152

CAPITOLUL 10FISURAREA SUDURILOR

10.1. Definitia fisurii. Clasificarea fisurilorFisura constituie cel mai important defect ce apare în cusăturile sudate atât

datorită dificultăţii depistării cât şi a efectelor ei - ruperi catastrofale.Fisura se defineşte ca o discontinuitate a materialului cu lungime mare în

raport cu deschiderea şi cu rază de curbură mică la capete.Clasificarea fisurilor:1. După mărime:• macrofisuri (crăpături) vizibile cu ochiul liber;

• microfisuri, de extindere foarte mică şi care se depistează cumicroscopul metalografic (x500);

• sub-microscopice – de ordinul de mărime a parametrului reţelei cristaline.2. După localizare în raport cu grăunţii:• intercristaline, în lungul limitei dintre grăunţi;• intracristaline (transcristaline) ce străbat corpul cristalului.3. După momentul apariţiei:

• simultan cu sudarea, până în momentul răcirii piesei până latemperatura camerei;

• întârziate - după răcirea la temperatura camerei (ore şi chiar zile după operaţia de sudare);• de reîncălzire, după un tratament termic după sudare.4. După orientare, fig. 10.1

• longitudinale, a căror direcţie medie este aproximativ paralelă cu axa longitudinală a cusăturii: (a);

• transversale,a căror direcţie medie este aproximativ perpendiculară cu axa longitudinală a cusăturii: (b);• stelate, un grup de fisuri ce diverg dintr-un punct cu diverse orientări:c)5. După locul apariţiei, fig. 10.2., în care:

1 — fisuri în cusătură;2 - fisuri în zona de legătură şi în ZIT;3 — fisuri sub cordon;4 - fisuri de racordare;5 — fisuri în materialul de bază.

153

Figura 10.1 Clasificarea fisurilor după orientare

Figura 10.2 Clasificarea fisurilor locul aparitiei

6. După mecanismul de apariţie al fisurii:Acesta constituie criteriul ştiinţific de clasificare, cel mai important pentru

stabilirea cauzelor fisurării şi a metodelor de prevenire a acestora. Din acest punct de vedere fisurarea poate fi:• fisurare prin film lichid F.F.L., ce poate fi:

• la cristalizare primară (la solidificare); • la recristalizare perisolidus.

• fisurare prin fragilizarea asistată de H2;• fisurare la reîncălzire subcritică (sub ACi);• fisurare prin destrămare lamelară.

In literatura de specialitate există şi alte clasificări cele mai uzuale fiind însă cele prezentate mai sus.

Orice fisură se defineşte ca o distrugere locală a continuităţii metalului, deci local trebuie să fi fost învinse forţele de coeziune.

In general, pentru producerea fisurii, trebuie să existe o solicitare mecanică de întindere, care poate proveni din:• tensiuni din sarcini exterioare;• tensiuni proprii;• cumulul lor.

Orice zonă fisurată nu arată însă existenţa unor deformări plastice importante, deci fisurarea se produce când există şi un al doilea factor şi anume materialul din zonă nu suportă deformare plastică.Cei doi factori (solicitare de întindere, nedeformabilitate plastică) sunt prezenţi întoate genurile de fisuri, în funcţie de modul particular de fisurare apărând şi alţi factori specifici: H2, existenţa acumulărilor locale de impurităţi, incluziuni dispuse în şiruri, precipitate disperse, etc.

154

Tabelul 10.1 CRITERIU DENUMIRE CARACTERISTICIMomentul aparitiei Concomitente cu sudarea Se produc in timpul sudarii si a racirii

imbinariiMod de propagare la scara microscopica

intirziate Se produc dupa un timp indelungat ( ore, zile ) ulterior racirii imbinarii

Mod de propagare la scara microscopica

De crater Apar in craterul terminal al unui rind de sudura. In raport cu directia de sudare pot fi: longitudinale, transversale sau stelate

Grupate Grupe de fisuri individuale care nu comunica intre ele

Stelate Grupe de fisuri, pronuntat divergente, cu origine comuna

Ramificate Fisura ramificata in cursul propagariiAmplasare In cusatura

In zona de legatura In ZIT In materialul de baza

Directie generala in raport cu directia de sudare

Longitudinal Transversal Oblica

Mecanism de producere teoreticFisurare…………………

Prin filme lichide Se produc prin filme aflate in stare lichida in timpul sudarii

La cristalizare primara Filmul lichid persista in momentul solidificarii cusaturii

La incalzire perisolidus Filmul lichid se produce prin incalzirea ZITsau a rindurilor depuse anterior, la o temperature apropiata dar sub temperature solida nominala

Prin fragilizre in prezenta H2

Se produce intr-o structura fragilizata ( calire ) si puternic tensionata, in prezenta H2

La reincalzire subcritica( detensinare )

Se produce la incalzire sub Ac1, in stratul intergranular, ca urmare a impurificarii acestuia si a consolidarii corpilor grauntilor, prin concentrarea microdeformatiilor pe limitele de graunt.

Prin destramare lamelara Se produc ca umare a lipsei de plasticitate a materialului pe directia grosimii

Coroziune tensofisuranta Se produc ca urmare a unei agresiuni chimice in prezenta unor tensiuni mecanice

Marime Microfisura Depistabila numai la marime de peste 6X (lupa

155

microscop optic, max. 1500X)Macrofisura Depistabila cu ochiul liber normal ( distant de observare

250 mm sau la o marime sub 6X)Submicroscopice Depistabile la mariri peste 1500X

Mod de propagare la scara microscopica

Intercristalina Se propaga in lungul liitelor de grauntiTranscristalina Se propaga prin corpul grauntilormixta Cu propagare atit intercristalina cit si transcristalina

Mecanism de producer practiceFisuri….

La cald Se produce printr-o faza cu temperature de topire mai mica in stare lichida, cind nu poate prelua tensiunile de contractie

Prin topire In ZIT se topeste numai faza usor fuzibila de exemplu: la limitele dintre graunti

La solidificare Se produce in cursul solidificarii cusaturii, prin lichidLa rece Se produce in stare solida a materialului, prin depasirea

capacitatii de deformare ( material in stare fragile )De contractie Se produce prin impiedicarea contractiei. Constituentii cu

deformabilitate mica sau rezistenta mecanica mica o favorizeaza.

De fragilizre Se produce cind materialul in timpul racirii parcurge un domeniu de tenacitate minima

Destramare lamelara

Se produce prin ruperea unor zone de segregare dispuse parallel, continind incluziuni nemetalice alungite, in cazul solicitarilor mecanice pe directia grosimii

De durificare Se produce in urma modificarilor structurale ca urmare a modificarilor de volum care dau nastere la tensiuni mecanice

De imbatrinire Se produce ca urmare a unor procese de imbatrinire pe seama azotului

De concentratori (crestaturi geometrice )

Se produc in zonele cu concentrari mari de tensiuni mecanice

De precipitare Se produc prin precipitarea unor faze fragile in timpul sudarii sau a unor incalziri ulterioare

Asistata de hidrogen

Se produce prin marirea tensiunilor proprii, ca urmare a precipitarii din reteaua cristalina a hidrogenului si care ca urmare a transformarilor structural nu poate difuza din material

complexe Datorate actiunii conjugate a mai multor cause. Cauza principal da denumirea fisurii.

10.2. Mecanisme specifice de producere a fisurarii

156

10.2.1. Fisurarea prin film lichid F.F.L.Cele două moduri de fisurare şi anume:- fisurarea la cristalizare primară. (F.F.L.C.) şi- fisurarea la reîncălzire perisolidus (F.F.L.R.),sunt cunoscute în practică sub denumirea de fisuri la cald.

In legătură cu procesele de rupere la temperaturi înalte se menţionează următoarele aspecte:

1. Corpul grăuntelui se deformează ca o consecinţă a deplasării succesive a unor blocuri de atomi, fără distrugerea coeziunii, pe baza alunecării şi maclării, rezultând deformaţii plastice importante, deoarece rezistenţa faţă de deformare plastică, Dcc, acorpului cristalului creşte încet cu scăderea temperaturii, reprezentând deci deformăritranscristaline, fig. 10.3.

In stratul intercristalin, deformaţia are loc pe baza mecanismului de activare a deplasării atomilor individuali în cazul unui proces tip difuzie, ceea ce are drept rezultat deformări intercristaline prin difuzie.

Rezistenţa faţă de deformarea plastică a straturilor intercristaline Dic creşte foarte repede cu scăderea temperaturii astfel încât în acest strat sunt posibile numai deformări plastice mici fără distrugerea coeziunii.

Figura 10.3 Deformarea materialului la temperature inalte

In cazul cel mai general, cele două tipuri de deformaţii coexistă, valoarea temperaturii determinând deformarea care este mai importantă.

In fig. 10.3. se observă că în zona I sunt preponderente deformaţiile intracristaline cu deformaţii plastice mari, materialul este tenace, pe când în zona II sunt preponderente deformatiile intercristaline cu deformatii plastice mici, iar materialul se comporta fragil.

2. Al doilea aspect se referă la faptul că aliajele (deci şi oţelul) au un interval de solidificare în care coexistă faze solide şi lichide. Dacă la cristalizare, faza solidă ar forma un conglomerat continuu, acesta ar putea fi

157

deformat plastic relativ mult fără a se produce fisurarea, deoarece la temperatură înaltă tenacitatea materialului este mare. Dacă însă, la un moment dat, grăunţii sunt înveliţi înt-un film lichid, deformaţia se produce pe seama rearanjării grăunţilor, lichidul jucând un rol de lubrifiant.

In aceste condiţii rezistenţa agregatului solid-lichid este foarte mică, iar cu ocazia deformării sale pot apare întreruperi ale filmului de lichid fie datorită unei cantităţi de lichid prea mici, fie datorită vitezei mari de deformare, apărând astfel un germene de fisură ce poate evolua.

La sudare, existenţa unui film lichid plasat intergranular, stă în totalitatea cazurilor la baza fisurării prin film lichid.

Modelul fizic al fisurării prin film lichid depinde de condiţiile în care s-a format acesta şi anume:

10.2.1.1. F.F.L. la cristalizare primarăDacă filmul lichid intergranular ce a determinat fisurarea constituie un rest de

fază lichidă în timpul cristalizării primare, se supune F.F.L. la cristalizare primară, fig. 10.4.

Fig. 10.4. Modelul fizic al fisurării prin film lichid la cristalizarea primarăL — lichid; S — solid — alcătuit din celulele 1, 2, 3, separate de stratul intercelular 4, 5; DC - direcţie de cristalizare; C - contracţia fazei solide; σ - solicitarea mecanică pe interfaţa solid - lichid.

In fig. 10.4.a, este figurat momentul când încă mai avem un strat suficient de

158

gros de lichid ce separă fronturile de cristalizare care înaintează din direcţii opuse. Contracţia (C1) este relativ mică, iar solicitarea (σ) pe interfaţă este practic nulă.

In fig. 10.4.b, grosimea stratului de lichid s-a micşorat, contracţia C2 a crescut, dar solicitarea mecanică pe interfaţă, a, este nesemnificativă.

In fîg. 10.4.c, contracţia ce creşte la C3 a dus la apariţia solicitării Qsub influenţa căreia filmul de lichid s-a rupt, rezultând germenii de fisură, g.

Sub influenţa stării locale de tensiuni determinată de contracţia din zonă germenii au tendinţa de extindere pe direcţiile I şi II rezultând la un moment dat fisura f din fig. 10.4.d.

După mecanismul descris apar fisuri doar în cusătură deoarece numai acolo are loc cristalizarea primară.

10.2.1.2. F.F.L. la reîncălzire perisolidusDacă filmul lichid intergranular ce determină fisurarea apare dintr-un

constituent de fază solidă, prin topirea acestuia cu ocazia unor reîncălziri până în apropierea punctului solidus, se vorbeşte de F.F.L. la reîncălzire perisolidus, al cărui model fizic este prezentat în fig.10.5.

Fisura poate apare în acest caz în fâşia de supraîncălzire din ZIT de unde se poate propaga şi în cusătură.

Fig.10.5. Modelul fizic al fisurării prin film lichid la recristalizarea perisolidus

159

In fig. 10.5.a, la apropierea sursei termice creşte temperatura, creşte dilatarea D, apare compresiunea, σ , ce se exercită asupra formaţiunii solide b, reprezentate de eutectici uşor fuzibili.

In fig. 10.5.b, creşte temperatura, creşte D, iar creşterea temperaturii duce la apariţia formaţiunilor lichide b1.La îndepărtarea sursei termice scade temperatura, apare contracţia C şi solicitarea σ ce determină formarea filmului lichid b2 şi apar primele formaţiuni solide în cusătură (5), fig.10.5.c.

In fig. 10.5.d este figurat momentul când, odată cu scăderea temperaturii, creşte σ şi C, apar germenii de fisură g care se unesc determinând apariţia fisurii f, ce poate pătrunde şi în cusătură dacă condiţiile sunt propice (existenţa unei faze lichide).

Existenţa unui film lichid intergranular sau intercelular nu determină întotdeauna fisurarea agregatului solid-lichid deoarece deşi capacitatea de deformare este mică, ea este de acelaşi ordin de mărime cu deformaţia plastică produsă de către contracţie.10.2.1.3. Factori de influenţăPrincipalii factori care influenţează susceptibilitatea faţă de fisurarea la cald sunt:• micşorarea pondera lichidului în raport cu a solidului;• se măresc dimensiunile grăunţilor la o cantitate de eterogenităţi uşorfuzibile, densitatea lineară a acestora creşte;• forma grăunţilor se îndepărtează de cea echiaxială (se înrăutăţesccondiţiile de solicitare pe interfaţa solid -lichid);• se măreşte intervalul de solidificare (mărirea contracţiei).

Un rol important îl au eutecticii uşor fuzibili (S, P, C) fapt scos în evidenţă prin indicele de sensibilite faţă de fisurarea la cald, HCS valabil pentru oţeluri slab aliate, determinată de relaţia

CS=C⋅[S+P+ Si

25+ Ni

100 ]3⋅Mn+Cr+Mo+V

⋅103 [10.1]

Dacă HCS > 4 cusătura înclină spre fisurare la cald. 10.2.1.4. Măsuri de combatere

• alegerea materialului cu un interval de fragilitate perisolidus cât mai mic;• reducerea coeficientului de participaţie a materialului de bază(materialul de adaos este elaborat mai îngrijit);• obţinerea de grăunţi fini (I mic, vs mare);

160

• geometria cusăturii judicios aleasă încât să nu se întâlnească celulele pe mijlocul cusăturii

Diagrama 1

161

Diagrama 2

162

10.2.2. Fisurarea asistată de Hidrogen

10.2.2.1. GeneralitatiAceastă fisurare reprezintă un stadiu avansat nefavorabil, precedat de o etapă

anterioară de fragilizare datorită H2. Această fragilizare poate fi rezultatul a două categorii de factori:- formării de compuşi definiţi cu H2 de către diferite metale, ceea cedetermină micşorarea tenacităţii;- acţiunii H2 tehnologic care, pătrunzând în oţel, poate reacţionachimic cu cementita dând naştere la gaz metan care este insolubil în metal şidetermină apariţia unor presiuni locale mari.

Modul de fragilizare prin H2 pe care-1 vom studia este cel determinat de acumularea locală de H2 până la o concentraţie ce depăşeşte mult limita de solubilitate a acestuia determinând o destrămare locală a structurii cristaline astfel încât pierzându-se legăturile de coeziune dintre doi atomi alăturaţi se poate produce un germene de fisură.

Fig.10.6. Variaţia cu temperatura a rezistenţei la rupere

Reprezentând variaţia cu temperatura a rezistenţei la rupere ζrv pentru epruvete cu crestătură încărcate catodic cu H2, la diferite viteze de deformare se obţin curbe de forma din figura 6 în care:

163

V4>V3>V2>V1, cu precizarea că la încercarea cu v4 epruveta nu este încărcată cu H2.Curba v1, de ordinul de mărime al vitezei realizată în cadrul încercării clasice

de tracţiune evidenţiază următoarele:Pornind de la temperaturi scăzute, de la o temperatură în sus ζrv scade rapid,

ca rezultat a unui efect de fragilizare, trecând printr-un minim în jurul temperaturii normale, după care creşte din nou.Caracteristica fragilizării, se manifestă cel mai intens în jurul temperaturii normaleşi dispare la temperaturi mai mici de -100°C şi mai mari de 250°C.

Pentru v2>v1, se observă că fragilizarea se micşorează ajungând ca la fragilizarea să nu se mai manifeste.

O a doua caracteristică a fragilizării este aceea că se manifestă cu atât mai puţin cu cât viteza de deformare este mai mare.

In consecinţă, încercarea de rezilienţă nu poate scoate în evidenţă fragilizarea prin H2. Condiţiile generale de fragilizare presupun, ca şi celelalte forme de fisurare manifestarea a doi factori:• existenţa unei structuri fragilizate;• existenţa unor tensiuni locale de întindere.

10.2.2.2. Mecanismul microscopic al fisurării asistate de H2Plecând de la un anumit material fragilizat prin H2, în procesul de apariţie a

fisurilor, respectiv de rupere fragilă a unei construcţii sudate apar următoarele etape, fig. 10.7:

Fig. 10.7. Model fizic al fisurării asistate de H2

1 - zona fragilizată; 2 - fisură; 3 - propagare lentă a fisurii; 4 - zonă tenace, nefragilizată

164

1. Nucleaţia;2. Germinarea;3. Propagarea lentă;4. Propagarea rapidă.Unele dintre capcane (reversibile) prind H2 într-o anumită fază şi il eliberează într-o altă fază, altele (ireversibile) păstrează timp îndelungat H2 captat.

1. NucleaţiaH2 presupus uniform distribuit se concentrează local în anumite zone denumite capcane de H2 (limite de grăunte, defecte de reţea, zone cu tensiuni locale importante).

Considerăm că sub influenţa unui gradient de tensiuni mecanice, H2

difuzează rapid către capcane.2. Germinarea

Acest H2, aflat dizolvat sub formă de protoni, se acumulează treptat în celulele cristalului determinând o deformaţie importantă a celulei până la limita la care sunt învinse forţele coezionale dintre atomii metalici ai matricei apărând un prim germene de fisură.3. Propagarea lentă

In momentul apariţiei lor, aceşti germeni de fisură au dimensiuni foarte mici, de ordinul de mărime al parametrului reţelei cristaline.

Datorită vitezei mari de propagare a fisurii, acesta iese din zona de influenţă a capcanei de H2 astfel încât fragilizarea nu se mai manifestă, oprindu-se propagarea fisurii. Datorită menţinerii unei stări tensionale, H2 rămas difuzează din nou către vârful fisurii. Acesta, acumulându-se într-o nouă capcană, determină creşterea locală a concentraţiei peste cea de saturaţie, rezultând destrămarea locală a edificiului cristalin şi condiţii pentru o nouă propagare a vârfului fisurii. Repetarea acestui ciclu constituie etapa propagării lente a fisurii.4. Propagarea rapidă

La un anumit moment fisura poate dobândi o mărime critică. în acest moment, conform principiului mecanicii ruperii, orice creştere a fisurii determină eliberarea unei energii elastice mai mari decât energia necesară pentru realizarea noilor suprafeţe de rupere.

Spre deosebire de propagarea lentă anterioară, se trece în domeniul unei fisuri instabile care se propagă rapid, cu viteză foarte mare - jumătate din viteza sunetului în metal - etapa propagării rapide a fisurii.Acest model fizic explică forma curbelor de fragilizare arătate anterior, în fig. 10.6.

In domeniul temperaturilor scăzute nu se mai manifestă fragilizarea prin H 2

deoarece coeficientul de difuzie este foarte mic împiedicând difuzia sa şi concentrarea în anumite zone (condiţie prealabilă a fragilizării).

Peste o anumită temperatură, din nou nu se mai manifestă fragilizarea, pentru

165

că agitaţia termică şi alte condiţii termodinamice fac ca acele capcane de H2 să nu mai fie active şi nemaiputând captura H2 nu mai determină acumulări locale.Influenţa vitezei de deformare se explică astfel:

In cazul vitezei mari de deformare, H2 nu poate urmări cu viteză suficientă vârful fisurii în raport cu viteza de deformare şi nu are loc fragilizarea. Necesitatea trecerii unui timp în care prin difuzie, să se poată realiza acumulare de H2 (ore, zile) are drept consecinţă practică faptul că, controlul pentru găsirea fisurilor nu se face imediat după răcirea sudurii ci la cel puţin 24-48 ore după sudare.Posibilitatea realizării unor concentraţii mari de H2 la scară sub-microscopică şi microscopică, fig.10.8. este influenţată de aspectele macroscopice ale variaţiei concentraţiei locale de H2 în diferite zone ale îmbinării sudate, fig.10.9.

Figura 10.8 Zone ale îmbinării sudate cu acumulări locale de H2

Figura 10.9 Variaţia concentraţiei de H2 în diferite zone ale îmbinării sudate

Principalul rezervor de H2 în momentul iniţial considerat este cusătura sudată (de regulă concentraţia H2 în materialul de bază este neglijabilă în raport cu H2 din

166

metalul lichid al cusăturii).Considerăm cusătura solidificată, fig. 10.8.In zona 1, fig. 10.8, la racordarea cusăturii cu materialul de bază există

condiţii pentru difuzia H2 către mediu înconjurător şi concentraţia locală din acest punct, deşi creşte în timp, rămâne relativ mică, fig. 10.9. Ţinând cont însă că în această zonă acţionează un concentrator de tensiuni, se măreşte posibilitatea fisurării chiar dacă concentraţia de H2 este mică.

In zona 2 fig. 10.8., concentraţia macroscopică a H2 este mare fiind însă aproape de suprafaţă, H2 poate difuza uşor către mediu înconjurător, ceea ce determină o scădere rapidă a H2, fig. 10.9

In zona 3 din fig.10.8, în cusătură (foarte aproape de linia de fuziune) apare o creştere rapidă a concentraţiei de H2, datorită difuziei acestuia către această zona 3 din zonele centrale mai bogate în H2, fig.10.9. Apoi acţionând şi difuzia H2 către ZIT, concentraţia lui scade. Deşi concentraţia H2 în această zonă este mare, probabilitatea fisurării este mică datorită conţinutului mic de carbon în cusătură faţă de materialul de bază, deci datorită unei structuri mai puţin susceptibile la fisurare decât în materialul de bază.

In zona 4 din fig.10.8, fâşia de supraîncălzire a ZIT-ului, în vecinătatea liniei de fuziune apare iniţial o creştere a concentraţiei de H2 datorită difuziei din cusătură în această zonă.

Valoarea mare a concentraţiei de H2 corelată cu o structură nefavorabilă determină ca zona 4 să constituie locul cu probabilitatea cea mai mare de apariţie a fisurării asistate de H2 (fisurare sub cordon).

10.2.2.2. 1. Mecanismul macroscopic al fisurării asistate de H2 în condiţiile când materialul de bază are o călibilitate mai mare decât metalul cusăturii

Figura 10.10 Modelul macroscopic al fisurării asistate de H2

167

Considerăm o secţiune longitudinală prin zona de sudare, fig. 10.10. în care:- metalul lichid L, se îmbogăţeşte cu H2 în zona de acţiune a arcului electric.Următoarea zonă este cu structură austenitică (γ) şi este separată de linia 3 de baia de metal lichid.a -zonă feritică separată de zona austenitică de linia 4;1 - linia de fuziune;2 - limita zonei de transformare în care materialul a fost încălzit peste AC3;3 - linie ce separă zona austenitică de zona în care aceasta s-a transformat în martensită (α M).

Solubilitatea H2 în austenită este mare dar valoarea coeficientului de difuzie este mică pe când solublitatea H2 în ferită este mică dar coeficientul de difuzie este mare.

Baia de metal lichid, considerată saturată în H2, constituie un important rezervor de H2. Pe partea băii de metal lichid ce se sprijină pe zona γ din ZIT, nu apare un transfer semnificativ de H2 către ZIT, pentru că putem considera că în lichid există o concentraţie de H2 mai mică decât concentraţia de saturaţie.

După solidificare şi constituirea cusăturii, scăderea solubilităţii H2 în raport cu cea existentă în lichid, determină ca o parte de H2 (H’) să difuzeze către mediu, iar o alta (H") să difuzeze către ZIT. Aceste părţi nu sunt foarte importante pentru că deşi există un gradient de concentraţie mare, coeficientul de difuzie în austenită este mic.

In zona în care Feγ trece în Feα , deci s-a micşorat solubilitatea H2, apare o soluţie suprasaturată de H2 în Feα . Coeficientul de difuzie având o valoare mare, o parte importantă de H2 (H"')se îndepărtează prin difuzie în atmosferă. O altă parte (H ) difuzează intens prin linia de fuziune către ZIT, care găsindu-se în stare austenitică din cauza solubilităţii mari a H2 în austenită, este capabilă să primească cantităţi mari de H2 ducând la apariţia unui front de H2 care înaintează către materialul de bază. Concomitent apare şi un front de transformare martensitică ce se propagă dinspre materialul de bază către linia de fuziune. La un moment dat avem o fâşie de austenită puternic încărcată cu H2 şi bridată mecanic pe părţi de zona a a cusăturii şi fâşia martensitică a sudurii.

Transformarea austenitei din această fâşie determină îndeplinirea condiţiilor favorabile fisurării:• structură susceptibilă (martensitică);• concentraţie mare de H2;• tensiuni proprii, deci toate condiţiile necesare apariţiei de fisuri sub cordon. 10.2.2.3. Bazele combaterii fisurării asistate de H2

De menţionat că oţeluri cu acelaşi conţinut de H 2, în funcţie de compoziţia

168

chimică şi starea structurală, au susceptibilităţi diferite faţă de fisurarea asistată de H2. Principalele măsuri de evitare a fisurării asistate de H2 sunt următoarele:• Alegerea unui oţel astfel încât pericolul de fisurare să fie minim;

• Alegerea procedeului tehnologic (la un oţel dat) inclusiv tratamentultermic, astfel încât starea structurală a ZIT-lui să fie cât mai puţin susceptibilăla fisurare;

• Luarea măsurilor astfel încât îmbogăţirea în H2 să fie minimă. Dinacest punct de vedere sunt favorabile sudările în mediu protector, sub flux, cucondiţia folosirii unor materiale lipsite de umiditate (uscare flux, curăţiresârmă, curăţire zonă de sudare etc);Aplicarea unei preîncălziri ce favorizează eliminarea prin difuzie aH2 iar prin micşorarea vitezei de răcire rezultă o structură mai aproape de echilibru;

•Aplicarea tratamentului termic de detensionare, de dehidrogenare, deeliminare a tensiunilor proprii.Principalele caracteristici ale fisurilor asistate de H2 sunt următoarele:• Apar după răcirea sudurii sub 200°C până la temperatura mediuluiambiant putând apare şi mult timp după sudare (fisuri întârziate);• Au un traseu colţuros, cu zone ce cuprind trasee transcristaline;• Au margini neoxidate (lucioase).

169

170

Diagrama 3

171

10.2.3. Fisurarea la reîncălzire subcritică

10.2.3.1. Mecanism de producere

In general, în cursul operaţiei de detensionare, la care sunt supuse după sudare unele construcţii sudate, are loc o reducere treptată a tensiunilor proprii ca urmare a proceselor de curgere ce au loc în corpul grăuntelui şi în stratul intercristalin.

Cea mai mare parte a deformaţiilor revine corpului grăuntelui, care are o capacitate de deformare mai mare, partea care revine stratului intergranular fiind mai mică decât cea pe care o poate suporta aceasta fără distrugerea integrităţii sale, deci fără apariţia unei fisuri.

Detensionarea, ca tratament termic, constă într-o încălzire cu viteză mică, o menţinere la o anumită temperatură, un anumit timp şi viteză mică de răcire.

In cazul unor oţeluri speciale care conţin W, Nb, Ti, Mo, Cr (slab aliate şi înalt aliate) în care se produc carbonitruri, fenomenele sunt mai complexe, fig. 10.1 l.a.

In zonele în care TM a ciclului termic a depăşit temperatura de solubilizare a carbonitrurilor, acestea se dizolvă, intrând în soluţie.Temperatura la care are loc solubilizarea pentru precipitate de W este de 900-1000°C, în cazul precipitatelor pe bază de Al, Ti, Nb temperaturile fiind mai mari.

Ca efect al dizolvării dispar precipitatele, cresc grăunţii (se deblochează limitele de grăunte), se micşorează tenacitatea materialului, se măreşte tendinţa de subrăcire, ceea ce determină, la o aceeaşi viteză de răcire, transformarea la o temperatură mai joasă, deci structuri mai dure şi mai fragile.

Răcirea după sudare este suficient de rapidă astfel încât elementele amintite nu mai precipită, ci rămân în soluţie determinând o soluţie suprasaturată fig. 10.11 .b.

Cu ocazia încălzirii la detensionare (după sudare) poate avea loc un proces de precipitare din soluţia suprasaturată, ceea ce duce la consolidarea prin precipitare dispersă a corpului grăuntelui, deci creşte rezistenţa faţă de deformarea plastică a corpului grăuntelui şi face ca sub influenţa tensiunilor proprii existente, o mai mare parte din deformaţia plastică să revină stratului intergranular (δ i), fig. 10.11.c.In acest timp pot apare iniţial goluri sub-microscopice care migrând în stratul integranular se acumulează dând naştere unui germene de fisură,fig. 10.11.d.

In acest proces intervine şi o acumulare da unor impurităţi în stratul intergranular ceea ce duce la scăderea însuşirilor de deformabilitate a acestuia.

Unirea în timp a mai multor germeni de fisură iniţiali microscopici,

172

determină apariţia fisurii macroscopice din figura 10.11.e.

10.2.3.2. Factori de influenţăParametrul important ce determină condiţiile de fisurare de tipul arătat

este temperatura. Figurând într-o diagramă timpul la care începe şi se sfârşeşte procesul de

fisurare în funcţie de temperatură, se obţine situaţia din fig. 10.12, în care: Dacă TD (temperatura de detensionare) este mai mică decît T1 nu se produce

fisurarea, deoarece în domeniul temperaturilor mici nu este promovat procesul de formare a precipitatelor disperse din soluţia suprasaturată datorită vitezelor de difuzie mici şi nu are loc procesul de consolidare al corpului grăuntelui.

Mărind temperatura, creşte viteza de difuzie şi scade timpul de incubaţie necesar pentru producerea fisurii atingând minimul tc, căreia îi corespunde temperatura Tc.

Mărind temperatura peste Tc este favorizat procesul de coalescenţă a precipitatelor, se formează precipitate mai mari dar mai puţin disperse ce are ca rezultat deconsolidarea corpului grăuntelui şi deci nu se mai produce fisurarea.

La temperaturi mai mari ca T2 fisurarea nu se mai produce datorită dizolvării

Figura 10.11 Model fizic al fisurării la detensionare

173

precipitatelor.Referindu-ne la curba II de sfârşit de fisurare aceasta apare datorită pe de-o

parte coalescenţei precipitatelor ce deconsolidează corpul grăuntelui iar pe de altă parte datorită micşorării tensiunilor proprii, datorită detensionării, ceea ce determină oprirea procesului de fisurare.

Caracteristica esenţială a fisurării la detensionare o constituie faptul că apare numai la oţeluri consolidabile prin precipitare dispersă şi exclusiv în fâşia de supraîncălzire a ZIT-lui.Asemenea fisuri cu caracter intergranular se vor găsi în imediata vecinătate a liniei de fuziune.

Figura 10.12 Variaţia începutului şi sfârşitului fisurării cu temperatura

10.2.3.3. Căi de combatere

• Alegerea unui material la care caracteristica de fisurare să fie cât mai mult deplasată spre dreapta, asigurând un timp suficient pentru detensionareînainte de apariţia fisurării, fig. 10.12;• Alegerea parametrilor tratamentului termic de detensionare astfelîncât diagrama de tratament termic să nu intersecteze caracteristica defisurare;• Aplicarea unei normalizări înainte de detensionare cu observaţia că

174

încălzirea trebuie astfel condusă încât să nu se producă fisurarea chiar cuaceastă ocazie;• Constatându-se că în general oţelurile sunt cu atât mai susceptibilefaţă de acest tip de fisurare cu cât este mai mare viteza de răcire, o cale bunăde preîntâmpinare este creşterea temperaturii de preîncălzire;• Conceperea unei tehnologii de sudare astfel încât tensiunile proprii săfie cât mai mici;• Pentru că probabilitatea maximă de apariţie a acestor fisuri esteprezentă în zona de racordare dintre cusătură şi materialul de bază esteposibilă normalizarea fâşiei de supraîncălzire prin aplicarea unui rând denormalizare depus astfel încât marginile lui să nu atingă materialul de bază,fig. 9.13., în care:

Figura 10.13 Normalizarea fâşiei de supraîcălzire

1 - cusătură;2 - rând de normalizare;A - punct în care se realizează normalizarea.

Micşorarea efectului de concentrare a tensiunilor în zona de racordare cusătură-material de bază prin îndepărtarea îngroşării înainte de executarea tratamentului termic de detensionare.

10.2.4. Fisurarea prin destrămare lamelară10.2.4.1. Modelul fizic

175

Acest mod de fisurare constă în apariţia unor fisuri paralele cu suprafaţa laminată şi în lungul unor incluziuni aplatisate în procesul de laminare.

Acest tip de fisurare se manifestă la sudarea tablelor cu grosime mare (20 - 50 mm) la oţeluri de mare rezistenţă, când pe grosimea semifabricatului apare o solicitare mecanică importantă, fig. 10.14.

Destrămarea lamelară este un fenomen specific laminatelor şi nu se produce de regulă la produsele turnate sau forjate.Amplasarea şi forma tipică a acestor fisuri este prezentată în fig. 10.14. în care:1 - incluziuni sulfidice lăţite la laminare;2 - zone rupte fragil;3 - zone rupte tenace;4 - material de bază;DL - direcţie de laminare;D z - direcţia de solicitare la întindere pe grosime sub influenţa căreia s-a produsdestrămarea lamelară.

Figura 10.14 Model fizic al fisurarii prin detramare lamelara

Suprafaţa rupturii arată o ruptură în trepte (în cascadă) cu suprafeţe lucioase (rupere fragilă) şi grăunţoase (rupere tenace).

In cazul materialelor mai puţin susceptibile, ruptura este tot în trepte, porţiunile lucioase dispărând în favoarea ruperii tenace.10.2.4.2. Factori de influenţă:Principalii factori care favorizează acest gen de fisurare sunt următorii:

• Prezenţa incluziunilor plate (majoritatea sulfidice) aduse în aceastăformă la laminare, dispuse în şiruri;• Acţiunea incluziunilor ca nişte concentratori de eforturi (vârfuri ascuţite) dimensiuni, distribuţie, cantitate, formă, etc;

• însuşirile de plasticitate ale matricei metalice în care sunt

176

incluseincluziunile, de aceasta depinzând modul de propagare a fisurii formate lavârful incluziunii;

• Existenţa unor solicitări de întindere pe grosimea laminatului(tensiuni proprii şi forţe exterioare);

• Susceptibilitatea materialului faţă de fisurarea prin destrămarelamelară.

Variaţia cu temperatura, T, a efortului unitar σz la care se produce ruperea şi a gâtuirii la rupere Ψz, ambele determinate pe epruvete cu suduri extrase pe direcţia grosimii tablei, scoate în evidenţă susceptibilitatea faţă de destrămarea laminară, fig. 10.15., a două clase de materiale şi anume:• sensibile la DS (σz1 şi Ψz1);• insensibile la DS (σz şi Ψz).

Destrămarea lamelară se produce de regulă în vecinătatea punctului de inflexiune a caracteristicilor (σz şi Ψz ), fig. 10.15.

σz şi conţinutul de S al produsului sunt buni estimatori ai tendinţei de destrămare lamelară.Din acest punct de vedere deosebim:

Figura 10.l5 Estimarea tendinţei la destrămare lamelară-oţeluri insensibile la destrămare lamelară, care au: σz >25%, S< 0.012%;- oţeluri parţial sensibile la destrămare lamelară, care au: 10% <0.012% < S < 0.022%;- oţeluri insensibile la destrămare lamelară, care au: σz < 10 %, S > 0,22 %.10.2.4.3. Căi de combatere:

Principalele căi de combatere a tendinţei faţă de fisurarea prin destrămare lamelară sunt următoarele:

177

• Alegerea potrivită a materialului de bază (compoziţie chimică,proprietăţi mecanice, etc);

• Concepţia constructivă a produsului astfel încât σ z să fie cât maimici;

• Măsuri tehnologice vizând scăderea tensiunilor proprii pe direcţiagrosimii (alegerea unor forme adecvate a rosturilor îmbinării, o anumităordine de depunere a rândurilor), etc.

Diagrama 4