Общие сведения. Металлы, как материалы, обладают комплексом ценных для строительной техники свойств - большой прочностью

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Металлы, как материалы, обладают комплексом ценных для строительной техники свойств - большой прочностью, пластично­стью, свариваемостью, выносливостью; способностью упрочняться и улучшать другие свойства при термомеханических и химических воздействиях. Этим обуславливается их широкое применение в строительстве и других областях техники. В чистом виде металлы, вследствие недостаточной прочности, твердости и высокой пластич­ности применяются редко. Главным образом они используются в виде сплавов с другими металлами и неметаллами, например, углеро­дом. Железо и его сплавы (сталь С до 2,14%, чугун С > 2,14%) назы­вают черными металлами, остальные (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Мn. Ni, Cu, Zn и др.) и их сплавы - цветными. Наибольшее применение в строительстве имеют черные металлы. Стоимость их значительно ниже цветных. Однако последние обладают рядом ценных свойств: высокой удельной прочностью, пластичностью, коррозионной стой­костью и декоративностью, расширяющими области их применения в строительстве, в первую очередь архитектурно-строительных деталей и конструкций из алюминия.

Сырьем для получения черных металлов служат руды железа, представленные минералами класса оксидов - магнетитом (FeFe₂O₄), гематитом (Fe₂O₃), хромитом (FeCrO₄) и др. Для производства цвет­ных металлов используются бокситы; сульфидные и карбонатные руды меди, никеля, цинка и др.

2 Классификация металлов и сплавов.

- Черные металлы и сплавы

- сталь

- чугун

- Цветные металлы и сплавы

- редкие (титан, вольфрам, молибден, цирконий и др.)

- легкие

- магний

- алюминий (дюралюминий, силумин)

- тяжелые

- олово

- цинк

- ртуть

- свинец

- медь (бронза, латунь)

3 Атомно – кристаллическое строение металлов

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть аморфная или кристаллическая.

Аморфное состояние (греч. — бесформенный) — состояние твёрдого вещества, в котором, в отли­чие от кристаллического. состояния, молекулы располо­жены беспорядочно и вещество изотропно, т. е. имеет одинаковые физические свойства по всем направлениям; кро­ме того, отсутствует четко выраженная температура плавления. Аморфные тела бывают природные (ян­тарь и др. смолы) и искусственные, (стекло, пластмассы).

Особенностью кристаллического вещества является опреде­ленная температура плавления (при постоянном давлении) и оп­ределенная геометрическая форма кристаллов каждой его моди­фикации. Свойства монокристаллов неодинаковы в разных направле­ниях. Это явление анизотропии яв­ляется следствием особенностей внутреннего строения кристал­лов.

Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества.

Все металлы и сплавы при переходе из жидкого состояния в твердое образуют кристаллическую структуру.

Установлено, что атомы всех металлов находятся в определенном порядке, образуя пространственную решетку. Таких кристаллических систем установлено семь.

Рис. 1. Кристаллические системы:

а — кубическая, б — тетрагональная, в — гексагональная, г — ромбическая, д — ромбоэдрическая, е — моноклинная, ж - триклинная.

Атомы в них расположены закономерно в узлах кристаллической решетки. Связь в металлах и сплавах электростатическая, обусловленная силами притяжения и отталкивания между положительно заряженными ионами (атомами) в узлах кристаллической решетки и отрицательными. Атомы в решетке стремятся занять положение, соответствующее минимуму ее энергии, образуя плотнейшие упаков­ки - кубическую объемно - и гранецентрированную и гексагональную. В кубической объемно-центрированной ре­шетке кристаллизуются К, Na, Li, α-Fe, Mo, W, V, Cr, Ba и др.; куби­ческой гранецентрированной - Ni, Ag, Au, Pt, Cu, γ-Fe; в гексагональной - Mg, Cd, Ru, Be, α-Ti, α-Zn и др.

Многие металлы в зависимости от температуры претерпевают структурные изменения кристалличе­ской решетки. Так желе­зо при температуре ниже 910°С и выше 1392°С имеет объемно-центрированную упаковку ато­мов и обозначается α-Fe; в промежутке ука­занных температур кри­сталлическая решетка железа перестраивается в гранецентрированную и обозначается γ-Fe

Перекристаллизация сопровождается выделе­нием тепла при охлажде­нии и поглощением при нагревании.

Примеры элементарных кристаллических решетокметала: а - объемноцентрированная кубическая, б - гранецентрированная кубическая, в – гексагональная.

Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоя­щие из большого числа мелких кристаллов неправильной формы. В отличие от кристаллов правильной формы их называют кристаллита­ми или зернами. Кристаллиты различно ориентированы, поэтому во всех направлениях свойства металлов более или менее одинаковы, т.е. поликристаллические тела изотропны. Однако при одинаковой ориентации кристаллитов такой мнимой изотропности наблюдаться не будет. Кристаллическая решетка металлов и сплавов далека от идеального строения. В ней имеются дефекты - вакансии и дислока­ции.

СТАЛИ

Стали— сплав железа с углеродом, где углерода до 2,14%. Кроме углерода в стали обычно содержатся: магний (Mn) до 0,8%, кремний (Si) до 0,4%, фосфор (Р) до 0,7% и сера (S) до 0,06%.­­­

Классификация стали:

ðпо способу производства;

ðпо химическому составу;

ðпо назначению;

ðпо структуре;

ðпо качеству.

По способу производства стали бывают:

а) мартеновские;

б) конверторные;

в) электростали.

По химическому составу стали бывают:

а) углеродистые;

б) углеродистолегированные.

I группа: Примеси (от которых желают избавиться, их специально не вводят).

II группа: Легирующие элементы (специально вводятся в сталь для придания определенных свойств).

Углеродистые стали бывают низкоуглеродистые (углерод (С) до 0,25%), среднеуглеродистые (углерод (С) 0,25 - 0,6%), высокоуглеродистые (углерод (С) свыше 0,6%).

Углерод является основным компонентом, который определяет свойства стали.

Легированные, кроме углерода, имеют компоненты, которые вводят в сталь специально.

А – в конце марки – обозначает качество, в середине марки – процентное содержание азота.

Низколегированные стали — сумма всех легирующих компонентов до 4%.

Среднелегированные стали — сумма всех легирующих компонентов от 4 до 10%.

Высоколегированные стали — сумма всех легирующих компонентов свыше 10%.

По назначению стали делятся на три основные группы:

а) конструкционные;

б) инструментальные;

в) стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали: строительные, машиностроительные, котельные, литейные стали.

Инструментальные стали используются для изготовления инструментов (сверла, резцы и т. д.).

Стали с особыми свойствами используют в тех отраслях, где требуются особые физические, химические или механические свойства (коррозионностойкие, жаропрочные – для паровых котлов, турбин; они долго не теряют своих свойств при высоких температурах, электротехнические – большая магнитопроводимость).

По структуре стали бывают:

а) перлитные;

б) ферритные;

в) мартенситные;

г) аустенитные и т. д.

При классификации стали по качеству учитывается, главным образом, содержание в стали вредных примесей и однородность сплавов. Качество стали не зависит от наличия и количества в ней специальных элементов, т. к. химический состав определяет свойства, а не качества.

По содержанию вредных примесей стали делятся следующим образом:

ð обыкновенного качества (содержат фосфора – не более 0,07%, серы – не более 0,06%);

ð качественные (фосфора – менее 0,04%, серы – менее 0,04%);

ð высококачественные (А) (фосфора – не более 0,035%, серы – не более 0,03%);

ð особо чистые (АА).

В зависимости от механических свойств при растяжении, все стали, применяемые для сварных конструкций, подразделяются на классы:

С 38/23; С 44/29; С 46/33; С 52/40; С 70/45; С 80/60; С 85/72.

По прочностным показателям все стали условно делятся на три группы:

Маркировка стали:

1.Стали обыкновенного качества.

Сталь В Ст 3 пс - 3

В — группы индексов, которые означают поставку стали под заказ (А, Б, В).

А – поставляется только по механическим свойствам;

Б – поставляется только по химическим свойствам;

В – поставляется и по механическим свойствам, и по химическому составу.

Ст — сталь.

3 — номер стали (информирует о процентном содержании углерода).

Ст 2 — 0,09 – 0,15%

Ст 3 — 0,14 – 0,22%

Ст 5 — 0,22 – 0,37%

пс — группа раскисленности стали. При этом в сталь вводят компоненты-раскислители: кремний (Si) или марганец (Mn).

Mn + Fe O → Fe + Mn O

кп — кипящая сталь (Mn до 0,07%);

пс — полуспокойная сталь (Mn от 0,07 до 0,12%);

сп — спокойная сталь (Mn свыше 0,12%).

3 — группа показателей или гарантируемых характеристик.

	В Ст 2, В Ст 3, В Ст 5	В Ст 3
Химический состав	+	+	+	+	+	+
Время сопротивления предела прочности	+	+	+	+	+	+
Предел текучести	–	+	+	+	+	+
Относительное удлинение изгиба ()	+	+	+	+	+	+
Изгиб в холодном состоянии	+	+	+	+	+	+
Ударная вязкость + 20 - 20	– –	– –	+ –	– +	– +	– –
После механического старения	–	–	–	–	+	+

2. Качественной стали.

Сталь 45 (Углерода — 0,45%)

Сталь 08 Х 18 Н 10 Т

08 — Углерода – 0,08%;

Х 18 —Хрома – 18%;

Н 10 — Никеля – 10%;

Т — Титана ≈ 1%.

Или, например: М 1 (Молибден ≈ 1-1,5%), 08 ГА (Углерод – 0,08%, Г – марганец ≈ 1%, А – повышенного качества), 08 АГ (Углерод – 0,08%, А – азот ≈ 1%, марганец ≈ 1%).

3. Инструментальные стали.

У 8 А

У — инструментальная;

8 — 0,8% углерода;

А — повышенного качества.

Р 9 — вольфрам (W) ≈ 9% — сверла;

Р 18 — W ≈ 18% — сверла;

Х В Г — 0,1% углерода.

Победитовые резцы: Т15 К6 — титан (Тi) 15%, кобальт (Со) 6%, В К8 — Ti – 1%, Co – 8%, ТТ 15 К6 — тантал (Та) 1%, Тi – 15%, Со – 6% (порошковая металлургия).

Влияние компонентов на свойства стали:

«++» - значительно увеличивает;

«+» - увеличивает;

«0» - не влияет;

«–» - уменьшает;

«– –» - значительно уменьшает.

Чугун

Наиболее широкое распространение в промышленной практике получили чугуны: белые (при содержании С до 4 % в виде цементита); серые (при содержании С 2,5—3,7 %, при этом до 0,9 % углерода находится в химически связанном в желе­зом состоянии, остальная часть углерода содержится в виде график); высокопроч­ные (получаются из серою чугуна путем его обработки в жидком состоянии неболь­шими количествами Mg или другими элементами); ковкие (получаются путем специаль­ного отжига белого чугуна); антифрикционные (применяются в подшипниковых узлax трения); легированные (в состав которых входя: Ni, Мо, Сг, Си W V А1 Ti и др.)

Стандартные марки серых чугунов обозначаются по ГОСТ 1412—79 буквами С—серый и Ч — чугун. После букв следует число, означающее предел прочности при растяжении (кгс/мм²). По ГОСТ 1412—70 в марке чугуна добавлялось второе число — предел прочности при испытании на изгиб (кгс/мм²) Пример услов­ного обозначения отливки из серого чугуна марки СЧ 25;

СЧ 25 ГОСТ 1412—79

Стандартные марки ковких чугунов обозначаются буквами К — ковкий, Ч — чугун После букв следуют числа. Первое представляет собой предел прочности при растяжении в (кгс/мм²), второе— относительное удлинение (%) на­пример:

КЧ 30-6 ГОСТ 1215—79.

Стандартные марки высокопрочных чугунов обозначаются бук­вами В — высокопрочный, Ч — чугун После букв следуют числа — такие же, как и при обозначении марок ковких чугунов: первое число — предел прочности при растяжении (кгс/мм²), второе — относительное удлинение (%). Пример условного обозначения отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом марки

Отливка В Ч 60-2 ГОСТ 7293—79.

Стандартные марки антифрикционных чугунов обозначаются гремя буквами. Буквенная часть марок означает: АЧ — антифрикционный чугун С — серый чугун (с пластинчатым графитом), К — ковкий (с компактным графитом), В — высокопрочный (с шаровидным графитом). Пример условного обозначения от­ливки из антифрикционного чугуна марки АЧС-5:

Отливка АЧС-5 ГОСТ 1585—79.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 250; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!