτερο του 50% πρζπει να αποφεφγονται προκειμζνου να αποφεφγεται θ εμφάνιςθ ψυχρϊν ρωγμϊν και να επιβεβαιϊνεται θ ςυγκολλθςιμότθτα ενόσ χάλυβα. 3.2 Ρηγμάηωζη Υδρογόνοσ τθν περιοχι μίασ ςυγκόλλθςθσ υπάρχουν πολλζσ πικανζσ πθγζσ υδρογόνου, ενϊ παράλλθλα και μεγάλοσ αρικμόσ παραμζτρων μπορεί να παίξει ςθμαντικό ρόλο ςτθν εμφάνιςθ ρωγμϊν υδρογόνου. Θ φπαρξθ υδρογόνου ςε ςυνδυαςμό με τθν ςκλθρότθτα του χάλυβα και τθν φπαρξθ τάςεων μπορεί να οδθγιςουν ςτθν εκδιλωςθ ρωγμϊν υδρογόνου και τθν καταςτροφι μιασ ςυγκολλθτισ καταςκευισ. Οι πθγζσ υδρογόνου ςε μία ςυγκόλλθςθ, πιο ςυγκεκριμζνα περιλαμβάνουν: Τγραςία από τθν ατμόςφαιρα, το προςτατευτικό αζριο, τθ επιφάνεια του μετάλλου πλιρωςθσ και επιφανειακά οξείδια. Κρυςταλλικό νερό που περιζχεται δεςμευμζνο ςτισ ορυκτζσ ενϊςεισ τθσ επικάλυψθσ των θλεκτροδίων Οργανικζσ ενϊςεισ όπωσ π.χ. βαφζσ ι λάδια που βρίςκονται ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ ι οι επικαλφψεισ θλεκτροδίων που περιζχουν κυτταρίνθ. Σο μοριακό υδρογόνο που υπάρχει ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ διαςπάται υπό τθν επίδραςθ του τόξου τθσ ςυγκόλλθςθσ όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 14. Θ απορρόφθςθ υδρογόνου από το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ εξαρτάται κυρίωσ από τθν μερικι πίεςθ του υδρογόνου και τθν κερμοκραςία. ε κερμοκραςία 1800 C θ διαλυτότθτα του υδρογόνου ςτουσ χάλυβεσ είναι 35ml/100g μετάλλου ςυγκόλλθςθσ και αυτι μειϊνεται δραματικά με τθ πτϊςθ τθσ κερμοκραςίασ ενϊ παράλλθλα εξαρτάται και από τον τφπο του κρυςταλλικοφ πλζγματοσ ςε κάκε κερμοκραςία όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 15. χιμα 14. Γενικι αναπαράςταςθ τθσ διάςπαςθσ και ιονοποίθςθσ του υδρογόνου ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. χιμα 15. Βαςικι αναπαράςταςθ τθσ διαλυτότθτασ του υδρογόνου ςτον ςίδθρο /20

14 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Μετά τθν γριγορθ ψφξθ που ακολουκεί μία ςυγκόλλθςθ, θ ςυγκζντρωςθ του υδρογόνου ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ είναι υψθλότερθ από αυτιν που υποδεικνφει το διάγραμμα του ςχιματοσ 15. Λόγω τθσ πολφ μικρισ ατομικισ του ακτίνασ το υδρογόνο μπορεί να διαχυκεί ςε ςχετικά μεγάλεσ αποςτάςεισ ακόμα και ςε κερμοκραςία περιβάλλοντοσ. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα τθν απελευκζρωςθ και ςυγκζντρωςθ ατομικοφ υδρογόνου ςε περιοχζσ του κρυςταλλικοφ πλζγματοσ όπωσ διαταραχζσ και όρια κόκκων. ε αυτζσ τισ περιοχζσ, το ςυγκεντρωμζνο ατομικό υδρογόνο επανενϊνεται ςε μοριακό, δθμιουργϊντασ τοπικά μία μεγάλθ αφξθςθ τθσ πίεςθσ οδθγϊντασ ςε τοπικζσ ρθγματϊςεισ. Πρζπει να τονιςτεί ότι μόνο το διαλυτοποιθμζνο ατομικό υδρογόνο ςυμμετζχει ςτον μθχανιςμό τθσ ρθγμάτωςθσ, ενϊ το υδρογόνο που ςυμμετζχει ςτον ςχθματιςμό φάςεων ι κατακρθμνίςεων δεν είναι επικίνδυνο για το υλικό. Θ αντοχι ςε εφελκυςμό ενόσ υλικοφ είναι ζνασ ςθμαντικόσ παράγοντασ για τθν εκδιλωςθ τθσ ρθγμάτωςθσ υδρογόνου. Όςο υψθλότερο είναι το όριο διαρροισ τόςο πιο ευαίςκθτο γίνεται το υλικό ςτισ ποςότθτεσ διαλυτοποιθμζνου υδρογόνου, κακϊσ θ ικανότθτα πλαςτικισ παραμόρφωςθσ μειϊνεται με τθν αφξθςθ του ορίου διαρροισ. χιμα 16. Μορφολογία των ρθγματϊςεων υδρογόνου. Ζχει διαπιςτωκεί ότι οι ρθγματϊςεισ που οφείλονται ςτθν παρουςία υδρογόνου και οι οποίεσ πολφ ςυχνά δθμιουργοφνται ςε ςθμεία ςυγκζντρωςθσ τάςεων ι εγκάρςια ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ, εμφανίηονται μερικζσ μζρεσ μετά το τζλοσ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Θ /20

15 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ εμφάνιςθ αυτϊν των ρωγμϊν εξαρτάται από ζνα αρικμό παραμζτρων οι οποίοι όπωσ ζχει αναφερκεί περιλαμβάνουν τθν ςυγκζντρωςθ του υδρογόνου, τθν κερμικι κατεργαςία μετά τθν ςυγκόλλθςθ τθν ταχφτθτα τθσ διάχυςθσ, τθν ςκλθρότθτα τθσ δομισ και το επίπεδο των παραμενουςϊν τάςεων τθσ ςυγκόλλθςθσ. Κάκε ζνασ από αυτοφσ του παράγοντεσ παίηει τον ρόλο του προκειμζνου να δθμιουργθκοφν οι ρωγμζσ υδρογόνου και χωρίσ τθν ςυμβολι όλων αυτϊν το φαινόμενο μπορεί να μθν εκδθλωκεί. Κάτω από ζνα ςυγκεκριμζνο όριο παραμενουςϊν τάςεων π.χ. θ ρθγμάτωςθ υδρογόνου μπορεί να αποφευχκεί. Με βάςθ όςα αναφζρονται ςε αυτι τθν ενότθτα, οι ψυχρζσ ρθγματϊςεισ υδρογόνου ζχουν τα παρακάτω χαρακτθριςτικά: παρουςιάηονται ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ, ι ςτθν ΘΕΗ είναι διακρυςταλλικζσ ι περικρυςταλλικζσ ζχουν μικροςκοπικζσ ι μακροςκοπικζσ διαςτάςεισ αναπτφςςονται μερικζσ μζρεσ μετά τθν διεργαςία τθσ ςυγκόλλθςθσ Αποφυγι των ρωγμών υδρογόνου. Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί, θ εμφάνιςθ των ρωγμϊν υδρογόνου απαιτεί τθν ταυτόχρονθ φπαρξθ τριϊν παραγόντων τθν φπαρξθ διαλυτοποιθμζνου ατομικοφ υδρογόνου ςε επαρκι ςυγκζντρωςθ τθν φπαρξθ ςκλθρϊν φάςεων ςτθν μικροδομι του υλικοφ τθν φπαρξθ τάςεων ςτθ περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Κάκε ζνασ από αυτοφσ τουσ παράγοντεσ είναι απαραίτθτοσ για τθν εκδιλωςθ του φαινομζνου, αλλά όλοι μαηί δρουν ακροιςτικά, δθλαδι παρουςία υψθλϊν παραμενουςϊν τάςεων το φαινόμενο μπορεί να παρουςιαςτεί ςε μία λιγότερο ςκλθρι δομι από αυτι που κα απαιτοφνταν υπό τθν επιρεια χαμθλότερων τάςεων ι μικρότερθσ ςυγκζντρωςθσ υδρογόνου. αν αποτζλεςμα των παραπάνω, όλα τα μζτρα που μειϊνουν ζναν θ περιςςότερουσ από αυτοφσ τουσ παράγοντεσ ςυντελοφν ςτθν εξάλειψθ του φαινομζνου. Πιο ειδικά: Μείωςθ τθσ περιεκτικότθτασ τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε υδρογόνο. Θ περιεκτικότθτα τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε υδρογόνο μειϊνεται με ςωςτό κακαριςμό τθσ περιοχισ και απομάκρυνςθ τθσ υγραςίασ. Παράλλθλα είναι απαραίτθτο να γίνεται χριςθ βαςικϊν θλεκτροδίων χαμθλοφ υδρογόνου τα οποία πρζπει να "ψινονται" ςφμφωνα με τισ οδθγίεσ του καταςκευαςτι πριν τθν ςυγκόλλθςθ (ςυνικωσ ςτουσ C για 2 με 4 ϊρεσ). Εναλλακτικά τα τελευταία χρόνια οι καταςκευαςτζσ θλεκτροδίων προςφζρουν βαςικά θλεκτρόδια ςυςκευαςμζνα ςε κενό, τα οποία εάν χρθςιμοποιθκοφν εντόσ 8 ωρϊν από το άνοιγμα τουσ εγγυϊνται περιεκτικότθτεσ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε υδρογόνο γφρω ςτα 5 ml/100grμετάλλου (Θ5 ςφμφωνα με το EN ISO 2560) /20

16 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Σζλοσ για χάλυβεσ με μεγάλθ ευαιςκθςία ςτθν ρθγμάτωςθ υδρογόνου, μπορεί μετά τθν ςυγκόλλθςθ να κρατθκοφν ςε κερμοκραςία 200 C για ϊρεσ προκειμζνου να ολοκλθρωκεί θ διάχυςθ του υδρογόνου μακριά από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ (low temperature annealing). Μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ τθσ μικροδομισ. Με δεδομζνο τθν χριςθ ενόσ ςυγκεκριμζνου τφπου χάλυβα, θ ςκλθρότθτα ςτθ περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να μειωκεί με τθν χριςθ ςωςτϊν παραμζτρων ςυγκόλλθςθσ (κερμικι παροχι), προκζρμανςθ, και ςε περιπτϊςεισ χαλφβων με μεγάλθ ευαιςκθςία ςτθν ρθγμάτωςθ υδρογόνου (μαρτενςιτικοί χάλυβεσ ερπυςμοφ) με μία κερμικι κατεργαςία μετά τθν ςυγκόλλθςθ θ οποία είναι ςχεδιαςμζνθ ϊςτε να μειϊςει τθν ςκλθρότθτα του ςχθματιηόμενου μαρτενςίτθ (tempering). Μείωςθ των τάςεων ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Αν και οι παραμζνουςεσ τάςεισ είναι αναπόφευκτεσ ςτισ ςυγκολλιςεισ, παράγοντεσ όπωσ ο βακμόσ ακαμψίασ μίασ ςυγκολλθτισ καταςκευισ, θ γεωμετρία και θ ςυναρμογι τθσ ςυγκόλλθςθσ μποροφν να αυξιςουν τισ παραμζνουςεσ τάςεισ ςε ςθμαντικό βακμό. Θ εξομάλυνςθ των γεωμετρικϊν ανωμαλιϊν που δρουν ςαν ςθμεία ςυγκζντρωςθσ τάςεων είναι επίςθσ ζνα μζτρο που βοθκάει ςτθν μείωςθ τθσ εμφάνιςθσ των ρωγμϊν υδρογόνου. Σζλοσ, οι αποτατικζσ ανοπτιςεισ (stress relieving) μειϊνουν ςθμαντικά τισ παραμζνουςεσ τάςεισ και πραγματοποιοφνται ςτουσ χάλυβεσ με μεγάλθ ευαιςκθςία ςτθν ρθγμάτωςθ υδρογόνου εκπλθρϊνοντασ ταυτόχρονα και τον ρόλο μείωςθσ τθσ ςκλθρότθτασ του μαρτενςίτθ. 3.3 Διαζηρωμαηική Ρηγμάηωζη (Lamellar Tearing) Θ διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ είναι ρωγμζσ κάτω από τθ ραφι ςυγκόλλθςθσ που ςτισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ είναι διαχωριςμοί υλικοφ που ζχουν τθν μορφι αναβακμίδων. Αίτιο για αυτζσ τισ ρωγμζσ, αποτελεί ο τφποσ και θ διάταξθ μθ μεταλλικϊν εγκλειςμάτων (π.χ. κειοφχου μαγγανίου) ςτο χάλυβα ςε ςυνδυαςμό με τθν ακαμψία τθσ ςυγκολλθτισ καταςκευισ κάκετα ςτο επίπεδο του ελάςματοσ. χιμα 8. Συπικι μορφι διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ (lamellar tearing) /20

17 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Αίτια τθσ Διαςτρωματικισ Ρθγμάτωςθσ Θ ικανότθτα παραμόρφωςθσ χαλφβδινων ελαςμάτων μειϊνεται ςε μεγάλο βακμό όταν φορτίηονται ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ ςε ςφγκριςθ με τθν ικανότθτα παραμόρφωςθσ όταν φορτίηονται ςε εγκάρςια και διαμικθ κατεφκυνςθ. Ο κφριοσ λόγοσ για αυτι τθν εξάρτθςθ ςτθν κατεφκυνςθ των ιδιοτιτων παραμόρφωςθσ είναι θ διάταξθ ςε ςτρϊςεισ μθ μεταλλικϊν εγκλειςμάτων (κειοφχεσ και πυριτικζσ ενϊςεισ, οξείδια) παράλλθλα ςτθν επιφάνεια του ελάςματοσ. Σα εγκλείςματα που είναι υπεφκυνα για τθν διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ παραμορφϊνονται πλαςτικά κατά τθν διάρκεια τθσ ζλαςθσ των υλικϊν και ωσ εκ τοφτου προςανατολίηονται κατά μικοσ των γραμμϊν ζλαςθσ του υλικοφ επθρεάηοντασ ζτςι ςθμαντικά τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ. το ζλαςμα, αυτά τα εγκλείςματα βρίςκονται ςε διαφορετικά ςχιματα (π.χ. επίπεδα, γραμμικά, ςφαιρικά). υνεπϊσ το μζγεκοσ του κάκε εγκλείςματοσ είναι διαφορετικό ανάλογα με τθν κατεφκυνςθ τθσ προβολισ του ςχιματοσ του. Κατά τθν άςκθςθ φορτίων τα εγκλείςματα δεν ςυμμετζχουν ςτισ αλλαγζσ παραμόρφωςθσ ςτον ίδιο βακμό όπωσ θ μεταλλικι μιτρα και ανάλογα με το μζγεκοσ τθσ περιοχισ του κάκε εγκλείςματοσ που βρίςκεται κάκετα ςτθν κατεφκυνςθ του φορτίου, κα μειϊςει τθν ικανότθτα παραμόρφωςθσ του υλικοφ. Κακοριςμόσ τθσ Ευαιςκθςίασ ςε Διαςτρωματικι Ρθγμάτωςθ Προκειμζνου να αποφευχκοφν προβλιματα που οφείλονται ςε αυτοφ του είδουσ τθν ρθγμάτωςθ, ζχουν κακοριςτεί για κρίςιμεσ εφαρμογζσ υλικά με εγγυθμζνθ ολκιμότθτα ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ τουσ. Θ ολκιμότθτα ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ ορίηεται από τθν μείωςθ τθσ διατομισ που επιτυγχάνεται ςε δοκιμι εφελκυςμοφ ςε αυτι τθν κατεφκυνςθ ςφμφωνα με το ΕΝ Οι χάλυβεσ με εγγυθμζνεσ ιδιότθτεσ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ ςυμβολίηονται με το γράμμα Η και ζχουν τρία επίπεδα ποιότθτασ Η15, Η25 και Η35, με τισ ιδιότθτεσ που φαίνονται ςτον πίνακα 2. Οι χάλυβεσ που επιτυγχάνουν μείωςθ τθσ διατομισ πάνω από 20% ςτθν ειδικι δοκιμι εφελκυςμοφ ςτθ κατεφκυνςθ του πάχουσ κεωροφνται ωσ ανκεκτικοί ςτθν διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ ςφμφωνα με το ΕΝ Αυτοί είναι ςυνικωσ κακθςυχαςμζνοι χάλυβεσ (aluminium treated) και ζχουν πολφ μικρά ποςοςτά κείου (S < 0.005%). Αντί για αλουμίνιο, ςπάνιεσ γαίεσ ι αςβεςτοφχεσ ενϊςεισ μποροφν επίςθσ να προςτεκοφν προκειμζνου να μειωκεί ο αρικμόσ των εγκλειςμάτων αλλά και να ελεγχκεί και το ςχιμα τουσ προσ όφελοσ των μθχανικϊν ιδιοτιτων ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ. Αποφυγι τθσ διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ. Μζτρα που αφοροφν το Τλικό Χριςθ χάλυβα φτωχοφ ςε κείο (χαμθλόσ αρικμόσ και ςυγκζντρωςθ εγκλειςμάτων) χθματιςμόσ προϊόντων αποξείδωςθσ όπωσ ςφαιρικά εγκλείςματα (μικρι περιοχι εγκλειςμάτων παράλλθλα ςτθν επιφάνεια) /20

18 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ Αφξθςθ του βακμοφ κακαρότθτασ Πίνακασ 2. Κατθγορίεσ ποιότθτασ για χάλυβεσ με εγγυθμζνεσ ιδιότθτεσ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ. *) Εγγυθμζνεσ τιμζσ μείωςθσ τθσ διατομισ Z D από δείγματα δοκιμισ εφελκυςμοφ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ. **) Οι τιμζσ είναι ζγκυρεσ για τθ μζςθ τιμι που αποκτικθκε από τρεισ μεμονωμζνεσ δοκιμζσ. Δομικά μζτρα Διάταξθ των ςυνδζςεων ςυγκόλλθςθσ με τζτοιο τρόπο ϊςτε τα φορτία να είναι κάκετα ςτθν επιφάνεια ραφισ και θ παραμόρφωςθ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ να είναι χαμθλι, αν είναι δυνατό. Αντικατάςταςθ των γωνιακϊν ςυγκολλιςεων με μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ (ςχιμα 9) χεδιαςμόσ των ςυγκολλιςεων ϊςτε να μεταφζρονται οι παραμζνουςεσ τάςεισ ςε άλλθ κατεφκυνςθ του υλικοφ (ςχιμα 10). Σεχνολογικά μζτρα Παραγωγι μικροφ όγκου ςυγκόλλθςθσ Buttering (ςχιμα 11) Αλλθλουχία κορδονιϊν που αντιςτοιχεί ςε buttering - in situ buttering (ςχιμα 11) υμμετρικζσ ςυγκολλιςεισ (ςχιμα 12). χιμα 9. Σρόποι αποφυγισ τθσ διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ - Αντικατάςταςθ των γωνιακϊν ςυγκολλιςεων με μετωπικζσ /20

19 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ χιμα 10. Σρόποι αποφυγισ τθσ διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ - χεδιαςμόσ των ςυγκολλιςεων ϊςτε να μεταφζρονται οι παραμζνουςεσ τάςεισ ςε άλλθ διεφκυνςθ του υλικοφ χιμα 11. Σρόποι αποφυγισ τθσ διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ - Buttering και buttering. in-situ /20

20 2.7 ΜΘΧΑΝΙΜΟΙ ΡΘΓΜΑΣΩΕΩΝ χιμα 12. Σρόποι αποφυγισ τθσ διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ - χριςθ μικρότερων ςε μζγεκοσ, ςυμμετρικϊν ςυγκολλιςεων με χριςθ ςυμμετρικισ αλλθλουχίασ των κορδονιϊν τθσ ςυγκόλλθςθσ /20

21 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ 2.8 ΘΔΡΜΙΚΔ ΚΑΣΔΡΓΑΙΔ ΤΓΚΟΛΛΗΔΩΝ ΚΑΙ ΜΔΣΑΛΛΩΝ ΒΑΗ 1. ΚΑΣΗΓΟΡΙΔ ΘΔΡΜΙΚΩΝ ΚΑΣΔΡΓΑΙΩΝ Θ τεχνικι χριςθ του χάλυβα είναι βαςιςμζνθ ςτο γεγονόσ ότι ζνασ αρικμόσ ποικίλλων κερμικϊν κατεργαςιϊν οδθγεί ςε διαφορετικζσ ιδιότθτεσ ενόσ ςυγκεκριμζνου υλικοφ. Αυτζσ οι διαφορετικζσ ιδιότθτεσ είναι ρυκμιηόμενεσ εξαιτίασ τθσ αλλοτροπικισ μεταβολισ τθσ κρυςταλλικισ δομισ του χάλυβα. Οι χάλυβεσ χωρίσ ζνα α/γ-μεταςχθματιςμό όπωσ οι ανοξείδωτοι ωςτενιτικοί δεν είναι ικανοί προσ ςκλιρυνςθ ι εξομάλυνςθ. Οι διάφορεσ κερμικζσ κατεργαςίεσ των χαλφβων, μποροφν να διαχωριςτοφν ςε ανόπτθςθ, ςκλιρυνςθ και βαφι/επαναφορά. Ανοπτήςεισ (annealing) Ο λόγοσ τθσ ανόπτθςθσ ενόσ υλικοφ είναι να δθμιουργιςουμε μία ςυγκεκριμζνθ επεξεργαςιμότθτα (για παράδειγμα: εν ψυχρϊ διαμόρφωςθ, ιδιότθτεσ κοπισ). Θ αλλαγι των ιδιοτιτων των υλικϊν γίνεται με κάποια από τισ ακόλουκεσ διεργαςίεσ: Μεταςχθματιςμόσ των δομϊν Μεταςχθματιςμόσ του μεγζκουσ του κόκκου, τροποποίθςθ, Αποτατικι ανόπτθςθ Οι διαφορετικοί τρόποι ανόπτθςθσ διαχωρίηονται ςε κζρμανςθ μζχρι μία ςυγκεκριμζνθ κερμοκραςία, διατιρθςθ ςε αυτι τθ κερμοκραςία και ψφξθ ςε κερμοκραςία δωματίου. Κατά τθ διάρκεια τθσ κζρμανςθσ ενόσ υλικοφ θ εμφάνιςθ μίασ αυξανόμενθσ ζνταςθσ μεταξφ των εξωτερικϊν και εςωτερικϊν περιοχϊν του υλικοφ μπορεί να προκαλζςει προβλιματα. υνεπϊσ το πάχοσ του υλικοφ κακϊσ και θ κερμικι αγωγιμότθτα πρζπει να παρατθρθκοφν για να αποφφγουμε ρωγμζσ λόγω κερμικϊν τάςεων. Σο ίδιο κα μποροφςε να εμφανιςτεί κατά τθ διάρκεια τθσ κατεργαςίασ ψφξθσ του υλικοφ. Σκλήρυνςη (hardening) Ο ςκοπόσ τθσ ςκλιρυνςθσ είναι να αποκτθκεί μία ςκλθρι δομι. Τπάρχουν διάφορεσ διεργαςίεσ ςκλιρυνςθσ όπωσ θ τυπικι ι επιφανειακι ςκλιρυνςθ που όλεσ βαςίηονται ςτο υλικό. Βαφή και Επαναφορά Σο χαρακτθριςτικό ενόσ υλικοφ που ζχει ςκλθρυνκεί είναι θ ςκλθρότθτα που από τθν άλλθ πλευρά οδθγεί ςε μια μειωμζνθ ολκιμότθτα και δυςκραυςτότθτα. Για να πάρουμε ζνα 2.8 1/17

22 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ ςκλθρό αλλά με αποδεκτι ολκιμότθτα υλικό κα πρζπει να γίνει μία άλλθ κερμικι κατεργαςία που ονομάηεται βαφι και επαναφορά. 2. ΑΝΟΠΣΗΔΙ 2.1 Δξομάλςνση (Normalising) Θ εξομάλυνςθ αφορά τθ κζρμανςθ των χαλφβων ςε κερμοκραςίεσ: 30 με 50 C άνω του ςθμείου A C3 για υποευτθκτοειδι χάλυβεσ και 30 με 50 Cπάνω από το A C1 για υπερευτθκτοειδι χάλυβεσ. Ανάλογα με τισ διαςτάςεισ το αντίςτοιχο κομμάτι προσ κατεργαςία κα εκτεκεί ςτθ κεμροκραςία κζρμανςθσ μόνο όςο είναι απαραίτθτο για να κερμανκεί πλιρωσ. Μετά από αυτό κα ψυχκεί ςε αζρα. Εξαιτίασ του γεγονότοσ ότι ο χάλυβασ κατά τθν διάρκεια τθσ εξομάλυνςθσ υπόκειται δφο φορζσ ςτον μεταςχθματιςμό α/γ, θ δομι του υλικοφ κα μεταςχθματιςτεί ςε μία ομοιόμορφθ, λεπτόκοκκθ μορφι. υνεπϊσ, ο ςκοπόσ τθσ εξομάλυνςθσ είναι θ αλλαγι μίασ ανομοιόμορφθσ και χονδρόκοκκθσ δομισ ςε μία ομοιόμορφθ δομι με καλι διαςτρωμάτωςθ φερρίτθ-περλίτθ. Θ εξομάλυνςθ ςαν κερμικι κατεργαςία ζχει τθν ικανότθτα να επαναςχθματίςει τθν δομι ενόσ χάλυβα από το μθδζν, δθλαδι όλεσ οι δομικζσ αλλαγζσ που επιτυγχάνονται μζςω ςκλιρυνςθσ, επαναφοράσ, υπερκζρμανςθσ, ςυγκόλλθςθσ, ι ψυχροφ και κερμοφ ςχθματιςμοφ αφαιροφνται με τθν εξομάλυνςθ. Ατζλειεσ όπωσ π.χ. επιφανειακζσ ρωγμζσ ι ρωγμζσ ςκλιρυνςθσ δεν μποροφν βζβαια να επιδιορκωκοφν με αυτι τθν κερμικι κατεργαςία. Θ εξομάλυνςθ εφαρμόηεται ςε περιπτϊςεισ, όπωσ αυτζσ που αναφζρονται παρακάτω: ε περίπτωςθ μίασ μθ ομοιόμορφθσ δομισ, π.χ. μετά από υπερκζρμανςθ θ ςε περίπτωςθ ηωνϊν φερρίτθ-περλίτθ (pearlite banding) ε περίπτωςθ χονδρϊν κόκκων ε περίπτωςθ μιασ δομισ ςτερεοποίθςθσ, π.χ. ςε μία ςφνδεςθ ςυγκόλλθςθσ ι χυτοχάλυβα ε περίπτωςθ χαλφβων ψακυρϊν εξαιτίασ γιρανςθσ ε περίπτωςθ όλων των καταςκευαςτικϊν χαλφβων που ζχουν ανεπαρκι αντοχι ι πολφ χαμθλό όριο ελαςτικότθτασ. Όπωσ ςε κάκε μεταλλουργικι διεργαςία ζτςι και κατά τθν διάρκεια τθσ εξομάλυνςθσ υπάρχει ο κίνδυνοσ να δθμιουργθκοφν ελαττϊματα εάν οι παράμετροι τθσ διεργαςίασ δεν τθρθκοφν ςωςτά. Συπικά λάκθ κατά τθν διάρκεια τθσ εξομάλυνςθσ περιλαμβάνουν τθν υπερκζρμανςθ, τον υπερβολικά μεγάλο χρόνο διατιρθςθσ τθσ ςτακερισ κερμοκραςίασ και τθν δθμιουργία ηωνϊν φερρίτθ (pearlite banding) /17

23 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σο ςχιμα 1 δείχνει τθν ςχθματικι αναπαράςταςθ μίασ κερμικισ κατεργαςίασ εξομάλυνςθσ και τθν αλλαγι που επιτυγχάνεται ςτθν δομι του υλικοφ. Σχήμα 1. Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ εξομάλυνςθσ και μεταβολζσ τθσ δομισ. 2.2 Αποτατική Ανόπτηση (Stress Relieve) Θ αποτατικι ανόπτθςθ επιτυγχάνεται με κζρμανςθ κάτω του A C1 με επακόλουκθ αργι ψφξθ ζτςι ϊςτε οι εςωτερικζσ τάςεισ να μειωκοφν χωρίσ μία ςθμαντικι επιρροι ςτισ άλλεσ ιδιότθτεσ (ςχιμα 2). Ωςτόςο, πρζπει να τονιςτεί ότι μία πλιρθσ εξάλειψθ των εςωτερικϊν τάςεων του υλικοφ πρακτικά δεν επιτυγχάνεται. Εςωτερικζσ τάςεισ μποροφν να δθμιουργθκοφν εξαιτίασ διαφορετικϊν κερμϊν διογκϊςεων ι εξαιτίασ τθσ ςυμπεριφοράσ ςυρρίκνωςθσ του υλικοφ π.χ. κατά τθ διάρκεια ςυγκόλλθςθσ, θλεκτροκόλλθςθσ, ςτερεοποίθςθσ ι βαφισ. Εξαιτίασ των εςωτερικϊν τάςεων το υλικό μπορεί να διαςτρεβλωκεί ι ακόμα και να ραγίςει. Επιπροςκζτα, οι εςωτερικζσ τάςεισ μζςα ςτο κομμάτι κατεργαςίασ μπορεί να απελευκερωκοφν μζςω τθσ πλαςτικισ παραμόρφωςθσ /17

24 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Με τον τρόπο αυτό, το όριο ελαςτικότθτασ του υλικοφ πρόκειται να μειωκεί κάτω από το άκροιςμα των τάςεων. Με μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ οι πιο επικυμθτζσ κερμοκραςίεσ ανόπτθςθσ βρίςκονται μεταξφ 450 και 600 C ςε χρόνο διατιρθςθσ ςτακερισ κερμοκραςίασ από 1 ζωσ 2 h. Αν μία αποτατικι κερμικι κατεργαςία είναι απαραίτθτθ πριν τθν πραγματοποίθςθ βαφισ και επαναφοράσ, θ κερμοκραςία κζρμανςθσ πρζπει να είναι C κάτω από τθ κερμοκραςία επαναφοράσ. Σχήμα 2. Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ αποτατικισ ανόπτθςθσ και μεταβολι του ορίου διαρροισ ενόσ χάλυβα ανάλογα με τθν κερμοκραςία τθσ αποτατικισ ανόπτθςθσ. 2.3 Ανόπτηση Μεγέθςνσηρ Κόκκος (Coarse Grain Annealing) Θ ανόπτθςθ μεγζκυνςθσ κόκκου, πραγματοποιείται ςε κερμοκραςίεσ μεταξφ 950 και 1100 C με χρόνο διατιρθςθσ ςτακερισ κερμοκραςίασ από 1 μζχρι περίπου 4 ϊρεσ. Εξαιτίασ τθσ μεγάλθσ περιόδου διατιρθςθσ ςτακερισ κερμοκραςίασ ςε ςυγκριτικά υψθλζσ κερμοκραςίεσ κα παραχκεί ζνασ χονδρόκοκκοσ ωςτενίτθσ που μετά τθν ψφξθ οδθγεί ςε χονδρόκοκκθ φερριτικι-περλιτικι δομι. Ζνα αργό πζραςμα ςτον μεταςχθματιςμό γ/αυποςτθρίηει το ςχθματιςμό τθσ χονδρόκοκκθσ δομισ. Κανονικά, θ παραγόμενθ χονδρόκοκκθ δομι ςυνδυάηεται με μία χαμθλι ςκλθρότθτα και μία ανεπικφμθτθ απϊλεια αντοχισ. Ωςτόςο, αυτόσ ο τφποσ δομισ είναι πλεονεκτικόσ για 2.8 4/17

25 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ διάφορζσ μθχανουργικζσ κατεργαςίεσ βοθκϊντασ τθν κατεργαςία του υλικοφ χωρίσ τον κίνδυνο ρθγματϊςεων και άλλων μθχανουργικϊν ελαττωμάτων. Σο ςχιμα 3 δείχνει τθν ςχθματικι αναπαράςταςθ μίασ ανόπτθςθσ για μεγζκυνςθ κόκκου και τθν αλλαγι που επιτυγχάνεται ςτθν δομι του υλικοφ. Σχήμα 3. Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ εξομάλυνςθσ και μεταβολζσ τθσ δομισ. 2.4 Soft Annealing To soft annealing πραγματοποιείται ςε κερμοκραςίεσ λίγο κάτω, ι εν μζρει λίγο πάνω από το A C1, ι εναλλακτικά κυκλικι ανόπτθςθ γφρω από το A C1 με μία επακόλουκθ αργι ψφξθ. Αυτι κερμικι κατεργαςία ςτοχεφει ςτο να αποκτθκεί μία μαλακι κατάςταςθ τθσ δομισ, κατάλλθλθ για μία περαιτζρω μθχανουργικι κατεργαςία ι ψυχρι παραμόρφωςθ. Θ βζλτιςτθ κατάςταςθ τθσ δομισ αποτελείται από ομογενϊσ κατανεμθμζνα, λεπτόκοκκα, ςφαιρικά καρβίδια (ςεμεντίτθσ) ενςωματωμζνα ςε μία φερριτικι μιτρα. Εξαιτίασ του ςχθματιςμοφ τθσ δομισ, το soft annealing ονομάηεται επίςθσ ανόπτθςθ ςε ςφαιρικό ςεμεντίτθ /17

26 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σα ςχιματα 4 και 5 δείχνουν τθν ςχθματικι αναπαράςταςθ δφο κατεργαςιϊν soft annealing και τθν αλλαγι που επιτυγχάνεται ςτθν δομι του υλικοφ για χάλυβεσ με χαμθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα και χάλυβεσ με μεςαία/υψθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα αντίςτοιχα. Σχήμα 4. Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ soft annealing για χάλυβεσ με χαμθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα και μεταβολζσ τθσ δομισ /17

27 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σχήμα Σχήμα 5. Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ soft annealing για χάλυβεσ με μεςαία/υψθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα και μεταβολζσ τθσ δομισ. 2.5 Ανόπτηση Γιάσςσηρ (Diffusion Annealing) Θ ανόπτθςθ διάχυςθσ είναι μία κερμικι κατεργαςία ςε πολφ υψθλζσ κερμοκραςίεσ ςτο εφροσ των 1050 με 1250 C με επαρκϊσ μεγάλο χρόνο διατιρθςθσ ςτακερισ κερμοκραςίασ (μζχρι και 50 h). Με τον τρόπο αυτό, τοπικζσ διαφορζσ τθσ χθμικισ ςφςταςθσ εξαιτίασ μικροδιαφοριςμϊν μειϊνονται και δομικζσ ανομοιογζνειεσ αντιςτακμίηονται. Μακροδιαφοριςμοί δεν μποροφν να αντιςτακμιςτοφν εξαιτίασ των μεγάλων αποςτάςεων διάχυςθσ. Εξαιτίασ των υψθλϊν κερμοκραςιϊν κατά τθ διάρκεια τθσ ανόπτθςθσ διάχυςθσ ζνασ ςχθματιςμόσ χονδρϊν κόκκων είναι αναπόφευκτοσ. Μζςω τθσ εξομάλυνςθσ θ χονδρόκοκκθ δομι μπορεί να απομακρυνκεί ξανά. 2.6 Ανόπτηση Ανακπςστάλλωσηρ (Recrystallization annealing) Κατά τθ διάρκεια τθσ ψυχρισ παραμόρφωςθσ όλα τα μζρθ τθσ δομισ που είναι πλαςτικά διαμορφϊςιμα μπορεί να επιμθκυνκοφν προσ τθν κατεφκυνςθ τθσ παραμόρφωςθσ (ενδοτράχυνςθ) με μία ταυτόχρονθ αφξθςθ των εςωτερικϊν τάςεων. Αυτι θ κατάςταςθ ςκλιρυνςθσ χαρακτθρίηεται από μία αφξθςθ τθσ αντοχισ ςε εφελκυςμό με μία ταυτόχρονθ μείωςθ τθσ διαμορφωτικισ ικανότθτασ. Εξαιτίασ αυτοφ του λόγου θ ψυχρι παραμόρφωςθ δεν μπορεί να πραγματοποιείται επ' άπειρον, αλλά μετά από ζναν οριςμζνο βακμό παραμόρφωςθσ, θ ανακρυςτάλλωςθ είναι απαραίτθτθ με ςκοπό να αποκαταςτακοφν οι αρχικζσ ιδιότθτεσ του υλικοφ. Κάκε μζταλλο και κάκε κράμα ζχει μία ςυγκεκριμζνθ κερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ. Πάνω από αυτι τθ κερμοκραςία το κρυςταλλικό πλζγμα αναδομείται εξαιτίασ τθσ ειςαγόμενθσ κερμικισ ενζργειασ. Θ κερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ των κακαρϊν μετάλλων μπορεί να είναι υπολογιςτεί περίπου από: T R» 0.42 T S όπου T R : Θερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ T S : κερμοκραςία τιξθσ μετάλλου ςε K Θ κερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ εξαρτάται ιδιαίτερα από το βακμό παραμόρφωςθσ και τα κραματικά ςυςτατικά. τουσ μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ θ κερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ είναι μεταξφ 450 και 600 C, ενϊ ςτουσ κραματωμζνουσ χάλυβεσ εξαρτάται από τθν περιεκτικότθτα του κράματοσ μεταξφ 600 και 800 C. Μζςω τθσ ανακρυςτάλλωςθσ (πρωτογενισ ανακρυςτάλλωςθ) οι κόκκοι ςχθματίηονται πλιρωσ ξανά. Πάνω από τθ κερμοκραςία ανακρυςτάλλωςθσ οι μικροί κόκκοι που ςχθματίηονται από τθν 2.8 7/17

28 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ πρωτογενι ανακρυςτάλλωςθ ςυνδυάηονται για να ςχθματίςουν λίγουσ, μεγάλουσ κόκκουσ. Αυτι θ διαδικαςία ονομάηεται δευτερογενισ ανακρυςτάλλωςθ. Σο μζγεκοσ του κόκκου που αποκτάται από τθν ανακρυςτάλλωςθ είναι εκτόσ των άλλων εξαρτϊμενο από το βακμό παραμόρφωςθσ. Όςο υψθλότεροσ ο βακμόσ παραμόρφωςθσ, τόςο πιο λεπτι γίνεται θ δομι των κόκκων. ε ζνα κρίςιμο βακμό παραμόρφωςθσ μεταξφ 5 και 20 % υπάρχουν πολφ λίγοι κρυςταλλικοί πυρινεσ, οδθγϊντασ ζτςι ςε μία ανεπικφμθτθ διεφρυνςθ του κόκκου. Σχήμα 6. Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ ανακρυςτάλλωςθσ για χάλυβα με αρχικι δομι που αντιςτοιχεί ςε ποςοςτό ψυχρισ παραμόρφωςθσ 65% και μεταβολζσ ςτθν δομι. 2.7 Θεπμομησανική Έλαση (Thermomechanical Rolling) Θ κερμομθχανικι κατεργαςία είναι ζνασ ςυνδυαςμόσ παραμόρφωςθσ του υλικοφ ςτο ωςτενιτικό ςτάδιο με μία ςυγκεκριμζνθ ψφξθ που οδθγεί ςε μία δομι που δεν κα μποροφςε να επιτευχκεί από άλλεσ κερμικζσ κατεργαςίεσ. θμαντικζσ ςε αυτι τθν περίπτωςθ είναι θ κερμοκραςίεσ ζναρξθσ και λιξθσ τθσ διαδικαςίασ ζλαςθσ και επίςθσ θ φπαρξθ των ονομαηόμενων μικροκραματικϊν ςτοιχζιων όπωσ: V Nb Zr B Cr (Βανάδιο) (Νιόβιο) (Ηιρκόνιο) (Βόριο) (Χρϊμιο) Εξαιτίασ αυτϊν των ςτοιχείων το αποτζλεςμα τθσ κερμομθχανικισ κατεργαςίασ είναι μία λεπτόκοκκθ δομι με υψθλι αντοχι και καλι ολκιμότθτα. Όπωσ παρουςιάηεται ςτο ςχιμα 7 με τθν προςκικθ των μικροκραματικϊν ςτοιχείων τα ςθμεία μεταςχθματιςμοφ και ακόμθ θ 2.8 8/17

29 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ ανακρυςτάλλωςθ μετακινοφνται προσ τα δεξιά με αποτζλεςμα ο χρόνοσ για παραμόρφωςθ και ψφξθ να είναι μεγαλφτεροσ. Σχήμα 7.φνδεςθ μεταξφ ςθμείων μεταςχθματιςμοφ και μικροκραματικϊν ςτοιχειϊν κατά τθ διάρκεια τθσ κερμομθχανικισ κατεργαςίασ. 3. ΚΛΗΡΤΝΗ Διακρίνονται δφο τφποι ςκλιρυνςθσ: Απλι ςκλιρυνςθ (normal hardening) που επιτυγχάνεται από το ςχθματιςμό του μαρτενςίτθ, που εφαρμόηεται κυρίωσ ςε χάλυβεσ με μεςαία περιεκτικότθτα άνκρακα, κλιρυνςθ εξωτερικοφ περιβλιματοσ (case hardening) που εφαρμόηεται ςε χάλυβεσ με μία χαμθλι περιεκτικότθτα άνκρακα (<0.22%). Εδϊ, θ επιφάνεια του εξαρτιματοσ ενανκρακϊνεται μζςω διάχυςθσ και ακολουκεί μία διαδικαςία βαφισ. 3.1 Απλή κλήπςνση (Normal Hardening) Θ ςκλιρυνςθ είναι μια κερμικι κατεργαςία με επακόλουκθ ψφξθ ςε μία ταχφτθτα που οδθγεί ςε αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ από το ςχθματιςμό του μαρτενςίτθ. Θ πιο ευνοϊκι κερμοκραςία ςκλιρυνςθσ εξαρτάται από τθν περιεκτικότθτα του άνκρακα και είναι μεταξφ 30 με 50 C πάνω από τθν ΘερμοκραςίαA C3 (παρόμοια κερμοκραςία με τθν κερμικι κατεργαςία εξομάλυνςθσ) /17

30 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σχήμα 8. Εξοπλιςμόσ για τθν πραγματοποίθςθ ςκλιρυνςθσ. Φοφρνοσ διαςτάςεων 6x6x15m (δεξιά) και λουτρό ψφξθσ με διάμετρο 5m. Σχήμα 9.Συπικό διάγραμμα κερμικισ κατεργαςίασ ςκλιρυνςθσ και μεταβολι τθσ δομισ. Κατά τθ διαδικαςία ςκλιρυνςθσ ο άνκρακασ διατθρείται ςε ζνα υπερκορεςμζνο διάλυμα μζςω τθσ βαφισ, δθλ. ο άνκρακασ δεν μπορεί να κατακρθμνιςτεί. υνεπϊσ, θ χωροκεντρωμζνθ κυβικι ςτοιχειϊδθσ κυψελίδα του α-ςιδιρου ςτρεβλϊνεται ςτθν κατεφκυνςθ του άξονα c ςχθματίηοντασ ζτςι μία τετραγωνικι κυψελίδα. Όςο υψθλότερθ είναι θ περιεκτικότθτα του χάλυβα ςε άνκρακα, τόςο μεγαλφτερεσ οι ςτρεβλϊςεισ τθσ τετραγωνικισ κυψελίδασ και τόςο υψθλότερθ είναι θ ςκλιρυνςθ βαφισ /17

31 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σχήμα 10.Κρυςταλλικό πλζγμα τθσ μαρτενςιτικισ δομισ ςε ςφγκριςθ με τα πλζγματα των α- και γ-fe. Θ περίοδοσ που θ κερμοκραςία διατθρείται ςε κερμοκραςία ςκλιρυνςθσ πρζπει να είναι αρκετά μεγάλθ ϊςτε να κερμανκεί πλιρωσ το προσ ςκλιρυνςθ εξάρτθμα, με ςκοπό να διαλφςει ολικά τον άνκρακα ςτον ωςτενίτθ. Κατά τθ ςκλιρυνςθ υποευτθκτοειδϊν χαλφβων, θ μζγιςτθ ςκλθρότθτα που μπορεί να αποκτθκεί αυξάνεται ζωσ τθν περιεκτικότθτα του 0.8 % C. Κατά τθ ςκλιρυνςθ υπερευτθκτοειδϊν χαλφβων, οι φάςεισ γ-fe και Fe3C ψφχονται από τθν περιοχι δφο φάςεων, όπου ο ςεμεντίτθσ δεν κα διαλυκεί πλιρωσ. Θ ςκλθρότθτα παραμζνει ςτο ίδιο ςχεδόν επίπεδο. Κατά τθ ςκλιρυνςθ υπερευτθκτοειδϊν χαλφβων από τθν περιοχι του ωςτενίτθ πάνω από τθν κεροκραςία A C3 κα υπάρξει μία μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ εξαιτίασ του υπολειπόμενου ωςτενίτθ. Σα παραπάνω φαίνονται ςτο ςχιμα 11. Σχήμα 11. Θ ςκλθρότθτα του μαρτενςίτθ κακϊσ και θ M s - και θ M f - κερμοκραςία ανάλογα με τθν περιεκτικότθτα ςε C /17

32 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Ο ςχθματιςμόσ μαρτενςίτθ δεν είναι ςυνεχισ. Θ ποςότθτα του μαρτενςίτθ που περιζχεται ςτθν ωςτενιτικι μιτρα κατά τθ διάρκεια τθσ βαφισ με ζναρξθ τθν κερμοκραςία M s εξαρτάται αποκλειςτικά από τθν κερμοκραςία. Ο ςχθματιςμόσ μαρτενςίτθ λιγει, όταν θ τελικι κερμοκραςία μαρτενςίτθ M f ζχει επιτευχκεί. Θ M f - κερμοκραςία υπερευτθκτοειδϊν χαλφβων φτάνει κάτω από τουσ 0 C. Ο μαρτενςίτθσ είναι θ τετραγωνικά διαςτρεβλωμζνθ μορφι του φερρίτθ. Ο διαλυμζνοσ άνκρακασ του μαρτενςίτθ είναι ο ίδιοσ όπωσ ςτον ωςτενίτθ από τον οποίο μεταςχθματίςτθκε ο μαρτενςίτθσ. Θ βαφι μπορεί να πραγματοποιθκεί με διάφορα μζςα όπωσ π.χ. το νερό, το λάδι ι ο αζρασ. Μποροφν ωςτόςο να υπάρξουν διάφορα μζςα βαφισ εμπλεκόμενα ςε μία διαδικαςία βαφισ, όπωσ κατά τθ διάρκεια διακοπτόμενθσ ςκλιρυνςθσ ι κακυςτερθμζνθσ μαρτενςιτικισ ςκλιρυνςθσ. Με ςκοπό να αποκτθκεί μία πλιρθσ μαρτενςιτικι δομι, θ ταχφτθτα ψφξθσ πρζπει αν είναι πάνω από τθν ανϊτερθ κρίςιμθ ταχφτθτα βαφισ του υλικοφ ςε όλο το κομμάτι κατεργαςίασ. υχνά προβλιματα που παρουςιάηονται κατά τθν διάρκεια τθσ ςκλιρυνςθσ είναι: Θ χριςθ μίασ υπερβολικά υψθλισ κερμοκραςία ςκλιρυνςθσ Θ τελικι δομι να περιζχει μεγάλα ποςοςτά υπολειπόμενου ωςτενίτθ. Με τον όρο εμβαπτότθτα ορίηεται θ ικανότθτα ενόσ χάλυβα να υιοκετιςει μία αυξθμζνθ ςκλθρότθτα μζςω τθσ τροποποίθςθσ τθσ δομισ του ςε μαρτενςίτθ. Ο όροσ εμβαπτότθτα ςυμπεριλαμβάνει και τα δφο, το βακμό τθσ ςκλθρότθτασ (αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ) και τθν κατανομι τθσ ςκλθρότθτασ ςε όλο το προφίλ του υλικοφ. Αν ζνα κομμάτι προσ κατεργαςία είναι πλιρωσ μεταςχθματιςμζνο ςε δομι μαρτενςίτθ διαμζςω τθσ ολικισ του διατομισ, θ ςκλιρυνςθ ονομάηεται ςκλιρυνςθ πυρινα (core hardening). Θ δοκιμι Jominy (ςχιμα 12) χρθςιμοποιείται πολφ ςυχνά για τον κακοριςμό τθσ εμβαπτότθτασ ενόσ χάλυβα και τθσ τάςθσ που αυτόσ ζχει για ςκλιρυνςθ. Κατά τθν διάρκεια αυτισ τθσ δοκιμισ μία ράβδοσ 25mm ωςτενιτοποιείται και ςτθν ςυνζχεια ψφχεται με τθν χριςθ ενόσ πίδακα νεροφ ςτο μπροςτινό τθσ άκρο. Όςο απομακρυνόμαςτε από το άκρο το οποίο ζρχεται ςε επαφι με τον πίδακα του νεροφ, τόςο ο ρυκμόσ ψφξθσ και θ ςκλθρότθτα μειϊνονται. Σο αποτζλεςμα είναι ζνα χαρακτθριςτικό προφίλ ςκλθρότθτασ. Θ ςκλθρότθτα τθσ μπροςτινισ επιφάνειασ αντιςτοιχεί ςτθν δυνατότθτα ςκλιρυνςθσ κα κακορίηεται κυρίωσ από τθν περιεκτικότθτα ςε άνκρακα. Θ πικανι αφξθςθ ςκλθρότθτασ, δθλαδι το πόςο γριγορα ξεκινά να μειϊνεται το προφίλ τθσ ςκλθρότθτασ επθρεάηεται κυρίωσ από τα υπόλοιπα κραματικά ςτοιχεία (χρϊμιο, μόλυβδοσ, βανάδιο, μαγγάνιο κτλ) /17

33 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ το ςχιμα 13 βλζπετε τισ καμπφλεσ Jominy των χαλφβων τθσ ίδιασ περικετικότθτασ C με διαφορετικζσ περιεκτικότθτεσ κραματικϊν ςτοιχείων. Σχήμα 12. χθματικι αναπαράςταςθ δοκιμισ εμβαπτότθτασ Jominy (αριςτερά) και χρθςιμοποιθμζνου δοκιμίου (δεξιά). Σχήμα 13. Καμπφλεσ Jominy από χάλυβεσ τθσ ίδιασ περιεκτικότθτασ C με διαφορετικζσ περιεκτικότθτεσ κραματικϊν ςτοιχείων. 3.2 Δπιυανειακή κλήπςνση (Case Hardening) Θ επιφάνεια πολλϊν μθχανολογικϊν εξαρτθμάτων όπωσ π.χ. ςτροφαλοφόροι άξονεσ, γρανάηια, εκκεντροφόροι άξονεσ κτλ. είναι εκτεκειμζνοι ςτθ φκορά. Αυτά τα εξαρτιματα απαιτοφν ζνα υψθλό βακμό επιφανειακισ ςκλθρότθτασ ςε ςυνδυαςμό με επαρκι ολκιμότθτα ςτον πυρινα τουσ. Αυτόσ ο ςυνδυαςμόσ ιδιοτιτων μπορεί να αποκτθκεί με ωςτενιτοποίθςθ τθσ επιφάνειασ των χαλφβων και τθν μετζπειτα βαφι τθσ, ενϊ τθν ίδια /17

34 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ ςτιγμι θ εςωτερικι διατομι του εξαρτιματοσ δεν ζχει ωςτενιτοποιθκεί και ωσ εκ τοφτου δεν υφίςταται καμία διαδικαςία ςκλιρυνςθσ. Θ κζρμανςθ πραγματοποιείται από: Λουτρά μετάλλου (ςκλιρυνςθ με εμβάπτιςθ) Φλόγα Αερίου (ςκλιρυνςθ με φλόγα) Ρεφμα Τψθλισ ςυχνότθτασ (ςκλιρυνςθ με επαγωγι) Θ βαφι ςυχνά πραγματοποιείται με τον ψεκαςμό νεροφ. 3.3 Δνανθπάκωση Μία επιπλζον εναλλακτικι ςκλιρυνςθ τθσ επιφανειακι ςτρϊςθσ είναι θ ενανκράκωςθ τθσ εξωτερικισ ςτοιβάδασ του εξαρτιματοσ (case hardening), και μία επακόλουκθ βαφι. Σα τυπικά υλικά που χρθςιμοποιοφνται ςε εφαρμογζσ ενανκράκωςθσ, είναι χάλυβεσ με περιεκτικότθτα ςε άνκρακα χαμθλότερθ από 0.25% (case hardening steels) οι οποίοι ουςιαςτικά δε ςυνειςφζρουν ςτθν αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ κατά τθ ςκλιρυνςθ. Κατά τθ διάρκεια τθσ ενανκράκωςθσ ο άνκρακασ διαχζεται ςτθν εξωτερικι ςτοιβάδα του υλικοφ. Με αυτό τον τρόπο, ςτοχεφουμε ςε μία περιεκτικότθτα C ίςθ με 0.8 % ςτθν εξωτερικι επιφάνεια. Θ ενανκράκωςθ μπορεί να πραγματοποιθκεί με μζςα που μπορεί να είναι: ςτερεά T = 850 C C t = 8h - 12h ρευςτά T = 850 C C t = 2h - 6h αζρια T = 800 C C t = 2h - 6h Κατά τθν διάρκεια τθσ ςκλιρυνςθσ με ενανκράκωςθ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν μία ςειρά από διαφορετικζσ αλλθλουχίεσ κερμικϊν κατεργαςιϊν όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα 14. (Α) (Β) /17

35 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σχήμα 14. Παραλλαγζσ κατεργαςιϊν ςκλιρυνςθσ κατά τθν ενανκράκωςθ τθσ εξωτερικισ ςτοιβάδασ. (Α) ευκεία ψφξθ, (Β) ςκλιρυνςθ τθσ επιφάνειασ μετά από εξομάλυνςθ του πυρινα, (Γ) κατεργαςία διπλισ ςκλιρυνςθσ. (Γ) 3.4 Δναζώτωση Κατά τθ διάρκεια τθσ ςκλιρυνςθσ με άηωτο, το άηωτο διαχζεται ςτθν επιφάνεια του χάλυβα. Θ ςτρϊςθ εναηϊτωςθσ είναι πολφ λεπτι και μετριζται ςε μερικά δζκατα του χιλιοςτόμετρου μόνο. Θ εναηϊτωςθ π.χ. πραγματοποιείται με αζριο αμμωνία (NH 3 ) ςε μία κερμοκραςία των 500 C ι 600 C για μία χρονικι περίοδο 30 με 60 h. Θ ψφξθ πραγματοποιείται ομοιόμορφα ςε φοφρνο, αποφεφγοντασ ζτςι τισ κερμικζσ τάςεισ. Θ ςκλιρυνςθ ενόσ εναηωτωμζνου επιφανειακοφ ςτρϊματοσ είναι υψθλότερθ από αυτι των επιφανειακϊν ςκλθρφνςεων με άλλεσ μεκόδουσ και βαςίηεται ςτισ λεπτόκοκκεσ κατακρθμνίςεισ νιτριδίων μετάλλων. Θ ςκλθρότθτα των χαλφβων με ςκλιρυνςθ αηϊτου μειϊνεται από τθ ςκλθρι επιφανειακι ςτρϊςθ εναηϊτωςθσ προσ τον μαλακό πυρινα. Αυτι θ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ μπορεί να ελαττωκεί από μία κατεργαςία ςκλιρυνςθσ. Θ ςτρϊςθ εναηϊτωςθσ δεν επθρεάηεται από τθ διαδικαςία ςκλιρυνςθσ. 3.5 Βαυή και Δπαναυοπά Αυτι θ κερμικι κατεργαςία αποτελείται από μία ςυνδυαςμζνθ κερμικι κατεργαςία που ονομάηεται βαφι και επαναφορά. Θ επαναφορά είναι κζρμανςθ ενόσ υλικοφ κατεργαςίασ που ζχει υποςτεί ςκλιρυνςθ ςε μία κερμοκραςία μεταξφ RT και A C1, με τθ διατιρθςθ αυτισ τθσ κερμοκραςίασ για ζνα χρονικό διάςτθμα και ζπειτα ψφξθ. Με τθν κατεργαςία τθσ επαναφοράσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ θ αντοχι εφελκυςμοφ (R m ) και το όριο διαρροισ 0.2% (R P0.2 ) κα μειωκοφν, ενϊ τα μεγζκθ τθσ ολκιμότθτασ του χάλυβα, π.χ. θ επιμικυνςθ (A) και θ μείωςθ τθσ διατομισ (Z) κα αυξθκοφν. Θ κερμοκραςία επαναφοράσ επιλζγεται με τζτοιο τρόπο, ϊςτε θ τελικι μικροδομι του χάλυβα να ζχει τον απαιτοφμενο ςυνδυαςμό ςκλθρότθτασ και ολκιμότθτασ για μία προκακοριςμζνθ εφαρμογι /17

36 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ Σχήμα 15.Ιδιότθτεσ του χάλυβα 50CrMo4 μετά τθ βαφι για το ςχθματιςμό μαρτενςίτθ, ανάλογα με τθ κερμοκραςία επαναφοράσ (επάνω μζροσ) και Θερμοκραςιακόσ κφκλοσ κατά τθ διάρκεια βαφισ και επαναφοράσ (κάτω μζροσ). Κατά τθ διαδικαςία επαναφοράσ ενόσ χάλυβα που ζχει υποςτεί ςκλιρυνςθ λαμβάνουν χϊρα διαφορετικζσ διαδικαςίεσ ανάλογα με το ςτάδιο επαναφοράσ: 1. τάδιο επαναφοράσ μζχρι περίπου τουσ 150 C. τα άτομα C διαχζονται ςε ενδιάμεςεσ κζςεισ του κρυςταλλικοφ πλζγματοσ θ τετραγωνικι παραμόρφωςθ μειϊνεται ανάλογα με τθ κερμοκραςία και το χρόνο. κατακριμνιςθ υπομικροςκοπικϊν κρυςτάλλων καρβιδίου του ςιδιρου 2. τάδιο επαναφοράσ από περίπου 150 C μζχρι περίπου 290 C αλλαγι τθσ κζςθσ των ατόμων C ςτο κρυςταλλικό πλζγμα και μεταςχθματιςμόσ του M tetra ςε M cub κατακριμνιςθ λεπτόκοκκων καρβιδίων ςιδιρου (διάτμθςθ του υπολειπόμενου ωςτενίτθ ςε κυβικό μαρτενςίτθ). 3. τάδιο επαναφοράσ από περίπου 290 C μζχρι περίπου 400 C κατακριμνιςθ όλου του άνκρακα ωσ καρβίδια /17

37 2.8 ΘΕΡΜΙΚΕ ΚΑΣΕΡΓΑΙΕ ΤΓΚΟΛΛΘΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΣΑΛΛΩΝ ΒΑΘ ο κυβικόσ μαρτενςίτθσ μεταςχθματίηεται όλο και περιςςότερο ςε κυβικό φερρίτθ (χωρίσ άνκρακα) 4. ςτάδιο επαναφοράσ από περίπου 400 C μζχρι περίπου 723 C βελονοειδισ φερρίτθσ με ενςωματωμζνα καρβίδια ςυνζνωςθ των καρβιδίων Καταςκευαςτικοί χάλυβεσ που χρθςιμοποιοφνται ςε κτιριακζσ εφαρμογζσ και χρθςιμοποιοφν ςαν κραματικά ςτοιχεία Cr-, Mn-, Cr-Ni και Cr-Mn ζχει παρατθρθκεί ότι θ ολκιμότθτα τουσ και ιδιαίτερα οι ιδιότθτεσ ςε κροφςθ μειϊνονται, αν κερμανκοφν ςε ςυγκεκριμζνα κερμοκραςιακά εφρθ. Ζχουν αναγνωριςτεί δφο τζτοια κερμοκραςιακά εφρθ, το ζνα μεταξφ 300 C με 350 C και το άλλο γφρω ςτουσ 500 C. Αν και οι μθχανιςμοί τθσ ευκραυςτότθτασ αυτϊν των χαλφβων δεν ζχουν κατανοθκεί πλιρωσ ζχει παρατθρθκεί ότι προςμίξεισ όπωσ το αρςενικό, το αντιμόνιο και ο φϊςφοροσ ευκφνονται για τα φαινόμενα ευκραυςτοποίθςθσ. Οι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ που είναι ανάμεςα ςτουσ προαναφερκείσ τφπουσ κραμάτων δε κα πρζπει να υπόκεινται ςε κερμικι κατεργαςία επαναφοράσ ςτο εφροσ κερμοκραςίασ από 300 C ςε 500 C /17

38 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΧΜΔΝΟΙ ΚΑΣΑΚΔΤΑΣΙΚΟΙ ΥΑΛΤΒΔ 1. ΔΙΑΓΧΓΗ Οι μθ κραματωμζνοι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ χαρακτθρίηονται από τθν αντοχι εφελκυςμοφ και από το όριο ελαςτικότθτασ ςε κερμοκραςία δωματίου. Πάνω από 95% τθσ ποςότθτασ των χαλφβων που παραςκευάηονται ςιμερα, ανικουν ςε αυτι τθν κατθγορία και βρίςκουν ευρεία εφαρμογι ςε ζργα πολιτικϊν μθχανικϊν, ςτθν καταςκευι γεφυρϊν, ςτθ υδρομθχανικι, ςτθν καταςκευι δοχείων πίεςθσ κακϊσ και ςτουσ τομείσ των μεταφορϊν και τθσ μθχανολογίασ. Οι κφριοι λόγοι για τθν ευρεία χριςθ αυτοφ του είδουσ των χαλφβων είναι το χαμθλό τουσ κόςτοσ, θ ευκολία καταςκευισ και το μεγάλο εφροσ μθχανικϊν ιδιοτιτων που μποροφν να επιτευχκοφν κάνοντασ τουσ ζτςι τθν καλφτερθ λφςθ για πολλζσ εφαρμογζσ. τθν Ευρϊπθ οι μθ κραματωμζνοι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ παραςκευάηονται ςυνικωσ ςφμφωνα με το πρότυπο EN "Hot rolled products of structural steels. Part 2 Technical delivery conditions for non-alloy structural steels" Παρόμοιου τφπου χάλυβεσ είναι επίςθσ οι χαμθλότερου βακμοφ χάλυβεσ που αναφζρονται ςτα παρακάτω πρότυπα: EN "Flat products made of steels for pressure purposes. Part 2 Non-alloy and alloy steels with specified elevated temperature properties" ΕΝISO 3183(αντικατζςτθςε τθν ςειρά ΕΝ 10208) "Petroleum and natural gas industries. Steel pipe for pipeline transportation systems" EN "Seamless steel tubes for pressure purposes Technical delivery conditions Part 2: Non-alloy and alloy steel tubes with specified elevated temperature properties" EN "Welded steel tubes for pressure purposes Technical delivery conditions Part 2: Electric welded non-alloy and alloy steel tubes with specified elevated temperature properties" ΕΝ "Welded circular steel tubes for mechanical and general engineering purposes. Technical delivery conditions. Non-alloy and alloy steel tubes ΕΝ " Seamless circular steel tubes for mechanical and general engineering purposes. Technical delivery conditions. Non-alloy and alloy steel tubes Κοίλα προφίλ για μεταλλικζσ καταςκευζσ καταςκευάηονται από παρόμοιουσχάλυβεσ ςφμφωνα με τα πρότυπα EN και EN ΚΑΣΗΓΟΡΟΙΟΠΟΙΗΗ Η ονομαςία των χαλφβων ςτο ΕΝ ςφμφωνα με όςα ζχουν ιδθ αναφερκεί για το ΕΝ αποτελείται από τα ακόλουκα μζρθ: 2.9 1/12

39 αρικμόσ Ευρωπαϊκοφ Προτφπου, χαρακτθριςτικό γράμμα S ι E, 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ ο χαρακτιρασ για τθν κακοριςμζνθ ελάχιςτθ τιμι του ορίου ελαςτικότθτασ για τα πάχθ < 16 mm ςε N/mm², όταν υποδεικνφεται το χαρακτθριςτικό για τθν ομάδα ποιότθτασ ςφμφωνα με τισ ςυγκεκριμζνεσ τιμζσ ενζργειασ κροφςθσ, πικανϊσ το χαρακτθριςτικό γράμμα C για τθν καταλλθλότθτα για ειδικζσ περιπτϊςεισ εφαρμογισ, τθν πλθροφορία "+N" ι "+AR" αν τα προϊόντα μποροφν να παραγγελκοφν με κατεργαςία "+N" ι "+AR". Σχήμα 1. Παράδειγμα ονομαςίασ για τον χάλυβα ΕΝ S235J2+N Οι τφποι τθσ αποξείδωςθσ ονομάηονται όπωσ ακολουκεί: Optional: FN: FF: ςφμφωνα με τθν επιλογι του καταςκευαςτι μθ κακθςυχαςμζνοσ χάλυβασ μθ αποδεκτόσ (rimming steel) ολοκλθρωτικά κακθςυχαςμζνοσ χάλυβασ με μία επαρκι περιεκτικότθτα ςτοιχείων με άηωτο (π.χ. ελαχ % Al). Αν χρθςιμοποιοφνται άλλα ςτοιχεία,αυτό πρόκειται να δθλωκεί ςτα πιςτοποιθτικά των δοκιμϊν του υλικοφ. Οι πίνακεσ 1-5 δείχνουν τισ απαιτιςεισ χθμικισ ςφςταςθσ και μθχανικϊν ιδιοτιτων των μθ κραματωμζνων καταςκευαςτικϊν χαλφβων που αναφζρονται ςτο ΕΝ /12

40 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Πίνακας 1.Χθμικι ανάλυςθ (χφτευςθσ) για χάλυβεσ χωρίσ κακοριςμζνεσ ιδιότθτεσ κροφςθσ /12

41 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Πίνακας 2.Χθμικι ςφςταςθ (χφτευςθσ) για χάλυβεσ με κακοριςμζνεσ ιδιότθτεσ κροφςθσ /12

42 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Πίνακας 3.Μζγιςτο CEV βαςιςμζνο ςτθν ανάλυςθ τθσ χφτευςθσ. Πίνακας4.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για χάλυβεσ με κακοριςμζνεσ ιδιότθτεσ κροφςθσ (ςυνεχίηεται) /12

43 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Πίνακας4.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για χάλυβεσ με κακοριςμζνεσ ιδιότθτεσ κροφςθσ (τελικό μζροσ). Πίνακας4.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ /12

44 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ 3. ΜΔΣΑΛΛΟΤΡΓΙΑ ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΧΜΔΝΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝ Όπωσ φαίνεται και από τουσ πίνακεσ των χθμικϊν αναλφςεων ςτισ προθγοφμενεσ ςελίδεσ οι μθ κραματωμζνοι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ περιζχουν ςαν κφρια κραματικά ςτοιχεία τον άνκρακα ςε ποςοςτό μζχρι 0.25% περίπου και μαγγάνιο μζχρι 1.65%. Ο άνκρακασ όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί είναι το κραματικό ςτοιχείο με τθν πιο ςθμαντικι επιρροι ςτισ ιδιότθτεσ των χαλφβων. αν ζνα κραματικό ςτοιχείο παρεμβολισ αυξάνει τθν αντοχι ςε εφελκυςμό ενϊ ταυτόχρονα με τθν αφξθςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ του μειϊνει ςθμαντικά τθν ολκιμότθτα και τθν δυςκραυςτότθτα των χαλφβων. Σο μαγγάνιο αντικζτωσ είναι ζνα κραματικό ςτοιχείο αντικατάςταςθσ το οποίο είναι επίςθσ πολφ χριςιμο κατά τθν καταςκευι των χαλφβων λόγω των αποξειδωτικϊν και αποκειωτικϊν ιδιοτιτων του. Και αυτό αυξάνει τθν αντοχι του χάλυβα ςε εφελκυςμό και μειϊνει τθν ολκιμότθτα και τθ δυςκραυςτότθτα αλλά ςε πολφ μικρότερο βακμό από τον άνκρακα. Ο άνκρακασ ςυνικωσ κεωρείται το πιο ςθμαντικό ςτοιχείο για τθν ςκλθρότθτα και τθν αντοχι των χαλφβων. Ακόμα και με απουςία άλλων κραματικϊν ςτοιχείων θ παρουςία άνκρακα μπορεί να οδθγιςει ςε υψθλι τοπικι ςκλθρότθτα. Εντοφτοισ και τα υπόλοιπα κραματικά ςτοιχεία ςυνειςφζρουν ςτθν ςυνολικι ικανότθτα ενόσ χάλυβα για ςκλιρυνςθ. Αυτι θ επιρροι ποςοτικοποιείται από τον υπολογιςμό του ιςοδφναμου άνκρακα ενόσ χάλυβα (CEV). Για τον οριςμό του CEV ζχουν προτακεί διάφορεσ εξιςϊςεισ αλλά ςτισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ κα χρθςιμοποιείται θ παρακάτω εξίςωςθ που περιλαμβάνεται ςτα ευρωπαϊκά πρότυπα: CEV = C + (Mn + Si)/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 Είναι ςθμαντικό ο υπολογιςμόσ του CEV να γίνεται με τθν πραγματικι χθμικι ςφςταςθ του χάλυβα και όχι τισ μζγιςτεσ τιμζσ που δίνονται ςτα πρότυπα των υλικϊν, διαφορετικά μπορεί να καταλιξουμε ςε μθ ρεαλιςτικά υψθλζσ τιμζσ. Κάτω από αργζσ ςυνκικεσ ψφξθσ από τθ ωςτενιτικι περιοχι, οι μθ κραματωμζνοι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ κα ζχουν μία μικροδομι που κα αποτελείται από φερρίτθ και περλίτθ. Σο ποςοςτό του περλίτθ για κάκε περιεκτικότθτα ςε άνκρακα κα δίνεται από τον κανόνα του μοχλοφ όπωσ φαίνεται παρακάτω: Ποςοςτό Περλίτθ = % άνκρακα / 0.8%. Π.χ. θ μικροδομι ενόσ χάλυβα με 0.2% άνκρακα κα περιζχει 25% περλίτθ και 75% φερρίτθ. Σο ςχιμα 1 δείχνει τθν μεταλλογραφικι εικόνα τυπικϊν δομϊν ανκρακοφχων χαλφβων που περιζχουν διαφορετικά ποςοςτά άνκρακα /12

45 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Σχήμα 1. Συπικζσ μικροδομζσ φερρίτθ/περλίτθ μθ κραματωμζνων καταςκευαςτικϊν χαλφβων. 4. ΤΓΚΟΛΛΗΙΜΟΣΗΣΑ ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΧΜΔΝΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝ Κατά τθν ςυγκόλλθςθ των μθ κραματωμζνων ανοξείδωτων χαλφβων απαιτείται προςοχι ςτα παρακάτω κζματα: 4.1 Θερμή Ρηγμάηωζη (solidification cracking) Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί ςτο ςχετικό κεφάλαιο, θ κερμι ρθγμάτωςθ ςυμβαίνει ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ και οι ρωγμζσ ζχουν ςυνικωσ περικρυςταλλικι ι περιδενδριτικι μορφι. Είναι ζνα από τα πιο ςυνθκιςμζνα προβλιματα που μπορεί να παρουςιαςτοφν ςε μία ςυγκολλθτι καταςκευι, και ςυνικωσ ζχει τθν μορφι μιασ ρωγμισ κατά μικοσ του κζντρου του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ. Οι κφριοι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν εμφάνιςθ τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ είναι ο βακμόσ ακαμψίασ τθσ ςυγκολλθτισ καταςκευισ, το ςχιμα τθσ ςυγκόλλθςθσ και θ χθμικι ςφςταςθ του προσ ςυγκόλλθςθ υλικοφ. Κατά τθ ςτερεοποίθςθ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ όπου υπάρχει ζντονθ παρεμπόδιςθ τθσ παραμόρφωςθσ το υλικό τθσ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να μθν ζχει επαρκι ολκιμότθτα ϊςτε να αντζξει τισ τάςεισ που δθμιουργοφνται και να δθμιουργιςει ρωγμζσ. Η δθμιουργία κορδονιϊν ςυγκόλλθςθσ με μεγάλθ αναλογία διείςδυςθσ προσ πλάτοσ μποροφν επίςθσ να οδθγιςουν ςτθν δθμιουργία προβλθμάτων. Οι παράμετροι τθσ ςυγκόλλθςθσ μπορεί επίςθσ να ζχουν πολφ ςθμαντικι επιρροι ςτθν εμφάνιςθ τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ. Η φυςιολογικι τάςθ να χρθςιμοποιθκεί αυξθμζνθ ταχφτθτα ςυγκόλλθςθσ ϊςτε να βελτιωκεί θ παραγωγικότθτα, μπορεί να οδθγιςει ςτον ςχθματιςμό ενόσ λουτροφ ςυγκόλλθςθσ ςε ςχιμα "δακρφου" το οποίο όπωσ ζχει αναφερκεί είναι ζνασ αρνθτικόσ παράγοντασ ςτθν δθμιουργία κερμϊν ρθγματϊςεων. Η μορφι των ςτερεοποιθμζνων κόκκων ςε ζνα λουτρό ςυγκόλλθςθσ με αυτι τθν μορφι, οδθγεί ςτθν δθμιουργία ενόσ μετϊπου ςτερεοποίθςθσ ςτο κζντρο τθσ ςυγκόλλθςθσ με 2.9 8/12

46 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ αποτζλεςμα τθ δθμιουργία μιασ περιοχισ με μεγάλθ ευαιςκθςία ςτθν ζναρξθ κερμϊν ρθγματϊςεων. Επίςθσ κράματα τα οποία παρουςιάηουν μεγαλφτερο κερμοκραςιακό εφροσ ςτερεοποίθςθσ είναι πιο επιρρεπι ςτθ κερμι ρθγμάτωςθ λόγω του γεγονότοσ ότι ο κερμικζσ τάςεισ που δθμιουργοφνται κατά τθν ςτερεοποίθςθ ενόσ υλικοφ είναι ανάλογεσ του κερμοκραςιακοφ εφρουσ που αυτι θ ςτερεοποίθςθ ςυμβαίνει. Σο εφροσ αυτό των κερμοκραςιϊν ςτερεοποίθςθσ εξαρτάται από τθν χθμικι ςφςταςθ του υλικοφ. Η παρουςία ςτοιχείων όπωσ το κείο τα οποία ςυγκεντρϊνονται ςτα όρια των κόκκων ςχθματίηοντασ ενϊςεισ με χαμθλό ςθμείο τιξθσ κάνουν τθν εμφάνιςθ τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ πολφ πιο πικανι. Για αυτό τον λόγο οξυγόνο και μαγγάνιο προςτίκενται ςτο μζταλλο πλιρωςθσ των ςυγκολλιςεων ϊςτε να ευνοθκεί θ δθμιουργία μεγάλου μεγζκουσ εγκλειςμάτων κειοφχου μαγγανίου και να μειωκεί θ τάςθ του υλικοφ για κερμι ρθγμάτωςθ. Περιλθπτικά θ κερμι ρθγμάτωςθ ςτουσ μθ κραματωμζνουσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ αποφεφγεται με τα παρακάτω μζτρα: ςχεδιαςμόσ των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων με τρόπο που να μειϊνει όςο το δυνατό περιςςότερο τθν ακαμψία. Σα κορδόνια τθσ ςυγκόλλθςθσ πρζπει να αποκζτονται με ςωςτι αναλογία διείςδυςθσ προσ πλάτοσ αποφυγι χριςθσ χαλφβων με υψθλά ποςοςτά κείου και φωςφόρου χριςθ μετάλλων πλιρωςθσ με υψθλι ολκιμότθτα και το χαμθλότερο δυνατό κερμοκραςιακό εφροσ ςτερεοποίθςθσ. 4.2 Φυχρή Ρηγμάηωζη Τδρογόνου Αυτοφ του είδουσ οι ρθγματϊςεισ ςυμβαίνουν ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ και μπορεί να επθρεάςουν είτε τθν ΘΕΖ είτε το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Οι ρωγμζσ αυτζσ εμφανίηονται ϊρεσ ι ακόμα και μζρεσ μετά τθν ολοκλιρωςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ και ςε ςυνδυαςμό με το γεγονόσ ότι πολλζσ φόρεσ θ μορφολογία τουσ κάνει δφςκολο τον εντοπιςμό τουσ είναι ζνα πολφ ςθμαντικό πρόβλθμα για τθν ακεραιότθτα μιασ ςυγκολλθτισ καταςκευισ. Η δθμιουργία ρωγμϊν υδρογόνου είναι αποτζλεςμα τθσ παρουςίασ των παρακάτω παραγόντων: τθν φπαρξθ διαλυτοποιθμζνου ατομικοφ υδρογόνου ςε επαρκι ςυγκζντρωςθ τθν φπαρξθ ςκλθρϊν φάςεων ςτθν μικροδομι του υλικοφ τθν φπαρξθ τάςεων ςτθ περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Αυτοί οι παράγοντεσ πρζπει να είναι παρόντεσ ταυτόχρονα αλλά θ επιρροι τουσ είναι ακροιςτικι, δθλαδι θ παρουςία μιασ δομισ με πολφ μεγάλθ ςκλθρότθτα και μία μικρι 2.9 9/12

47 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ ςυγκζντρωςθ υδρογόνου μπορεί να ζχουν τον ίδιο κίνδυνο ρθγμάτωςθσ υδρογόνου με μία λιγότερο ςκλθρι δομι με μεγαλφτερθ ςυγκζντρωςθ υδρογόνου. ε γενικζσ γραμμζσ, μόνο ζνασ από αυτοφσ τουσ παράγοντεσ εξαρτάται από το υλικό. Οι υπόλοιποι είναι περιςςότερο ςχετικοί με τθν μζκοδο και τθν διαδικαςία τθσ ςυγκόλλθςθσ που ακολουκείται. ε χάλυβεσ όπου θ ρθγμάτωςθ υδρογόνου είναι ςθμαντικό πρόβλθμα, θ εμφάνιςθ τθσ ζχει ςυνδεκεί με τθν ςκλθρότθτα, τθν φπαρξθ ςυγκεκριμζνων μικροδομϊν και τθν αντοχι του υλικοφ ςε εφελκυςμό. Οι χάλυβεσ υψθλότερθσ αντοχισ και αυτοί που υφίςτανται μαρτενςιτικό μεταςχθματιςμό κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ ζχουν ιδιαίτερθ ευαιςκθςία ςτθν ψυχρι ρθγμάτωςθ υδρογόνου. Η ανάγκθ να μειωκοφν τα προβλιματα ψυχρισ ρθγμάτωςθσ υδρογόνου ζχουν οδθγιςει τισ τελευταίεσ δεκαετίεσ ςτθν ανάπτυξθ των χαμθλά κραματωμζνων υψθλισ αντοχισ χαλφβων οι οποίοι χρθςιμοποιοφν τθν προςκικθ μικρϊν ποςοτιτων κραματικϊν ςτοιχείων (για παράδειγμα Al, Ti, V, Nb) τα οποία ςε ςυνδυαςμό με προςεκτικά ελεγχόμενεσ ςυνκικεσ ζλαςθσ επιτυγχάνουν μία πολφ λεπτόκοκκθ δομι με υψθλι αντοχι, ολκιμότθτα και βελτιωμζνθ ςυμπεριφορά ςτθν ψυχρι ρθγμάτωςθ υδρογόνου. Όπωσ ζχει αναφερκεί και ςτθν παράγραφο 3 ζνασ πολφ χριςιμοσ τρόποσ για να εκτιμθκεί θ ευαιςκθςία ενόσ υλικοφ ςτθν ρθγμάτωςθ υδρογόνου, είναι θ χριςθ του ιςοδφναμου άνκρακα, θ οποία είναι μία εμπειρικι φόρμουλα που χρθςιμοποιείται ϊςτε να εκφραςτεί θ τάςθ ενόσ χάλυβα ςτον ςχθματιςμό ςκλθρϊν φάςεων με ζναν μοναδικό αρικμό. Η πιο διαδεδομζνθ φόρμουλα για τον υπολογιςμό του ιςοδυνάμου άνκρακα είναι αυτι που αναφζρεται ςτο 3 και επαναλαμβάνεται παρακάτω. CEV = C + (Mn + Si)/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 Από μεταλλουργικι άποψθ, το ιςοδφναμο άνκρακα ςχετίηεται με τθν δθμιουργία ςκλθρϊν φάςεων που είναι επιρρεπείσ ςτθν ψυχρι ρθγμάτωςθ υδρογόνου. Όςο θ τιμι του ιςοδφναμου άνκρακα αυξάνεται, τόςο οι δομζσ που δθμιουργοφνται κατά τθν ψφξθ του χάλυβα, είναι πιο ευαίςκθτεσ ςτθν ρθγμάτωςθ υδρογόνου. Ανάλογα με τθν εφαρμογι, το πάχοσ των προσ ςυγκόλλθςθ τεμαχίων και τισ τιμζσ του ιςοδφναμου άνκρακα, ζχουν αναπτυχκεί οδθγίεσ οι οποίεσ δίνουν τθν προκζρμανςθ που απαιτείται, ϊςτε να αποφευχκεί θ δθμιουργία ςκλθρϊν φάςεων. Σο παράρτθμα C του ΕΝ είναι ζνα παράδειγμα τζτοιασ οδθγίασ που προτείνει δφο μεκοδολογίεσ για τον υπολογιςμό τθσ κερμοκραςίασ προκζρμανςθσ λαμβάνοντασ υπόψθ τισ υπόλοιπεσ παραμζτρουσ μίασ ςυγκόλλθςθσ. φμφωνα με τθν πρϊτθ από αυτζσ τισ μεκοδολογίεσ που περιγράφεται ςτο παράρτθμα C2 ακολουκοφνται τα παρακάτω ςτάδια: /12

48 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Αρχικά υπολογίηεται το ιςοδφναμο άνκρακα του υλικοφ τθν ςυνζχεια κακορίηεται θ κλάςθ υδρογόνου ςτθν οποία ανικει θ μζκοδοσ ςυγκόλλθςθσ και τα θλεκτρόδια που κα χρθςιμοποιθκοφν Κακοριςμόσ του τφπου τθσ ςφνδεςθσ Κακοριςμόσ του ςυνδυαςτικοφ πάχουσ των προσ ςυγκόλλθςθ υλικϊν Κακοριςμόσ τθσ κερμικισ παροχισ τθσ μεκόδου και του θλεκτροδίου που κα χρθςιμοποιθκεί Χριςθ όλων αυτϊν των ςτοιχείων ςτο κατάλλθλο διάγραμμα από τα C2a m προκειμζνου να υπολογιςτεί θ κερμοκραςία προκζρμανςθσ. Η δεφτερθ μζκοδοσ που περιγράφεται ςτο παράρτθμα C3 υπολογίηει τθν απαιτοφμενθ κερμοκραςία προκζρμανςθσ ςαν άκροιςμα τεςςάρων διαφορετικϊν κερμοκραςιϊν οι οποίεσ ςυνδζονται με το ιςοδφναμο άνκρακα του υλικοφ, τθν περιεκτικότθτα υδρογόνου, το πάχοσ των προσ ςυγκόλλθςθ τεμαχίων, και τθν κερμικι παροχι. Ο ςυνολικόσ υπολογιςτικόσ τφποσ για τθν κερμοκραςία προκζρμανςθσ, ςφμφωνα με αυτι τθν μζκοδο δίνεται από τθν παρακάτω εξίςωςθ: Όπου: Σ p = Θερμοκραςία προκζρμανςθσ ςε C CET = Ιςοδφναμο άνκρακα d= υνδυαςτικό Πάχοσ Τλικϊν προσ ςυγκόλλθςθ Q= Θερμικι παροχι ςε kj/mm φμφωνα με όςα αναφζρονται ςτο πρότυπο, θ πρϊτθ μζκοδοσ κεωρείται καταλλθλότερθ για χριςθ ςε C-Mn χάλυβεσ, ενϊ θ δεφτερθ για εφαρμογι ςε χαμθλά κραματωμζνουσ χάλυβεσ υψθλισ αντοχισ. Περιλθπτικά θ ψυχρι ρθγμάτωςθ υδρογόνου ςτουσ μθ κραματωμζνουσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ αποφεφγεται με τα παρακάτω μζτρα: Χριςθ του χάλυβα με το χαμθλότερο ιςοδφναμο άνκρακα για ζνα δεδομζνο επίπεδο αντοχισ Εφαρμογι πρακτικϊν ςυγκόλλθςθσ με όςο το δυνατόν μικρότερθ περιεκτικότθτα ςε υδρογόνο Προςεκτικι εφαρμογι των απαιτιςεων προκζρμανςθσ και κερμικισ κατεργαςίασ μετά τθν ςυγκόλλθςθ /12

49 4.3 Γιαζηρωμαηική Ρηγμάηωζη 2.9 ΜΗ ΚΡΑΜΑΣΩΜΕΝΟΙ ΚΑΣΑΚΕΤΑΣΙΚΟΙ ΧΑΛΤΒΕ Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί θ διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ ςυμβαίνει ςε περιοχζσ κάτω από τισ ςυγκολλιςεισ και ςυνικωσ ζξω από τθν ΘΕΖ, με προςανατολιςμό παράλλθλο ςτθν γραμμι τιξθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ. Σο ελάττωμα αυτό δθμιουργείται από ςυγκολλιςεισ οι οποίεσ δθμιουργοφν εφελκυςτικζσ τάςεισ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ του υλικοφ. υνικωσ αυτοφ του τφπου θ ρθγμάτωςθ δεν εμφανίηεται ςτθν επιφάνεια του υλικοφ και εντοπίηεται μόνο με τθν χριςθ υπεριχων. Η διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ εμφανίηεται όταν υπάρχουν ταυτόχρονα οι παρακάτω ςυνκικεσ: Υπαρξθ τάςεων ςτθν κατεφκυνςθ του πάχουσ του υλικοφ. Οι τάςεισ αυτζσ δθμιουργοφνται λόγω τθσ ςυςτολισ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ κατά τθν ψφξθ του και μπορεί να αυξθκοφν περαιτζρω από τισ παραμζνουςεσ τάςεισ και τα φορτία τθσ ςυγκολλθτισ καταςκευισ. Ο προςανατολιςμόσ τθσ ςυγκόλλθςθσ είναι τζτοιοσ ϊςτε οι τάςεισ να δρουν κατά τθν διεφκυνςθ του πάχουσ του ελάςματοσ. Σο υλικό παρουςιάηει μειωμζνθ ολκιμότθτα ςτθν διεφκυνςθ του πάχουσ. Η μειωμζνθ ολκιμότθτα του υλικοφ ςτθν διεφκυνςθ του πάχουσ οφείλεται κυρίωσ ςτθν φπαρξθ ομάδων επιμθκϊν εγκλειςμάτων ςουλφιδίων του μαγγανίου. Σα ςουλφίδια του μαγγανίου ςτουσ χάλυβεσ κατθγοριοποιοφνται ςαν τφποσ Ι, ΙΙ και ΙΙΙ ανάλογα με τον τρόπο ςχθματιςμοφ τουσ ςτο τιγμα κατά τθν παραγωγι του χάλυβα. ε γενικζσ γραμμζσ τα εγκλείςματα τφπου Ι και ΙΙΙ ςχετίηονται με μερικϊσ κακθςυχαςμζνουσ χάλυβεσ και τα εγκλείςματα τφπου ΙΙ με πλιρωσ κακθςυχαςμζνουσ (Al treated) χάλυβεσ. Σα εγκλείςματα τφπου ΙΙ είναι αυτά που επιμθκφνονται κατά τθν ζλαςθ των χαλφβων και δθμιουργοφν ςοβαρά προβλιματα όςον αφορά τθν διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ. Έτςι οι πλιρωσ κακθςυχαςμζνοι χάλυβεσ αν και καλφτερθσ ποιότθτασ, ζχουν μεγαλφτερθ ευαιςκθςία ςτθν εκδιλωςθ τθσ διαςτρωματικισ ρθγμάτωςθσ λόγω των ζντονα επιμθκυμζνων εγκλειςμάτων τφπου ΙΙ που μπορεί να βρίςκονται ςτθν δομι τουσ. Περιλθπτικά θ διαςτρωματικι ρθγμάτωςθ ςτουσ μθ κραματωμζνουσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ αποφεφγεται με τα παρακάτω μζτρα: Χριςθ χαλφβων με πολφ χαμθλά ποςοςτά κείου (<0.010%)θ Επεξεργαςία του τιγματοσ με ςτοιχεία ςπάνιων γαιϊν ζχει επίςθσ χρθςιμοποιθκεί για τθν αλλαγι του ςχιματοσ των εγκλειςμάτων. Χριςθ τεχνικϊν buttering κάτω από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ Επαναςχεδιαςμόσ των ςυνδζςεων τθσ ςυγκόλλθςθσ ϊςτε να αποφεφγεται θ δθμιουργία τάςεων ςτθν διεφκυνςθ του πάχουσ του υλικοφ /12

50 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ 2.10 ΛΕΠΣΟΚΟΚΚΟΘ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΟΘ ΥΑΛΤΒΕ 1. ΕΘΑΓΧΓΗ Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ fine grain weldable steels - (πολλζσ φορζσ ονομάηονται και High Strength Low Alloy Steels -HSLAι microalloyed) είναι ςχεδιαςμζνοι ϊςτε να προςφζρουν καλφτερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ από τουσ ςυμβατικοφσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ χωρίσ ςθμαντικι αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ τουσ ςε κραματικά ςτοιχεία. είναι καταςκευαςμζνοι ϊςτε να χαρακτθρίηονται κυρίωσ από ςυγκεκριμζνεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ αντί από τθν χθμικι τουσ ςφςταςθ. Σφμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα καταςκευισ τουσ οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ ξεκινάνε από όρια διαρροισ μεγαλφτερα των 275 MPa. Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ είναι κατά κφριο λόγο ςχεδιαςμζνοι για τθ χριςθ ςε ςυγκολλθτά μζρθ που υπόκεινται ςε υψθλά φορτία όπωσ γζφυρεσ, αντιπλθμμυρικά κυροφράγματα, δεξαμενζσ αποκικευςθσ, δεξαμενζσ νεροφ, κινθτοί γερανοί κλπ. ςε κερμοκραςίεσ περιβάλλοντοσ και ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Στθν Ευρϊπθ αυτοί οι χάλυβεσ παραςκευάηονται κυρίωσ ςφμφωνα με τα παρακάτω πρότυπα: ΕΝ "Hot rolled products of structural steels. Part 3: Technical delivery conditions for normalized/normalized rolled weldable fine grain structural steels" EN ,4 "Hot rolled products of structural steels. Part 4: Technical delivery conditions for thermomechanical rolled weldable fine grain structural steels" EN "Flat products made of steels for pressure purposes. Part 3: Weldable fine grain steels, normalized" ΕΝ "Flat products made of steels for pressure purposes. Part 5: Weldable fine grain steels, thermomechanically rolled" 2. ΚΑΣΗΓΟΡΟΘΟΠΟΘΗΗ Η ονομαςία των χαλφβων ςτο ΕΝ , 4 ςφμφωνα με όςα ζχουν ιδθ αναφερκεί για το ΕΝ αποτελείται από τα ακόλουκα μζρθ: Ονομαζία (i.e. S 355NL) Πρϊτο γράμμα S, P or L : structural, pressure vessel ή piping steel τρία νοφμερα XXX: ελάχιςτο εγγυθμζνο όριο διαρροισ ςε N/mm2 δεφτερο γράμμα M ή N :κατάςταςθ παράδοςθσ thermomechanically treated ι normalized τρίτο γράμμα: L, L1, L2, H όπου: /18

51 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ L ζχει εφαρμογι ςτουσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ και κακορίηει τθν ελάχιςτθ απαίτθςθ τθσ ενζργειασ ςε κροφςθ ςε κερμοκραςίεσ όχι χαμθλότερεσ των -50 C L1 ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με εγγυθμζνεσ μζχρι τουσ -40 C L2 ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με εγγυθμζνεσ μζχρι τουσ -50 C H ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με ιδιότθτεσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Οι πίνακεσ 1-16 δείχνουν τισ απαιτιςεισ χθμικισ ςφςταςθσ και μθχανικϊν ιδιοτιτων των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων που αναφζρονται ςτο EN , 4 και EN , 5. Πίνακας 1.Χθμικι ανάλυςθ (προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

52 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας 2.Μζγιςτο CEV για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας3.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

53 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας4.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ ςτθν επιμικθ διεφκυνςθ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 5.Χθμικι ανάλυςθ (προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

54 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας 6.Μζγιςτο CEV για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 7.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN /18

55 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας 8.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ ςτθν επιμικθ διεφκυνςθ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 9.Χθμικι ανάλυςθ (χφτευςθσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

56 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας 10.Μζγιςτο CEV για τουσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας11.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

57 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας 12.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ για τουσ εξομαλυμζνουσ (normalized) χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 13.Χθμικι ανάλυςθ (χφτευςθσ) για τουσ χάλυβεσ που περιζχονται ςτο EN /18

58 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Πίνακας 14.Μζγιςτο CEV για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 15.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 16.Μθχανικζσ ιδιότθτεσ κροφςθσ για τουσ χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanically rolled) που περιζχονται ςτο EN /18

59 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ 3. ΜΕΣΑΛΛΟΤΡΓΘΑ ΣΧΝ ΛΕΠΣΟΚΚΟΚΧΝ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝ Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ είναι κράματα χαλφβων που προςφζρουν καλφτερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ από τουσ απλοφσ ανκρακοφχουσ χάλυβεσ, χωρίσ να ζχουν προςκικεσ ςθμαντικοφ ποςοςτοφ κραματικϊν ςτοιχείων. Όλοι οι λεπτόκοκκοι δομικοί χάλυβεσ ζχουν μία ςχετικά χαμθλι περιεκτικότθτα άνκρακα που προκειμζνου να μθν επθρεάηει τθν ςυγκολλθςιμότθτα τουσ δεν πρζπει να υπερβαίνει το 0.2 % C. Έχουν περιοριςμζνεσ προςκικεσ κραματικϊν ςτοιχείων, τα οποία περιλαμβάνουν μικρζσ ποςότθτεσ Al,Cu, Ni, Nb, N, V, Cr, Mo, Ti και Ca. Αυτά τα μικροκραματικά ςτοιχεία και ιδιαίτερα ο χαλκόσ, το τιτάνιο, το βανάδιο και το νιόβιο ζχουν ζνα μεγαλφτερο ι μικρότερο αποτζλεςμα ςκλιρυνςθσ λόγω κατακριμνιςθσ ςτο υλικό, ενϊ ταυτόχρονα ςχθματίηουν και ζνα μικρό μζγεκοσ κόκκου που ςχθματίηεται από τθν αλλθλεπίδραςθ κατακρθμνίςεων που υποβοθκοφν τθν πυρθνοποίθςθ και κερμικισ κατεργαςίασ. Οι κατακρθμνίςεισ είναι ενϊςεισ μεταξφ των μικροκραματικϊν ςτοιχείων όπωσ το βανάδιο, το νιόβιο, το τιτάνιο, και το αργίλιο και το είτε παρόν ι ειδικά προςτικζμενο άηωτο. Το αποτζλεςμα είναι ο ςχθματιςμόσ καρβονιτριδίων (ςε μεγαλφτερο βακμό) και καρβιδίων τα οποία δεν διαλυτοποιοφνται ςτο χαμθλότερο κερμοκραςιακό εφροσ του ωςτενίτθ, με αποτζλεςμα κατά τθ διάρκεια μιασ κερμικισ κατεργαςίασ όπωσ θ ομαλοποίθςθ, από τθ μία πλευρά να υπθρετοφν ωσ ςθμεία πυρθνοποίθςθσ και από τθν άλλθ πλευρά να μειϊνουν και τθν ταχφτθτα ανάπτυξθσ του κόκκου του ωςτενίτθ. Επιπλζον τυπικά μικροκραματικά ςτοιχεία είναι το ηιρκόνιο και το βόριο που προςτίκενται ςυγκεκριμζνα για ρφκμιςθ του κείου και αφξθςθ τθσ αντοχισ, αντιςτοίχωσ. Όπωσ φαίνεται κα από τθν μελζτθ των προτφπων που αναφζρονται ςτθν προθγοφμενθ ενότθτα οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ χωρίηονται ςε δφο κατθγορίεσ. Σε αυτοφσ που επιτυγχάνουν τισ ιδιότθτεσ τουσ μζςω μίασ διαδικαςίασ ζλαςθσ εξομάλυνςθσ (normalising rolling) και ςε αυτοφσ που επιτυγχάνουν τισ μθχανικζσ τουσ ιδιότθτεσ μζςω μιασ διαδικαςίασ κερμομθχανικισ ζλαςθσ (thermomechanical rolling). Κατά τθν ζλαςθ εξομάλυνςθσ θ τελικι παραμόρφωςθ πραγματοποιείται ςε ζνα οριςμζνο εφροσ κερμοκραςίασ οδθγϊντασ ςε μία κατάςταςθ υλικοφ ιςοδφναμθ με αυτι που ζχει αποκτθκεί μετά τθν εξομάλυνςθ. Ο ςυμβολιςμόσ για αυτό το ςτάδιο επεξεργαςίασ είναι N. Αντίκετα κατά τθν διαδικαςία τθσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ το τελικό ςτάδιο τθσ ζλαςθσ γίνεται ςε ςθμαντικά χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ (ςυνικωσ κάτω από 900 C) με αποτζλεςμα να αποφεφγεται θ ανακρυςτάλλωςθ των κόκκων του ωςτενίτθ και ςε ςυνδυαςμό με τθν δράςθ των νιτριδίων που αναφζρκθκε παραπάνω να επιτυγχάνεται ζνα πολφ μικρό μζγεκοσ κόκκου. Περιλθπτικά, τα κφρια χαρακτθριςτικά τθσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ είναι τα παρακάτω: /18

60 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Η κερμοκραςίεσ των διαφόρων ςταδίων τθσ ζλαςθσ κρατοφνται χαμθλζσ, με αποτζλεςμα, ςε ςυνδυαςμό με τθν δράςθ των μθ διαλυτϊν νιτριδίων, να αποφεφγεται θ μθ επικυμθτι διαπλάτυνςθ του κόκκου του ωςτενίτθ. Τα αρχικά ςτάδια τθσ ζλαςθσ πραγματοποιοφνται αρκετά πάνω από τουσ 900 C, με αποτζλεςμα να πραγματοποιείται ανακρυςτάλλωςθ για το ςχθματιςμό μιασ πιο λεπτόκοκκθσ ωςτενιτικισ δομισ. Η χαμθλι κερμοκραςία του τελικοφ ςταδίου τθσ ζλαςθσ εμποδίηει τθν ανακρυςτάλλωςθ των κόκκων του ωςτενίτθ Η καταςτολι τθσ ανακρυςτάλλωςθσ υποςτθρίηεται και από τθν κατακριμνιςθ ενδομεταλλικϊν ενϊςεων του νιόβιου το οποίο υπάρχει ςτθν βζλτιςτθ περιεκρικότθτα του 0.04% ςε όλουσ τουσ χάλυβεσ που ζχουν υποςτεί κερμομθχανικι ζλαςθ. Σχήμα 1.Θερμομθχανικι ζλαςθ ςυγκρινόμενθ με τθν ομαλοποιθμζνθ ζλαςθ. Οι χάλυβεσ που προορίηονται για κερμοδυναμικι ζλαςθ ζχουν ςθμαντικά μειωμζνο ποςοςτό άνκρακα ςε ςχζςθ με αυτοφσ που προορίηονται για ζλαςθ εξομάλυνςθσ. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα θ δομι τουσ να παρουςιάηει πολφ μικρό ποςοςτό περλίτθ και να /18

61 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ αποτελείται κυρίωσ από μια φερριτικι δομι με πολφ μικρό μζγεκοσ κόκκου που ζχει διάςπαρτα καρβίδια και άλλεσ ενδομεταλλικζσ ενϊςεισ. Το μικρό μζγεκοσ κόκκου και θ ςκλιρυνςθ λόγω κατακριμνιςθσ που προςφζρουν οι ενδομεταλλικζσ ενϊςεισ υποκακιςτοφν τθν αντοχι που χάνει ο χάλυβασ λόγω του μικροφ ποςοςτοφ περλίτθ, ενϊ παράλλθλα θ ζλλειψθ του περλίτθ βελτιϊνει τθν ολκιμότθτα και τθν αντοχι ςε κροφςθ του υλικοφ και μειϊνει επίςθσ ςθμαντικά τα προβλιματα ρθγμάτωςθσ που μπορεί να παρουςιαςτοφν κατά τθν ςυγκόλλθςθ. Ο πίνακασ 17 δείχνει τισ τυπικζσ χθμικζσ ςυςτάςεισ χαλφβων που χρθςιμοποιοφνται ςε κερμομθχανικι ζλαςθ, ςε ςφγκριςθ με τθν χθμικι ςφςταςθ ενόσ χάλυβα που χρθςιμοποιείται ςε μία διεργαςία ζλαςθσ εξομάλυνςθσ. Πίνακας 17. Τυπικζσ χθμικζσ ςυςτάςεισ χαλφβων που χρθςιμοποιοφνται για κερμομθχανικι ζλαςθ /18

62 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ 4. ΤΓΚΟΛΛΗΕΘΣΧΝ ΛΕΠΣΟΚΚΟΚΧΝ ΤΓΚΟΛΛΗΘΜΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝ Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ, δεν περιζχουν ςθμαντικζσ ποςότθτεσ κραματικϊν ςτοιχείων και ωσ εκ τοφτου θ ευαιςκθςία τουσ ςτθν κερμι και τθν ψυχρι ρθγμάτωςθ είναι παρόμοια με αυτι των μθ κραματωμζνων χαλφβων. Όλοι οι χάλυβεσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ που αναφζρονται ςτθν παραπάνω παράγραφο με μειωμζνθ περιεκτικότθτα περλίτθ ζχουν πολφ καλι ςυγκολλθςιμότθτα. Η πολφ χαμθλι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα μειϊνει τθ αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ ςτθ κερμικά επθρεαηόμενθ ηϊνθ μιασ ςυγκόλλθςθσ ακόμα και ςε χαμθλζσ κερμικζσ παροχζσ. Συνεπϊσ, ο κίνδυνοσ μιασ ρθγμάτωςθσ ςτθν ΘΕΖ που ςυνδζεται με αυτό το πρόβλθμα είναι επίςθσ πολφ χαμθλόσ. Εξαιτίασ του γεγονότοσ ότι θ διάχυςθ του υδρογόνου ςτον φερρίτθ είναι πολφ πιο γριγορθ από ότι ςε ςκλθρζσ φάςεισ όπωσ ο μαρτενςίτθσ, το υδρογόνο που ενιςχφει τθν ψυχρι ρθγμάτωςθ, μπορεί να διαχυκεί τόςο γριγορα που θλεκτρόδια με επικάλυψθ κυτταρίνθσ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για ςυγκόλλθςθ. Συγκολλθμζνα με τζτοιο τρόπο, αυτοί οι χάλυβεσ ζχουν αποδειχκεί κατάλλθλοι ςε μεγάλθσ κλίμακα καταςκευι δικτφων αγωγϊν μεταφοράσ φυςικοφ αερίου και άλλων καυςίμων. Το ςχιμα 2 δείχνει μία ςφγκριςθ τθσ ευαιςκθςίασ ςτθν αφξθςθ τθσ ςκλθρότθτασ και τθσ τάςθσ ςε ψυχρι ρθγμάτωςθ ςτθν ΘΕΖ ενόσ χάλυβα S355J2G3 και ενόσ χάλυβα χαμθλοφ περλίτθ. Σχήμα 2.Σκλθρότθτα και ευαιςκθςία ςε ψυχρι ρθγμάτωςθ ςτθν ΘΕΖ ςε δοκίμια μονοφ κορδονιοφ ςε ζνα χαμθλοφ περλίτθ χάλυβα με όριο ελαςτικότθτασ περίπου 500 N/mm² και ζνα χάλυβα αναφοράσ S355J2G3 Με δεδομζνο ότι οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ των χαλφβων που ζχουν υποςτεί κερμομθχανικι ζλαςθ οφείλονται ςτο μικρό μζγεκοσ των κόκκων, γίνεται φανερό ότι οποιαδιποτε κερμικι /18

63 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ παροχι κατά τθν ςυγκόλλθςθ που κα μποροφςε να οδθγιςει ςε μεγζκυνςθ των κόκκων του υλικοφ μπορεί να οδθγιςει ςε ςθμαντικι μείωςθ των μθχανικϊν ιδιοτιτων. Αυτό ουςιαςτικά είναι και το ςθμαντικότερο πρόβλθμα κατά τθν ςυγκόλλθςθ των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων. Στισ παρακάτω παραγράφουσ αναλφονται με μεγαλφτερθ λεπτομζρεια όλα τα προβλιματα που μπορεί να προκφψουν κατά τθν ςυγκόλλθςθ αυτι τθσ κατθγορίασ χαλφβων. 4.1 Αλλαγές ηης Μικροδομής ζηην Θερμικά Επηρεαζμένη Ζώνη Γενικά καμία ςυγκόλλθςθ δεν μπορεί να πραγματοποιθκεί χωρίσ τθν δθμιουργία μίασ κερμικισ διαβάκμιςθσ ςτο μθτρικό μζταλλο. Η διάχυςθ τθσ κερμότθτασ ςτο μθτρικό μζταλλο, επθρεάηεται ςθμαντικά από τθν κερμοκραςία του λουτροφ τθσ ςυγκόλλθςθσ και τθν ταχφτθτα τθσ ςυγκόλλθςθσ. Τα ςθμεία τθσ ΘΕΖ που βρίςκονται ακριβϊσ ζξω από τθν γραμμι τιξθσ μιασ ςυγκόλλθςθσ κερμαίνονται πολφ γριγορα ςε μία κερμοκραςία κοντά ςε αυτι του ςθμείου τιξθσ και ςτθν ςυνζχεια ψφχονται γριγορα. Η δομι του υλικοφ ςε αυτι τθν περιοχι γίνεται ωςτενιτικι και κατά τθν ψφξθ μπορεί να περιζχει ςκλθρζσ μαρτενςιτικζσ δομζσ ενϊ παράλλθλα θ κζρμανςθ ςε τόςο υψθλι κερμοκραςία οδθγεί και ςε αφξθςθ του μεγζκουσ του κόκκου. Αντίκετα οι περιοχζσ τθσ ΘΕΖ που κερμαίνονται ςε χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ, κοντά ςτθν κερμοκραςία εξομάλυνςθσ χαρακτθρίηονται από ςμίκρυνςθ του μεγζκουσ του κόκκου. Σε ακόμα μεγαλφτερεσ αποςτάςεισ δεν υπάρχει καμία μεταβολι ςτθν αρχικι δομι του υλικοφ. Αν και αυτζσ οι αλλαγζσ ςτθν ΘΕΖ ζχουν μελετθκεί εκτεταμζνα για τουσ ανκρακοφχουσ χάλυβεσ θ παρουςία των μικροκραματικϊν ςτοιχείων κάνουν πιο περίπλοκουσ τουσ μθχανιςμοφσ που δρουν ςτθν δομι των λεπτόκοκκων χαλφβων και δθμιουργοφν διαφορετικά κζματα. Στισ περιοχζσ κοντά ςτθν γραμμι τιξθσ (>1100 C) οι ενδομεταλλικζσ ενϊςεισ (ειδικά αυτζσ που ςχθματίηονται από το Nb και το V) διαλυτοποιοφνται ςτθν φάςθ του ωςτενίτθ και κατακρθμνίηονται ξανά μετά τθν ψφξθ. Αυτόσ ο μθχανιςμόσ οδθγεί ςε ςθμαντικι αφξθςθ του κόκκου και οδθγεί ςε απϊλεια μθχανικϊν ιδιοτιτων και ιδιαίτερα ςε μείωςθ των ιδιοτιτων κροφςθσ οι οποίεσ οφείλονται ςτο μικρό μζγεκοσ του κόκκου αυτϊν των υλικϊν. Η μόνθ ενδομεταλλικι ζνωςθ που δεν διαλυτοποιείται ςε αυτζσ τισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ είναι τα TiN και ωσ εκτοφτου είναι τα μόνα που είναι διακζςιμα για να εμποδίςουν τθν ανάπτυξθ των κόκκων. Για αυτό τον λόγο, θ παρουςία Ti ςε περιεκτικότθτα τουλάχιςτον 0.04% είναι απαραίτθτθ για τθν ςυγκολλθςιμότθτα αυτϊν των χαλφβων. Σε λίγο χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ, γφρωςτουσ1000 C, θ ενοποίθςθ και μεγζκυνςθ των υπαρχόντων ενδομεταλλικϊν ενϊςεων οδθγεί επίςθσ ςτθν μείωςθ των ιδιοτιτων κροφςθσ τθσ ΘΕΖ. Τα προβλιματα που περιγράφονται παραπάνω είναι πολφ πιο ζντονα ςε ψθλζσ τιμζσ κερμικισ παροχισ και για αυτό τον λόγο θ εφαρμογι αυτόματων μεκόδων υψθλισ κερμικισ παροχισ όπωσ θ μζκοδοσ βυκιςμζνου τόξου και electroslag welding δεν /18

64 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ προτείνονται για χριςθ ςτισ ςυγκολλιςεισ των λεπτόκοκκων χαλφβων. Σε γενικζσ γραμμζσ οι μζκοδοι ςυγκόλλθςθσ με μία κερμικι παροχι πάνω από 4kJ/mm κεωροφνται ότι μειϊνουν ςθμαντικά τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ ςτθν ΘΕΖ των λεπτόκοκκων χαλφβων και ωσ εκ τοφτου πρζπει να αποφεφγονται. Το ςχιμα 3 δείχνει μία μεταλλογραφικι απεικόνιςθ των αλλαγϊν ςτθν δομι τθσ ΘΕΖ ενόσ τζτοιου χάλυβα. Σχήμα 3.Αλλαγζσ τθσ μικροδομισ ςτθν ΘΕΖ ενόσ λεπτόκοκκου χάλυβα. 4.2 Θερμή Ρηγμάηωζη (solidification cracking) Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολιςιμοι χάλυβεσ ζχουν τθν ίδια ευαιςκθςία ςτθν κερμι ρθγμάτωςθ όςο και οι μθ κραματωμζνοι καταςκευαςτικοί χάλυβεσ. Η παρουςία των μικροκραματικϊν ςτοιχείων δεν παίηει κάποιο ρόλο ςτον μθχανιςμό τθσ κερμισ ρθγμάτωςθσ ςτο μζταλλο τθσ τθσ ςυγκόλλθςθσ και αν λάβουμε υπόψθ μασ ότι οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ ζχουν γενικά μικρότερεσ ποςότθτεσ ανεπικφμθτων μετάλλων όπωσ το κείο τότε καταλαβαίνουμε ότι ο κφριοσ λόγοσ για τθν εμφάνιςθ κερμισ ρθγμάτωςθσ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ, είναι παρουςία υψθλϊν τάςεων και θ χριςθ ακατάλλθλων παραμζτρων ςυγκόλλθςθσ. Ειδικά για τουσ λεπτόκοκκουσ ςυγκολλιςιμουσ χάλυβεσ θ μικροδομι του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ και ακολοφκωσ οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ εξαρτϊνται από τα εγκλείςματα που βρίςκονται ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Έρευνεσ ζχουν δείξει ότι προκειμζνου τα εγκλείςματα ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ να ζχουν το απαιτοφμενο μζγεκοσ και κατανομι ϊςτε να ςχθματιςτεί θ επικυμθτι μικροδομι βελονοειδοφσ φερρίτθ (acicular ferrite) ο λόγοσ του Mn/Si και το περιεχόμενο του Al πρζπει να ελζγχονται με ακρίβεια ϊςτε να επιτυγχάνονται οι απαιτοφμενεσ αποξειδϊςεισ. Εκτόσ από το κζμα με τθν μικροδομι του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ και τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ αυτοφ θ μείωςθ του ρίςκου για κερμι ρθγμάτωςθ εξαρτάται από παράγοντεσ /18

65 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ παρόμοιουσ με αυτοφσ που ιςχφουν για τουσ μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ όπωσ ο ςωςτόσ ςχεδιαςμόσ των ςυγκολλθτϊν ςυνδζςεων ϊςτε να κρατιζται θ ακαμψία ςτο ελάχιςτο, απόκεςθ των κορδονιϊν τθσ ςυγκόλλθςθσ με ςωςτό λόγο πλάτουσ προσ βάκοσ και χριςθ μετάλλου πλιρωςθσ με το μικρότερο δυνατό κερμοκραςιακό εφροσ ςτερεοποίθςθσ. 4.3 Φστρή Ρηγμάηωζη Τδρογόνοσ Αυτοφ του είδουσ οι ρθγματϊςεισ ςυμβαίνουν ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ και μπορεί να επθρεάςουν είτε τθν ΘΕΖ είτε το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ. Οι ρωγμζσ αυτζσ εμφανίηονται ϊρεσ ι ακόμα και μζρεσ μετά τθν ολοκλιρωςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ και ςε ςυνδυαςμό με το γεγονόσ ότι πολλζσ φόρεσ θ μορφολογία τουσ κάνει δφςκολο τον εντοπιςμό τουσ είναι ζνα πολφ ςθμαντικό πρόβλθμα για τθν ακεραιότθτα μιασ ςυγκολλθτισ καταςκευισ. Η δθμιουργία ρωγμϊν υδρογόνου είναι αποτζλεςμα τθσ παρουςίασ των παρακάτω παραγόντων: τθν φπαρξθ διαλυτοποιθμζνου ατομικοφ υδρογόνου ςε επαρκι ςυγκζντρωςθ τθν φπαρξθ ςκλθρϊν φάςεων ςτθν μικροδομι του υλικοφ τθν φπαρξθ τάςεων ςτθ περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Αυτοί οι παράγοντεσ πρζπει να είναι παρόντεσ ταυτόχρονα αλλά θ επιρροι τουσ είναι ακροιςτικι, δθλαδι θ παρουςία μιασ δομισ με πολφ μεγάλθ ςκλθρότθτα και μία μικρι ςυγκζντρωςθ υδρογόνου μπορεί να ζχουν τον ίδιο κίνδυνο ρθγμάτωςθσ υδρογόνου με μία λιγότερο ςκλθρι δομι με μεγαλφτερθ ςυγκζντρωςθ υδρογόνου. Κάκε ζνασ από αυτοφσ τουσ παράγοντεσ μπορεί να επθρεάηεται από επιμζρουσ παραμζτρουσ τθσ ςυγκόλλθςθσ όπωσ φαίνεται και ςτο ςχιμα 4. Σχήμα 4. Παράμετροι που επθρεάηουν τθν τάςθ για δθμιουργία ψυχρϊν ρωγμϊν υδρογόνου /18

66 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ Οι λεπτόκοκκοι ςυγκολλιςιμοι χάλυβεσ αν και πολλζσ φορζσ ζχουν πολφ μικρζσ τιμζσ ιςοδυνάμου άνκρακα, και ςαν αποτζλεςμα όχι μεγάλθ τάςθ ςτθν δθμιουργία ςκλθρϊν φάςεων, ζχουν πολφ περιςςότερα ςθμεία ςτθν μικροδομι τουσ ςτα οποία το ατομικό υδρογόνο το οποίο διαλυτοποιείται κατά τθν διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να επανενωκεί ςχθματίηοντασ κερμοδυναμικά ςτακερά μόρια του αερίου. Τα ςθμεία αυτά περιλαμβάνουν όρια κόκκων και κατακρθμνίςεισ (καρβίδια, νιτρίδια, καρβονιτρίδια και ςαν αποτζλεςμα οι χάλυβεσ αυτοί μποροφν να παρουςιάςουν ψυχρζσ ρθγματϊςεισ υδρογόνου από το εςωτερικό τουσ. Ένασ από τουσ πιο αποτελεςματικοφσ τρόπουσ προκειμζνου να εμποδιςτεί θ εμφάνιςθ αυτϊν των ρωγμϊν είναι να εφαρμοςτεί μία προκζρμανςθ πριν τθν ςυγκόλλθςθ προκειμζνου να κακυςτεριςει θ ψφξθ του μετάλλου τθσ ςυγκόλλθςθσ. Με αυτό τον τρόπο δίνεται περιςςότεροσ χρόνοσ για τθν διάχυςθ του ατομικοφ οξυγόνου μακριά από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. Σε περιπτϊςεισ ςυγκολλιςεων πολλαπλϊν πάςων είναι δυνατόν να μθν χρθςιμοποιθκεί προκζρμανςθ εάν με τθν χριςθ μίασ κατάλλθλθσ αλλθλουχίασ ςυγκόλλθςθσ μπορεί να επιτευχκεί μία αρκετά υψθλι κερμοκραςία ανάμεςα ςτα πάςα τθσ ςυγκόλλθςθσ (interpass temperature). Η αποφυγι ψυχρϊν ρθγματϊςεων αυτοφ του τφπου μπορεί να γίνει με τον υπολογιςμό του χρόνου t 8/5 όπωσ αυτό περιγράφεται ςτθν οδθγία SEW 088 και ζχει ιδθ αναλυκεί ςτο κεφάλαιο Συμπεριφορά καταςκευαςτικϊν χαλφβων κατά τθν ςυγκόλλθςθ. Ταυτόχρονα και το ΕΝ δίνει δφο τρόπουσ υπολογιςμοφ τθσ κερμοκραςίασ προκζρμανςθσ όπου για τθν περίπτωςθ των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων προτείνει τθν χριςθ τθσ παρακάτω εξίςωςθσ όπου Τ p = Θερμοκραςία προκζρμανςθσ ςε C CET = Ιςοδφναμο άνκρακα d= Συνδυαςτικό Πάχοσ Υλικϊν προσ ςυγκόλλθςθ Q= Θερμικι παροχι ςε kj/mm Η επιλογι των θλεκτροδίων που χρθςιμοποιοφνται για τθν ςυγκόλλθςθ των λεπτόκοκκων ςυγκολλιςιμων χαλφβων γίνεται με κριτιριο τθν ικανότθτα τουσ να δϊςουν ζνα μζταλλο ςυγκόλλθςθσ με παρόμοιεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ με αυτζσ του μετάλλου βάςθσ. Με δεδομζνο ότι ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ δεν υπάρχει θ δυνατότθτα πραγματοποίθςθσ των μεταλλουργικϊν διεργαςιϊν τθσ κερμομθχανικισ ζλαςθσ, το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ζχει πολφ μεγαλφτερο κραματικό περιεχόμενο με ςτοιχεία όπωσ Ni, Cr, και Mo. Αυτι θ αυξθμζνθ τάςθ για ςκλιρυνςθ των μετάλλων ςυγκόλλθςθσ που χρθςιμοποιοφνται ςε /18

67 2.10 ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΙ ΣΥΓΚΟΛΗΣΙΜΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ αυτοφσ τουσ χάλυβεσ κάνει τθν εμφάνιςθ ρωγμϊν υδρογόνου ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ πιο πικανι ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ ςε ςφγκριςθ με τουσ μθ κραματωμζνουσ καταςκευαςτικοφσ. Για αυτό τον λόγο πζρα από τα μζτρα αποφυγισ των ρθγματϊςεων υδρογόνου που επιβάλλονται από το βαςικό μζταλλο πρζπει να γίνεται προςπάκεια ςυνολικισ μείωςθσ των παραγόντων που μποροφν να προκαλζςουν ρθγματϊςεισ υδρογόνου ςυμπεριλαμβανομζνου τθσ χριςθσ μεκόδων ςυγκόλλθςθσ με χαμθλά επίπεδα υδρογόνου και τθν μείωςθ των τάςεων ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ /18

68 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΥΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ 1. ΕΙΑΓΩΓΗ Οι κραματωμζνοι χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ (Quenched and tempered - Q&T) χρθςιμοποιοφνται όλο και περιςςότερο τα τελευταία χρόνια ςε δομικζσ εφαρμογζσ και εφαρμογζσ που απαιτοφν αντοχι ςε τριβι. Σο κφριο πλεονζκτθμα τθσ χριςθσ αυτϊν των χαλφβων είναι θ μείωςθ του βάρουσ τθσ καταςκευισ, θ μεγαλφτερθ ικανότθτα φορτίου και θ αφξθςθ τθσ διάρκειασ ηωισ μιασ καταςκευισ. Αυτοί οι χάλυβεσ χρθςιμοποιοφνται ςε πολλζσ ςφγχρονεσ εφαρμογζσ υπάρχουν μεγάλα φορτία και θ μείωςθ του βάρουσ είναι ςθμαντικι, όπωσ γζφυρεσ, κτίρια, δεξαμενζσ αποκικευςθσ, γερανοφσ, εμπορικά πλοία, υποβρφχια κτλ. Όλοι αυτοί οι χάλυβεσ, απαιτοφν ςυγκολλιςεισ υψθλισ ποιότθτασ οι οποίεσ διατθροφν τισ ιδιότθτεσ του αρχικοφ μετάλλου προκειμζνου να μποροφν χρθςιμοποιθκοφν αποτελεςματικά ςτισ καταςκευζσ τθν Ευρϊπθ αυτοί οι χάλυβεσ παραςκευάηονται κυρίωσ ςφμφωνα με τα παρακάτω πρότυπα: ΕΝ "Hot rolled products of structural steels. Part 6: "Technical delivery conditions for flat products of high yield strength structural steels in the quenched and tempered condition" EN "Flat products made of steels for pressure purposes. Part 6:Weldable fine grain steels, Quench and Tempered" EN "Plates and wide flats made of high yield strength structural steels in the quenched and tempered or precipitation hardened conditions. Part 2: Delivery conditions for quenched and tempered steels" 2. ΚΑΣΗΓΟΡΟΙΟΠΟΙΗΗ Η ονομαςία των χαλφβων ςτο ΕΝ , 4 ςφμφωνα με όςα ζχουν ιδθ αναφερκεί για το ΕΝ αποτελείται από τα ακόλουκα μζρθ: Ονομασία (i.e. S 355QL1) Πρϊτο γράμμα S η P :χάλυβασ structural ή pressure vessel τρία νοφμεραxxx: ελάχιςτο εγγυθμζνο όριο διαρροισ ςε N/mm2 δεφτερο γράμμα Q :κατάςταςθ παράδοςθσquenched and Tempered τρίτο γράμμα: L, L1, L2, H όπου: L κακορίηει τθν ελάχιςτθ απαίτθςθ τθσ ενζργειασ ςε κροφςθ ςε κερμοκραςίεσ όχι χαμθλότερεσ των -40 C L1 κακορίηει τθν ελάχιςτθ απαίτθςθ τθσ ενζργειασ ςε κροφςθ ςε κερμοκραςίεσ όχι χαμθλότερεσ των -60 C /12

69 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ L2 ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με εγγυθμζνεσ μζχρι τουσ -50 C H ζχει εφαρμογι ςτουσ χάλυβεσ για εφαρμογζσ εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ και κακορίηει τθν ποιότθτα χαλφβων με ιδιότθτεσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Οι πίνακεσ 1-10 δείχνουν τισ απαιτιςεισ χθμικισ ςφςταςθσ και μθχανικϊν ιδιοτιτων των χαλφβων βαφισ και επαναφοράσ που αναφζρονται ςτο EN ,EN και EN , 5. Πίνακας 1. Χθμικι ανάλυςθ(προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 2. Μζγιςτεσ τιμζσ CEV για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN /12

70 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Πίνακας 3. Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN /12

71 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Πίνακας 4. ΕλάχιςτεσΑπαιτιςεισ κροφςθσ για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας 5. Χθμικι ανάλυςθ(προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN /12

72 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Πίνακας 6. Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN /12

73 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Πίνακας 7.ΕλάχιςτεσΑπαιτιςεισ κροφςθσ για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτοen Πίνακας 8. Χθμικι ανάλυςθ(προϊόντοσ) για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN /12

74 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Πίνακας 9. Μθχανικζσ ιδιότθτεσ για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN Πίνακας10. Ιδιότθτεσ κροφςθσ για τουσ χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ που περιζχονται ςτο EN ΜΕΣΑΛΛΟΤΡΓΙΑ ΣΩΝ ΥΑΛΤΒΩΝ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Με τον όρο χάλυβεσ βαφισ και επαναφοράσ εννοοφμε χάλυβεσ των οποίων θ χθμικι τουσ ςφςταςθ ζχει ρυκμιςτεί ζτςι ϊςτε να αποκτοφν μπαινιτικι και μαρτενςιτικι δομι, κατά τθν διάρκεια μιασ διαδικαςίασ βαφισ θ οποία όπωσ ζχει αναφερκεί περιλαμβάνει κζρμανςθ μζχρι τουσ 900 C και ςτθν ςυνζχεια ψφξθ προκειμζνου θ ωςτενιτικι φάςθ να μετατραπεί ςε φάςεισ με ψθλι ςκλθρότθτα όπωσ π.χ. ο μπαινίτθσ και ο μαρτενςίτθσ. Η χαμθλι ςχετικά περιεκτικότθτα αυτϊν των χαλφβων ςε άνκρακα (ςυνικωσ 0.2%) επιτρζπει ανεβάηει ςε ςχετικά ψθλά επίπεδα τθν κερμοκραςία ςχθματιςμοφ μαρτενςίτθ (περίπου μεταξφ 400 και 440 C) ενϊ παράλλθλα και ο ςχθματιηόμενοσ μαρτενςίτθσ περιζχει ςχετικά λίγο άνκρακα με αποτζλεςμα να είναι δυνατι θ πολφ γριγορθ ψφξθ χωρίσ τθν δθμιουργία ρωγμϊν και άλλων προβλθμάτων. Σα υπόλοιπα κραματικά ςτοιχεία που χρθςιμοποιοφνται ςε αυτοφσ του χάλυβεσ, ςε περιεκτικότθτεσ μζχρι 1.5% Mn, 2,5% Ni, 1,5% Cr, 1% Mo, 0.2% V και 0.10% Nb, αυξάνουν τθν εμβαπτότθτα του χάλυβα. ε γενικζσ γραμμζσ όςο μεγαλφτερθ είναι θ περιεκτικότθτα ςε κραματικά ςτοιχεία, τόςο μεγαλφτερθ είναι θ τάςθ για ςκλιρυνςθ του χάλυβα (εμβαπτότθτα), ενϊ όςο μεγαλφτερο είναι το ποςοςτό του άνκρακα τόςο πιο μεγάλθ είναι θ αντοχι ςε εφελκυςμό. Η εμβαπτότθτα ενόσ χάλυβα, είναι θ ιδιότθτα που κακορίηει το βάκοσ και τθν κατανομι του μαρτενςίτθ μετά από μία διαδικαςία βαφισ. υνικωσ είναι το πιο ςθμαντικό κριτιριο για /12

75 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ τθν επιλογι ενόσ χάλυβα βαφισ και επαναφοράσ. Προκειμζνου να υπάρχει θ αναγκαία τάςθ για ςκλιρυνςθ τα κραματικά ςτοιχεία πρζπει να βρίςκονται ςε διάλυμα μζςα ςτθν φάςθ του ωςτενίτθ ζτςι ϊςτε να κακυςτεριςουν τον διαχυτικό μεταςχθματιςμό του ωςτενίτθ ςε φερρίτθ και περλίτθ. Αυτόσ ο μθχανιςμόσ επιτρζπει μία πιο αργι ψφξθ ι τθν βαφι ενόσ μεγαλφτερου εξαρτιματοσ χωρίσ τον μεταςχθματιςμό του ωςτενίτθ ςε φερρίτθ και περλίτθ οι οποίοι ςτισ ςυγκεκριμζνεσ εφαρμογζσ δεν είναι επικυμθτοί. Σα κραματικά ςτοιχεία μπορεί να διαχωριςτοφν ανάλογα με το ςτακεροποιοφν τθν φάςθ του ωςτενίτθ (austenite stabilizers) όπωσ π.χ. το μαγγάνιο, το νικζλιο και ο χαλκόσ, ι αν ςτακεροποιοφν τθν φάςθ του φερρίτθ (ferrite stabilizers) όπωσ το μολυβδαίνιο, το πυρίτιο, το τιτάνιο το βανάδιο, το νιόβιο κτλ. Οι ςτακεροποιθτζσ του φερρίτθ χρειάηονται πολφ μικρότερεσ ποςότθτεσ για να επιτφχουν τθν ίδια εμβαπτότθτα ςε ςχζςθ με τουσ ςτακεροποιθτζσ του φερρίτθ. Από τθν άλλθ, πολλά από τα ςτοιχεία που ςτακεροποιοφν τον φερρίτθ ςχθματίηουν καρβίδια, με αποτζλεςμα να μειϊνουν τθν περιεκτικότθτα του ωςτενίτθ και ςτα κραματικά αυτά ςτοιχεία και ςτον άνκρακα, με αποτζλεςμα αυτι θ ανταγωνιςτικι διεργαςία να μειϊνει τθν εμβαπτότθτα. Η τάςθ για ςκλιρυνςθ των χαλφβων μπορεί να μετρθκεί με τθν πραγματοποίθςθ μιασ δοκιμισ ψφξθσ Jominy θ οποία ζχει ιδθ περιγραφεί ςτο κεφάλαιο 2.8. ε αυτι τθν δοκιμι το βάκοσ ςτο οποίο προχωράει θ ςκλιρυνςθ μετά τθν ψφξθ ενόσ κυλινδρικοφ δοκιμίου ςτθν μία άκρθ του, είναι το μζτρο τθσ εμβαπτότθτασ του θ οποία όπωσ αναφζραμε βελτιϊνεται με τθν προςκικθ των υπόλοιπων κραματικϊν ςτοιχείων εκτόσ του άνκρακα. Η τάςθ ςκλιρυνςθσ ενόσ χάλυβα είναι μία ςθμαντικι ιδιότθτα όταν μασ ενδιαφζρουν οι μθχανικζσ του ιδιότθτεσ και θ ςυγκολλθςιμότθτα του. Προκειμζνου, εκτόσ τθσ ςκλθρότθτασ, οι χάλυβεσ αυτοί να ζχουν και αποδεκτι ολκιμότθτα για διάφορεσ μθχανολογικζσ χριςεισ, είναι απαραίτθτθ και θ πραγματοποίθςθ μίασ κερμικισ κατεργαςίασ επαναφοράσ θ οποία μαλακϊνει τθν φάςθ του μαρτενςίτθ με αποτζλεςμα τθν μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ και τθσ αντοχισ ςε εφελκυςμό του χάλυβα, αλλά παράλλθλα τθν αφξθςθ τθσ ολκιμότθτασ. Αυτι θ μείωςθ τθσ ςκλθρότθτασ οφείλεται κυρίωσ ςτθν ταχφτατθ αφξθςθ του μεγζκουσ των κόκκων του ςεμεντίτθ όςο αυξάνεται θ κερμοκραςία τθσ επαναφοράσ, και ςτθν μείωςθ τθσ πυκνότθτασ των διαταραχϊν. 4. ΤΓΚΟΛΛΗΕΙ ΥΑΛΤΒΩΝ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Όπωσ ζχει αναφερκεί θ χθμικι ςφςταςθ των χαλφβων βαφισ και επαναφοράσ είναι τζτοια ϊςτε κατά τθν βαφι και τθν γριγορθ ψφξθ που τθν ςυνοδεφει θ ΘΕΖ αποτελείται από φάςεισ μαρτενςίτθ χαμθλοφ άνκρακα και μπαινίτθ. Αυτοφ του τφπου θ δομι ςτθν ΘΕΖ ζχει τισ επικυμθτζσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ που ταιριάηουν με αυτζσ του μθτρικοφ μετάλλου. αν αποτζλεςμα ςε γενικζσ γραμμζσ αυτά τα υλικά δεν απαιτοφν μία κερμικι κατεργαςία μετά τθν ςυγκόλλθςθ εκτόσ ειδικϊν περιπτϊςεων. ε αντίκεςθ με άλλουσ κραματωμζνουσ χάλυβεσ που απαιτοφν τθν χριςθ υψθλισ κερμικισ παροχισ προκειμζνου να αποφευχκεί θ δθμιουργία μαρτενςίτθ ςτθν ΘΕΖ, κατά τθν ςυγκόλλθςθ των χαλφβων βαφισ και /12

76 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ επαναφοράσ απαιτείται θ χριςθ παραμζτρων ςυγκόλλθςθσ, κατάλλθλων ϊςτε θ ταχφτθτα ψφξθσ ςτθν ΘΕΖ να οδθγεί ςτον ςχθματιςμό μαρτενςίτθ και μπαινίτθ. Αυτό είναι απαραίτθτο γιατί ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ ζνασ αργόσ ρυκμόσ ψφξθσ ςτθν ΘΕΖ κα δθμιουργιςει μία μεικτι δομι από προευτθκτοειδι φερρίτθ, μπαινίτθ και μαρτενςίτθ με αποτζλεςμα τθν ςθμαντικι ευκραυςτοποίθςθ τθσ περιοχισ τθσ ΘΕΖ με αυξθμζνο μζγεκοσ κόκκου (coarsed grain HAZ). Όςο πιο αργόσ είναι ο ρυκμόσ ψφξθσ τόςο μεγαλφτερθ είναι θ ευκραυςτότθτα που παρατθρείται ςτθν ΘΕΖ. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ υλικϊν με μικρότερθ ευαιςκθςία ςτθν ςκλιρυνςθ ι μικρότερου πάχουσ, ακόμα γρθγορότερεσ ταχφτθτεσ ψφξθσ είναι απαραίτθτεσ ςτθν ΘΕΖ και άρα γίνεται χριςθ πολφ μικρισ κερμικισ παροχισ Άλλο ζνα ςθμείο που χριηει προςοχισ κατά τθν ςυγκόλλθςθ των χαλφβων βαφισ και επαναφοράσ είναι θ εφαρμογι πολφ αυςτθρϊν πρακτικϊν μείωςθσ του υδρογόνου ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ προκειμζνου να αποφευχκεί θ ψυχρι ρθγμάτωςθ υδρογόνου. Η χριςθ προκζρμανςθσ είναι ζνασ από τουσ πιο αποτελεςματικοφσ τρόπουσ ϊςτε να μειωκεί θ εμφάνιςθ ψυχρϊν ρωγμϊν υδρογόνου. Από τθν άλλθ, θ χριςθ προκζρμανςθσ επίςθσ μειϊνει τον ρυκμό ψφξθσ ςτθν ΘΕΖ. Επομζνωσ θ προκζρμανςθ ςε αυτοφσ του χάλυβεσ πρζπει να εφαρμόηεται με τζτοιο τρόπο ϊςτε να επιτρζπει αρκετά γριγορθ ψφξθ και ςχθματιςμό μαρτενςίτθ ςτθν ΘΕΖ. Κατά τθν ςυγκόλλθςθ χαλφβων βαφισ και επαναφοράσ με πιο υψθλά όρια εφελκυςμοφ, θ τάςθ για τθν εμφάνιςθ ρωγμϊν υδρογόνου ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ αυξάνει ςθμαντικά. αν αποτζλεςμα, θ περιεχόμενθ υγραςία ςτθν επικάλυψθ του θλεκτροδίου και τα άλλα αναλϊςιμα κακϊσ και ο χειριςμόσ τουσ γίνονται κρίςιμοι παράγοντεσ για τθν επιτυχία τθσ ςυγκόλλθςθσ. Για παράδειγμα, για χάλυβεσ Q&T με ζνα όριο διαρροισ μικρότερο από 483 MPa ζνα ποςοςτό υγραςίασ 0,4 wt% ςτθν επικάλυψθ του θλεκτροδίου είναι αποδεκτό, ενϊ ςε αντιδιαςτολι για χάλυβεσ Q&T με όριο διαρροισ πάνω από 690 MPa, το αποδεκτό όριο είναι 0,1 wt%. Η χριςθ μίασ τεχνικισ κορδονιϊν ανόπτθςθσ (temper bead welding) όπωσ φαίνεται ςτα ςχιματα 1 και 2 μπορεί επίςθσ να βοθκιςει ςτθν αποφυγι περιοχϊν με υψθλι ςκλθρότθτα και μειωμζνθ ολκιμότθτα ςτθν ΘΕΖ /12

77 ΧΑΛΤΒΕ ΒΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ Σχήμα 1. Σεχνικι κορδονιϊν ανόπτθςθσ για μία ςυγκόλλθςθ πολλαπλϊν πάςςων μίασ μετωπικισ ςυγκόλλθςθσ ςε χάλυβα βαφισ και επαναφοράσ. Η κατανομι τθσ ςκλθρότθτασ είναι ςχεδόν παρόμοια ςε όλθ τθν εγκάρςια τομι εκτόσ από το ςθμείο D το οποίο δεν ανοπτικθκε από τα επόμενα κορδόνια. Σχήμα 2. Σα κόκκινα βζλθ υποδεικνφουν ςθμεία όπου υπάρχει θ πικανότθτα να ζχουν μείνει περιοχζσ υψθλισ ςκλθρότθτασ. Σο ςκίτςο ςτο πάνω μζροσ δείχνει τα προτεινόμενα κορδόνια ανόπτθςθσ ϊςτε να εξαλείφει θ υψθλι ςκλθρότθτα /12