なぜ硬化した鋼を溶接できないのですか？

熱処理による高強度と硬度で知られている硬化鋼-} -は、溶接に重大な課題を示しています。溶接することは不可能ではありませんが、材料を損傷したり、弱い不安定なジョイントを作成せずにそうすることは非常に困難です。コアの問題は、溶接からの熱が鋼の微細構造とどのように相互作用し、問題が発生するかにあります。詳細な内訳は次のとおりです。
1.硬化した鋼が「硬化」しているのはなぜですか？
まず、硬化した鋼の動作が異なる理由を理解することが重要です。硬化鋼は、熱処理プロセスを通じて特性を達成します。
•クエンチング：鋼を高温まで（例えば800〜900度）均一な「オーステナイト」微細構造を形成し、炭素原子を閉じ込めて急速に（水または油で）冷却し、マルテンサイトと呼ばれる硬い脆性相を作成します。
•このマルテンサイト構造は、硬化鋼にその高硬度（多くの場合50+ HRC）を与えますが、熱に脆く敏感になります。
2。硬化鋼の溶接には問題があります
溶接には、溶融とRe -固化金属が含まれます。これは、硬化した鋼を極端な温度変化にします。これらの変更は、微細構造を破壊し、避けられない問題を引き起こします。
a。迅速な冷却により、より多くのマルテンサイト-と割れが発生します
溶接プールが冷えると、熱が溶融しないが加熱される溶接の周りの領域に影響を及ぼします-影響を受けたゾーン（{1}}}劇的な温度シフトがあります。
•HAZは、鋼の「臨界温度」（約723度）の上に加熱され、既存のマルテンサイトをオーステナイトに戻します。
•溶接が冷めると、このオーステナイトは、元の硬化プロセス（溶接の局所的な強烈な熱のため）よりもさらに速くマルテンサイトに戻ります。
•この新しいマルテンサイトの急速な形成は、マルテンサイトがオーステナイトよりも密度が高いため、極端な内部応力を引き起こし、コールドクラッキング（「水素{-誘導亀裂」とも呼ばれます）につながります。
b。水素抱負は亀裂を悪化させます
溶接は、多くの場合、空気中の水分、フラックス、または汚染された表面から水素に水素を導入します。硬化鋼のマルテンサイト構造はこの水素を閉じ込めます。
•ストレスに抵抗する金属の能力を弱めます。
•マルテンサイト層からの内部応力と組み合わせて、時には溶接後数時間または数日後に亀裂をトリガーします。
c。ハズの硬度の喪失
ハズの一部の部分は新しいマルテンサイトからより困難になります（そしてより脆く）が、他の領域は既存のマルテンサイトを「和らげる」温度まで加熱されます。
•抑制はマルテンサイトを柔らかくし、それらの地域の硬度を低下させます。
•これにより、ハズに「ソフトスポット」が作成され、鋼の意図した強度と耐摩耗性が損なわれます。
d。脆性は骨折リスクを高めます
硬化した鋼は、そのマルテンサイト構造のためにすでに脆くなっています。溶接はこれを悪化させます：
•HAZは、新しいマルテンサイトまたは炭化物層からさらに脆くなります（鋼が高-炭素が高い場合）。
•ストレス下で曲がる延性金属とは異なり、この脆性領域は突然負荷の下で骨折し、壊滅的な故障につながる可能性があります。
3.硬化した鋼を溶接する方法はありますか？
硬化鋼の溶接は不可能ではありませんが、損傷を最小限に抑えるために特殊な技術が必要です{-であっても、結果はめったに完璧ではありません。一般的な回避策は次のとおりです。
•鋼を予熱します：溶接が溶接が遅くなる前に、部品全体を200〜300度に加熱し、マルテンサイトの形成と応力を減らします。これは重要ですが、リスクを排除しません。
•低-水素溶接方法：不活性ガスシールドを使用してTIG（ガスタングステンアーク溶接）などのプロセスを選択し、水素吸収を減らすために低-水素電極を使用します。
•POST -溶接熱処理（PWHT）：溶接後、200〜300度に加熱してゆっくりと冷却して鋼を和らげます。これにより、ストレスが軽減され、過剰なマルテンサイトが柔らかくなりますが、鋼の全体的な硬度も低下します。
•溶接を完全に避けてください：多くの場合、アニールされた（ソフト）スチールから部品を機械加工し、最初に溶接してから、その後硬化させることをお勧めします。これにより、硬化した構造が損傷しないようにします。
4.なぜ硬化鋼の溶接を避ける方が良いのか
予防策があっても、硬化した鋼の溶接が材料を元の特性に復元することはめったにありません。
•特に、ツールや構造部品などの高-ストレスアプリケーションでは、亀裂が依然として形成される場合があります。
•HAZは常に一貫性のない硬度を持ち、成分を弱めます。
•予熱、特殊な機器、ポスト-溶接治療の時間とコストは、しばしば利点を上回ります。
結論
溶接がマルテンサイトの微細構造を破壊し、内部応力を発生させ、水素を導入し、ひび割れまたは硬度の損失を引き起こすため、硬化鋼は溶接するのが非常に困難です。限られている特殊な技術はリスクを減らすことができますが、元の鋼と同じくらい信頼できるジョイントを生成することはめったにありません。このため、絶対に必要な-でない限り、硬化鋼の溶接は一般に推奨されません。それでも、専門家のスキルと慎重な計画が必要です。ほとんどの場合、硬化前の溶接（鋼がまだ柔らかい場合）は、はるかに安全な代替品です。