IMG95

Krzywap na rysunku 7.7 przedstawia zmianę plastyczności metalu w obszarze kruchości wysokotemperaturowej. W temperaturach zbliżonych do temperatury likwidus mieszanina cieczy i kryształów wykazuje dużą zdolność do odkształceń. Dużą zdolność do odkształceń ma też całkowicie skrzepnięty metal (poniżej temperatury solidus). W miarę krystalizacji plastyczność gwałtownie maleje, osiągając pewną wartość e_min, natomiast odkształcenie s związane ze skurczem spoiny e_sk i zmianą kształtu elementu e_k zwiększa się wraz ze spadkiem temperatury. Pęknięcia powstają wówczas, gdy krzywe p = f(T) i £ = f(T) przecinają się, tj. gdy wewnętrzne odkształcenie materiału jest równe jego zdolności do odkształceń lub większe od niego. Można zatem stwierdzić, że skłonność do pęknięć gorących zależy od szerokości zakresu kruchości wysokotemperaturowej (ZKW), która jest w pewnej korelacji z zakresem temperatur krzepnięcia (likwidus - solidus), oraz od szybkości narastania odkształceń. Badania Sterenbogena [92] wykazały, że szerokość ZKW i krytyczna szybkość narastania odkształceń (F_kr) zależą od składu chemicznego.

Dla stali niskowęglowych:

ZKW =23$ -S+ 56,7 • C-3,6 • Mn [K]    (7.1)

V_kr = 27,7 - 76 • C - 184 • S + 24 • Mn² [mm/min]    (7.2)

Dla stali niskostopowych:

ZKW= 609 -S+ 113-C +20-Si-8,7-Mn- 14 • A/o [K]    (7.3)

(7.4)

F_kr = 19 - 42 • C - 411 • S - 3,3 • Si + 5,6 ■ Mn + 6,7 • Mo [mm/min] gdzie: C, 5", Si, Mn, Mo - zawartości pierwiastków, %.

Przedstawione równania wskazują na to, że głównymi składnikami zwiększającymi skłonność do pęknięć krystalizacyjnych w stali są węgiel i siarka. Trzecim pierwiastkiem silnie rozszerzającym zakres krzepnięcia, a tym samym zakres kruchości wysokotemperaturowej, jest fosfor.

Na rysunku 7.7 minimalne odkształcenie wywołujące pęknięcie oznaczono przez e_min. Pochylenie stycznej (-de/dT) do krzywej plastyczności jest nazywane krytyczną szybkością narastania odkształceń z temperaturą (CST - critical strain ratę for temperaturę drop). Ogólnie można stwierdzić, że im mniejsze c_min i większy zakres kruchości wysokotemperaturowej oraz mniejsza krytyczna szybkość narastania odkształceń, tym większa skłonność do powstawania pęknięć krystalizacyjnych.

Skłonność do pękania w czasie krzepnięcia można zmniejszyć, obniżając szybkość narastania odkształceń z temperaturą poniżej wartości krytycznej, tj. -de/dT < CTS. Matematycznie -de/dT = {deldt)/{- dT/dt), gdzie t oznacza czas. Szybkość odkształcania {de/dt) jest wynikiem swobodnego skurczu krzepnącej spoiny, zmiany kształtu stygnącego elementu i oddziaływania sztywnego sąsiadującego materiału spawanego.

Jeśli szybkość odkształcania de/dt jest mała i krzepnięcie spoiny określone przez szybkość chłodzenia {-dT/dt) jest wolne, szybkość narastania odkształceń z temperaturą -de/dT może

305