Vliv svařování na lomovou houževnatost

Ta pramení z komplikované tepelné historie, a proto není reálně možné odhadnout její lomovou houževnatost. Stupeň zkřehnutí závisí především na materiálových vlastnostech a podmínkách svařování. Pokud jsou jednoduché podmínky pro vytvoření lokální křehké oblasti, pak tato oblast zásadně ovlivňuje lomovou houževnatost v blízkosti svaru. Proto je velmi důležité stanovení lomové houževnatosti tepelně ovlivněné oblasti, aby byla zajištěna bezpečnost a spolehlivost celé konstrukce.

Obr. 1 – Fe – C diagram


Obr. 2 – Změna mikrostruktury

MIKROSTRUKTURA OCELI
Hlavní vliv na mechanické vlastnosti oceli mají prvky: železo Fe a uhlík C. Konstrukční oceli obsahují uhlík maximálně do 2,0 % hmotnosti, běžně pro stavební konstrukce kolem 0,2 % hmotnosti. Vztah mezi těmito prvky je znázorněn bilineárním rovnovážným diagramem Fe – C (obr. 1) v závislosti
na teplotě a procentuálním zastoupení hmotnosti uhlíku.

Obr. 3 – Tepelně ovlivněná oblast

Rovnovážný diagram Fe – C obsahuje následující pevné fáze:

• γ – Austenit – vyskytuje se při vyšších teplotách, kubicky plošně centrovaná mřížka schopná pojmout až 2 % uhlíku.
• α – Ferit – vyskytuje se při pokojových teplotách, kubicky prostorově centrovaná mřížka schopná pojmout pouze kolem 0,02 % uhlíku.
• δ – Ferit – vyskytuje se při teplotách těsně pod bodem tání železa, kubicky prostorově centrovaná mřížka schopná pojmout pouze kolem 0,08 % uhlíku.
• Fe3C – Cementit – na rozdíl od austenitu a feritu je velmi tvrdý a křehký, což je dáno jeho vysokým obsahem uhlíku 6,7 %.

Chladnutím austenitu ocel přechází na směs feritu a cementitu (obr. 2). Struktura střídavých vrstev feritu a cementitu v jednom zrnu se nazývá perlit. Tloušťka jednotlivých vrstev je závislá na rychlosti ochlazování. Rychlé ochlazení vede k vytvoření tenkých vrstev, které jsou blízko u sebe, zatímco pomalé ochlazení vytvoří mnohem hrubší strukturu s malou houževnatostí.

Obr. 4 – Mikrostruktura zrn

Pokud je ochlazení velmi rychlé, nestihne se vytvořit jemná struktura perlitu, ale vznikne velmi tvrdá nepravidelná struktura martensitu v podobě různě směrovaných tenkých jehliček.
Z výše uvedeného vyplývá, že obsah uhlíku a tepelné úpravy zásadně ovlivňují strukturu a tím i mechanické vlastnosti oceli. Při odstraňování zbytkových pnutí nebo pro odstranění tvrdé martensitické struktury se používá žíhání, tedy opětovné zahřátí oceli na předepsanou teplotu s pomalým chladnutím. Oceli určené do nízkých teplot a pro dynamické namáhání vyžadují jemnou pravidelnou perlitickou strukturu, které se dosáhne normalizačním nebo termomechanickým válcováním. Vážným tepelným zásahem do mikrostruktury oceli je i její svařování a následné chladnutí.

Kompletní článek včetrně všech obrázků naleznete v časopise Konstrukce 1/2008. Možnost předplatného ZDE.

Autor

• Ing. Jůza Aleš