Termomehanička obrada metala i legura. Termomehanička obrada Svrha i vrste termičke obrade

22.11.2021

SP 16.13330.2011 Čelične konstrukcije;SP 128.13330.2012 Aluminijske konstrukcije;

1. Opće informacije

Metali, kao materijali, imaju kompleks svojstava vrijednih za građevinsku opremu - visoka čvrstoća, duktilnost, zavarljivost, izdržljivost; sposobnost stvrdnjavanja i poboljšanja drugih svojstava pod termomehaničkim i hemijskim uticajima.

To je razlog njihove široke primjene u građevinarstvu i drugim oblastima tehnologije.

U svom čistom obliku, metali se rijetko koriste zbog nedovoljne čvrstoće, tvrdoće i visoke duktilnosti. Uglavnom se koriste kao legure sa drugim metalima i nemetalima, kao što je ugljenik.

Gvožđe i njegove legure (čelik C2,14%, liveno gvožđe C>2,14%) nazivaju se crnim metalima, ostatak (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, itd.) i njihove legure - obojene.

U građevinarstvu se najčešće koriste crni metali.

Njihov trošak je mnogo niži od obojenih.

Međutim, potonji imaju niz vrijednih svojstava - visoku specifičnu čvrstoću, duktilnost, otpornost na koroziju i dekorativni učinak, čime se proširuje obim njihove primjene u građevinarstvu, prvenstveno arhitektonsko-građevinskim dijelovima i konstrukcijama od aluminija.

Klasifikacija metala

Sirovina za proizvodnju crnih metala su željezne rude, predstavljene mineralima oksidne klase - magnetit (FeFeO), hematit (FeO), hromit (FeCrO) itd.

Za proizvodnju obojenih metala koriste se boksiti; sulfidne i karbonatne rude bakra, nikla, cinka itd.

2. Atomsko-kristalna struktura metala

Metali i legure u čvrstom stanju su kristalna tijela.

Atomi u njima nalaze se pravilno u čvorovima kristalne rešetke i vibriraju frekvencijom od oko 10 Hz.

Veza u metalima i legurama je elektrostatička, zbog sila privlačenja i odbijanja između pozitivno nabijenih jona (atoma) u čvorovima kristalne rešetke i putujućih elektrona provodljivosti, čija je gustina 10-10 elektrona po 1 cm, što desetine hiljada puta veći od sadržaja atoma i molekula u vazduhu.

Elektromagnetna, optička, termička i druga svojstva metala zavise od specifičnih svojstava provodnih elektrona.

Atomi u rešetki imaju tendenciju da zauzmu poziciju koja odgovara minimumu njene energije, formirajući najgušća pakovanja - kubnog volumena, centrirana lica i heksagonalna.

Koordinacioni brojevi (gustina pakovanja) kristalnih rešetki. a)kubično centriran (K 12); b) usredsređen na telo (K8);c) heksagonalni (K 12)

Gustoću pakiranja karakterizira koordinacijski broj, koji predstavlja broj susjednih atoma koji su na jednakoj i najmanjoj udaljenosti od datog atoma.

Što je broj veći, to je pakovanje gušće.

Za kubično pakovanje u centru tela, jednako je 8 (K8); lice centar - 12 (K12); heksagonalni - takođe 12 (K12).

Udaljenost između centara najbližih atoma u rešetki naziva se period rešetke.

Period rešetke za većinu metala je u rasponu od 0,1-0,7 nm.

Mnogi metali, ovisno o temperaturi, prolaze kroz strukturne promjene u kristalnoj rešetki.

Dakle, gvožđe na temperaturama ispod 910°C i iznad 1392°C ima telo-centrirano pakovanje atoma sa periodom rešetke od 0,286 nm i označeno je -Fe; u opsegu ovih temperatura, kristalna rešetka gvožđa je preuređena u lice centriranu sa periodom od 0,364 nm, i označena je -Fe.

Rekristalizacija je praćena oslobađanjem toplote tokom hlađenja i apsorpcijom tokom zagrevanja, što je zabeleženo na dijagramima duž horizontalnih preseka.

Kriva hlađenja (grijanja) željeza

Metali su polikristalna tijela koja se sastoje od velikog broja malih kristala nepravilnog oblika.

Za razliku od kristala pravilnog oblika, oni se nazivaju kristaliti ili zrna.

Kristaliti su različito orijentisani pa su svojstva metala manje-više ista u svim pravcima, tj. polikristalna tijela su izotropna.

Međutim, za istu orijentaciju kristalita, takva imaginarna izotropija neće se uočiti.

Kristalna rešetka metala i legura daleko je od idealne strukture.

Sadrži nedostatke - prazna mjesta i dislokacije.

3. Osnove proizvodnje željeza i čelika

Liveno gvožde dobiveno u procesu visoke peći na bazi redukcije željeza iz njegovih prirodnih oksida sadržanih u željeznim rudama koksom na visokoj temperaturi.

Koks sagorijeva stvarajući ugljični dioksid.

Prilikom prolaska kroz vrući koks, pretvara se u ugljični monoksid, koji reducira željezo u gornjem dijelu peći prema generaliziranoj shemi: FeOFeOFeOFe.

Spuštajući se u donji vrući dio peći, željezo se topi u dodiru sa koksom i, djelimično ga otapajući, pretvara se u liveno gvožđe.

Gotovo liveno gvožđe sadrži oko 93% gvožđa, do 5% ugljenika i malu količinu nečistoća silicijuma, mangana, fosfora, sumpora i nekih drugih elemenata koji su prešli u liveno gvožđe iz lanca.

U zavisnosti od količine i oblika vezivanja ugljenika i nečistoća sa gvožđem, liveno gvožđe ima različita svojstva, uključujući boju, podeljenu prema ovoj osobini na belu i sivu.

Čelik dobijen od livenog gvožđa uklanjanjem nekog ugljenika i nečistoća iz njega. Postoje tri glavna načina proizvodnje čelika: konverter, otvoreno ložište i električno topljenje.

Konvertor se zasniva na upuhivanju rastopljenog gvožđa u velike konvertorske posude u obliku kruške sa komprimovanim vazduhom.

Kiseonik zraka oksidira nečistoće, pretvarajući ih u šljaku; ugljenik sagorijeva.

Sa niskim sadržajem fosfora u livenom gvožđu, pretvarači su obloženi kiselim vatrostalnim materijalima, na primer, dinasima, sa povećanim sadržajem, baznim, periklaznim vatrostalima.

U skladu s tim, čelik istopljen u njima tradicionalno se naziva Bessemer i Thomas čelik.

Metodu pretvarača karakterizira visoka produktivnost, što je dovelo do njene široke distribucije.

Njegovi nedostaci uključuju povećani metalni otpad, kontaminaciju šljakom i prisustvo mjehurića zraka koji degradiraju kvalitetu čelika.

Upotreba kisika umjesto zraka u kombinaciji s ugljičnim dioksidom i vodenom parom značajno poboljšava kvalitetu konverterskog čelika.

Metoda otvorenog ložišta izvodi se u posebnim pećima u kojima se sirovo željezo spaja zajedno sa željeznom rudom i otpadnim metalom (otpadom).

Izgaranje nečistoća nastaje zbog kisika iz zraka koji ulazi u peć zajedno sa zapaljivim plinovima i željeznom rudom u sastavu oksida.

Sastav čelika dobro je podložan regulaciji, što omogućava dobijanje visokokvalitetnih čelika za kritične strukture u otvorenim pećima.

Električno topljenje je najnapredniji način za dobivanje visokokvalitetnih čelika sa željenim svojstvima, ali zahtijeva povećanu potrošnju električne energije.

Prema načinu napajanja, električne peći se dijele na lučne i indukcijske.

Lučne peći se najčešće koriste u metalurgiji. U električnim pećima se tope posebne vrste čelika - srednje i visoko legirani, alatni, otporni na toplinu, magnetni i drugi.

4. Mehanička svojstva metala

Mehanička svojstva određuju se na osnovu rezultata statičkih, dinamičkih i ispitivanja na zamor (izdržljivost).

Statički testove karakterizira spora i glatka primjena opterećenja. Glavni su: zatezna ispitivanja, tvrdoća i žilavost loma.

Za testovi zatezanjakoristite standardne uzorke sa izračunatom dužinomI= 10 d i površine 11,3 ALI gdje (d i ALI- odnosno, promjer i površina poprečnog presjeka uzorka dugih proizvoda okruglog, kvadratnog ili pravokutnog presjeka.

Ispitivanja se izvode na mašinama za ispitivanje zatezanja sa automatskim snimanjem dijagrama zatezanja.

Slika 4 prikazuje takav dijagram za srednje ugljični čelik.

Curve 1 karakterizira ponašanje metala pod djelovanjem uvjetnih naprezanja =R/A i kriva 2 - pod dejstvom pravih napona, S=R/A, (gdje ALI i ALI- odnosno, površina poprečnog presjeka uzorka prije ispitivanja i u svakoj fazi opterećenja do loma).

Obično koriste dijagram uvjetnog naprezanja, iako je kriva objektivnija2.

Dijagrami zatezanja metala: a) za uslovne (pune linije) i prave (isprekidane linije) napone; / - područje elastične deformacije;// - ista plastika; /// - područje razvoja pukotina; b) uslovno istinita naprezanja

Granica elastičnosti je određena naprezanjem pri kojem deformacija trajnog istezanja ne prelazi 0,05%.

Tačku tečenja karakterizira uvjetna granica popuštanja, pri kojoj zaostala deformacija ne prelazi 0,2%.

Fizička granica popuštanja odgovara naprezanju pri kojem se uzorak deformiše bez daljnjeg povećanja opterećenja.

Za materijale koji su krhki pri ispitivanju zatezanja, koriste se statička tlačna ispitivanja (za lijevano željezo), ispitivanja na torziju (za kaljene i konstrukcijske čelike) i ispitivanja savijanja (za odljevke od sivog i nodularnog lijeva).

Tvrdoćametali ispituju se utiskivanjem čelične kugle, dijamantskog konusa ili piramide u nju pod određenim opterećenjem i procjenjuju se količinom proizvedene plastične deformacije (otiska).

Ovisno o vrsti vrha koji se koristi i kriteriju procjene razlikuju se tvrdoća po Brinell, Rockwell i Vickers.

Šema za određivanje tvrdoće . a) prema Brinellu; b) prema Rockwellu; c) prema Vickersu

Vickersova tvrdoća je označena kao HV 5, HV 10 itd. Što su metal i legura tanji i tvrđi, ispitno opterećenje bi trebalo biti niže.

Za određivanje mikrotvrdoće malih proizvoda i strukturnih komponenti metala, Vickersova metoda se također koristi u kombinaciji s metalografskim mikroskopom.

Ispitivanje žilavosti loma metala provodi se na standardnim zarezanim uzorcima sa savijanjem u tri tačke.

Metoda omogućava procjenu otpornosti metala na širenje, a ne na nastanak pukotine ili defekta nalik pukotini bilo kojeg porijekla, koji je uvijek prisutan u metalu.

Žilavost loma se procjenjuje parametromDO,koji predstavlja faktor intenziteta naprezanja ili lokalno povećanje vlačnih napona (MPa) na vrhu prsline.

dinamičan provode se ispitivanja metala na udarno savijanje naizmjeničnim cikličnim opterećenjem. Za savijanje na udar, ispituju se metalni uzorci dimenzija (1x1x5,5) 10 m sa koncentratorom naprezanja (zarez) u sredini

Ispitivanje se izvodi na udarnom testeru klatna. Otpornost metala na udarno savijanje naziva se udarna čvrstoća i označavaKCU, KV i KST(gde KSje simbol za snagu udarca, iU, V i T -vrsta i veličina koncentratora napona).

Otpornost metala na ciklično opterećenje karakterizira maksimalni napon koji metal može izdržati bez razaranja za određeni broj ciklusa i naziva se granica izdržljivosti. Primijenite simetrične i asimetrične cikluse opterećenja.

Granica izdržljivosti naglo se smanjuje u prisustvu koncentratora stresa.

5. Kristalizacija i fazni sastav legura gvožđa i ugljenika

Kristalizacija se razvija samo kada je metal prehlađen ispod ravnotežne temperature.

Proces kristalizacije počinje formiranjem kristalnih jezgara (kristalizacijskih centara) i nastavlja se njihovim rastom.

U zavisnosti od uslova kristalizacije (brzina hlađenja, vrste i količine nečistoća), formiraju se kristali različitih veličina od 10 do 10 nm pravilnog i nepravilnog oblika.

U legurama, ovisno o stanju, razlikuju se sljedeće faze: tekući i čvrsti rastvori, hemijska i intermedijarna jedinjenja (intersticijske faze, elektronska jedinjenja itd.).

Faza je fizički i hemijski homogeni deo sistema (metala ili legure) koji ima isti sastav, strukturu, isto agregatno stanje i odvojen je od ostatka sistema razdelnom površinom.

Dakle, tečni metal je jednofazni sistem, a mešavina dva različita kristala ili istovremeno postojanje tečnog rastapa i kristala su dvofazni i trofazni sistemi.

Supstance koje formiraju legure nazivaju se komponentama

Čvrsti rastvori su faze u kojima jedna od komponenti legure zadržava svoju kristalnu rešetku, dok se atomi druge ili druge komponente nalaze u kristalnoj rešetki prve komponente (rastvarača), menjajući njene dimenzije (periode).

Postoje čvrsta rješenja supstitucije i intersticija.

U prvom slučaju, atomi otopljene komponente zamjenjuju neke od atoma rastvarača na mjestima njene kristalne rešetke; u drugom se nalaze u međuprostorima (prazninama) kristalne rešetke rastvarača iu onima od njih gdje ima više slobodnog prostora.

U supstitucijskim rješenjima, period rešetke se može povećati ili smanjiti ovisno o odnosu atomskih radijusa otapala i otopljene komponente; u embedding rješenjima - uvijek povećati.

Intersticijske čvrste otopine nastaju samo u slučajevima kada su promjeri atoma otopljene komponente mali.

Na primjer, u željezu, molibdenu, kromu, ugljiku, dušiku i vodiku mogu se otopiti i formirati međuprostorne čvrste otopine. Takve otopine imaju ograničenu koncentraciju, jer je broj pora u rešetki otapala ograničen.

6. Modifikacija strukture i svojstava čelika

Svojstvo legura gvožđe-ugljenik da doživljavaju fazne transformacije tokom kristalizacije i ponovnog zagrevanja-hlađenja, da menjaju strukturu i svojstva pod uticajem termomehaničkih i hemijskih uticaja i primesa modifikatora ima široku primenu u metalurgiji za dobijanje metala sa željenim svojstvima.

Prilikom izrade i projektovanja čeličnih i armirano-betonskih konstrukcija zgrada i objekata, tehnološke opreme i mašina (autoklavi, peći, mlinovi, tlačni i beztlačni cjevovodi za različite namjene, metalni kalupi za izradu građevinskih proizvoda, građevinske mašine i dr.) , potrebno je voditi računa o klimatskim, tehnološkim i vanrednim uslovima njihovog rada.

Niske negativne temperature snižavaju prag hladnokrtosti, udarnu čvrstoću i žilavost loma.

Povišena temperatura smanjuje modul elastičnosti, vlačnu čvrstoću, granicu tečenja, što se jasno manifestuje, na primjer, tokom požara

Na 600 °C čelik, a na 200 °C legure aluminija potpuno prelaze u plastično stanje, a konstrukcije pod opterećenjem gube stabilnost.

Zbog toga nezaštićene metalne konstrukcije imaju relativno malu otpornost na vatru.

Tehnološka oprema - kotlovi, cjevovodi, autoklavi, metalni kalupi, kao i armatura armiranobetonskih konstrukcija, konstantno podvrgnutih cikličkom grijanju i hlađenju u temperaturnom rasponu od 20-200°C i više tokom procesa proizvodnje, doživljavaju termičko starenje i niske temperature. -temperaturno kaljenje, često pogoršano korozijom, što je potrebno uzeti u obzir pri odabiru vrsta čelika za specifične namjene.

Glavne metode modifikacije strukture i svojstava čelika koji se koriste u metalurgiji su:

Unošenje u rastopljeni metal supstanci koje formiraju vatrostalne spojeve, koji su centri kristalizacije;

Uvođenje legirajućih elemenata koji povećavaju čvrstoću kristalnih rešetki ferita i austenita, usporavajući difuzijske procese oslobađanja ugljika i karbida i kretanje dislokacija;

Termička i termomehanička obrada čelika.

Usmjereni su uglavnom na mljevenje zrna ohlađenog čelika, oslobađanje zaostalih naprezanja i povećanje njegove kemijske i fizičke homogenosti.

Kao rezultat, povećava se kaljivost čelika; Smanjuje se tvrdoća, prag hladnokrhkosti, lomljivost na temperaturu, sklonost termičkom i deformacijskom starenju, poboljšavaju se plastična svojstva čelika.

Specifične karakteristike ovih metoda su razmotrene u nastavku.

Legirajući elementi se uvode u konstrukcijske čelike.

Kao elementi koji formiraju karbide, oni istovremeno služe kao modifikatorski aditivi koji osiguravaju nukleaciju i rafinaciju čeličnih zrnaca tokom kristalizacije taline.

Kod legiranih čelika, vrsta i sadržaj legirajućih elemenata označeni su slovima i brojevima desno od slova.

Oni ukazuju na približan sadržaj (%) legirajućeg elementa; odsustvo brojki znači da ne prelazi 1,5%.

Prihvaćene oznake legirajućih elemenata: A – azot, B – niobij, C – volfram, D – mangan, D – bakar, E – selen, K – kobalt, H – nikal, M – molibden, P – fosfor, P – bor, C - silicijum, T - titanijum, F - vanadijum, X - hrom, C - cirkonijum, H - retka zemlja, Yu - aluminijum.

Legirajući elementi, rastvarajući se u feritu i austenitu, smanjuju veličinu zrna i čestice karbidne faze.

Nalazeći se duž granica zrna, onemogućavaju njihov rast, difuziju ugljika i drugih legirajućih elemenata i povećavaju otpornost austenita na prehlađenje.

Stoga niskolegirani čelici imaju finozrnatu strukturu i bolje pokazatelje kvalitete.

Termička i termomehanička obrada uobičajeni su načini za modificiranje strukture i poboljšanje svojstava čelika.

Postoje sljedeće vrste njih: žarenje, normalizacija, kaljenje i kaljenje. Žarenje uključuje procese homogenizacije, rekristalizacije i uklanjanja zaostalih naprezanja.

Temperaturni rasponi za različite vrste žarenja: 1 - homogenizacija; 2 - niskotemperaturno rekristalizaciono žarenje (visoko kaljenje) radi smanjenja tvrdoće; 3 - žarenje (kaljenje) za ublažavanje naprezanja; 4 - potpuno žarenje sa faznom rekristalizacijom; 5, 6 - normalizacija sub- i hipereutektoidnog čelika; 7 - sferoidizacija; 8 - nepotpuno žarenje hipoeutektoidnog čelika

Ingoti od legiranog čelika se podvrgavaju homogenizaciji na 1100–1200 °C u trajanju od 15–20 h kako bi se izjednačio hemijski sastav, smanjila dendritična i intrakristalna segregacija, koja uzrokuje krhki lom prilikom obrade pod pritiskom, anizotropiju svojstava, formiranje jata i krupnozrnasta struktura.

Rekristalizacijsko žarenje se koristi za uklanjanje otvrdnjavanja deformiranog metala zagrijavanjem iznad temperature praga rekristalizacije, namakanjem na ovoj temperaturi i hlađenjem.

Postoje hladne i tople (tople) deformacije.

Hladno se provodi na temperaturi ispod praga rekristalizacije, a vruće - iznad.

Rekristalizacija tokom hladne deformacije naziva se statička, a za vreme vruće - dinamička, koju karakteriše zaostalo „otvrdnjavanje vrućim radom“, korisno za kaljenje od zagrevanja valjanjem.

Žarenje radi uklanjanja zaostalih naprezanja izvodi se na 550...650 °C nekoliko sati. Sprječava savijanje zavarenih proizvoda nakon rezanja, ravnanja itd.

Normalizacija omogućava zagrijavanje dugih proizvoda na - i hipereutektoidni konstrukcijski čelik, kratko izlaganje i hlađenje na zraku.

Izaziva potpunu faznu rekristalizaciju čelika, ublažava unutrašnja naprezanja, povećava duktilnost i udarnu čvrstoću.

Ubrzano hlađenje na zraku dovodi do raspada austenita na nižim temperaturama.

Normalizacija se široko koristi za poboljšanje svojstava niskougljičnih građevinskih čelika, zamjenjujući žarenje. Za srednje ugljične i legirane čelike, kombinuje se sa visokim kaljenjem na temperaturama ispod praga rekristalizacije.

Kaljenje i kaljenje omogućavaju poboljšanje čvrstoće i plastično-viskoznih svojstava čelika, smanjenje praga hladnokrtosti i osjetljivosti na koncentratore naprezanja.

Stvrdnjavanje se sastoji u zagrijavanju čelika, držanju dok se čelik potpuno ne austenitizira i hlađenju brzinom koja osigurava prijelaz austenita u martenzit.

Zbog toga je kristalna rešetka martenzita jako izobličena i doživljava naprezanja zbog strukturnih karakteristika i povećanja specifične zapremine martenzita u odnosu na austenit za 4...4,25%.

Martenzit je krhak, tvrd i jak. Međutim, dovoljno potpuna martenzitna transformacija moguća je samo za visokougljične i legirane čelike, koji imaju povećanu stabilnost prehlađenog austenita.

U niskougljičnim i niskolegiranim konstrukcionim građevinskim čelicima on je malen i stoga se prilikom kaljenja, čak i pri brzom hlađenju vodom, martenzit ili ne formira, ili se formira u manjoj količini u kombinaciji s bainitom.

Brzim hlađenjem niskougljičnih građevinskih čelika (C0,25%) (gašenje od zagrijavanja kotrljanjem), austenit se razgrađuje i nastaje visoko dispergirana feritno-cementitna struktura perlit-sorbita i troostita ili niskougljičnog martenzita i cementita.

Ova struktura se naziva bainit.

Ima povećanu snagu, tvrdoću i izdržljivost u odnosu na produkte raspadanja austenita u perlitnom području - sorbitol i proostit, uz održavanje visoke plastičnosti, viskoznosti i smanjenog praga hladnog kapaciteta.

Stvrdnjavanje čelika kaljenjem od zagrijavanja valjanjem je posljedica činjenice da je dinamička rekristalizacija tijekom zagrijavanja valjanjem nepotpuna i bainit nasljeđuje veliku gustoću dislokacija nastalih u deformiranom austenitu.

Kombinacija plastične deformacije čelika u austenitnom stanju s kaljenjem i kaljenjem može značajno povećati njegovu čvrstoću, duktilnost i žilavost, eliminirati sklonost kaljenju krhkosti, koja se uočava tijekom srednjetemperaturnog kaljenja legiranog čelika na 300...400 ° C.

Kaljenje je završna operacija termičke obrade čelika, nakon koje dobija tražena svojstva.

Sastoji se od zagrijavanja kaljenog čelika, održavanja na određenoj temperaturi i hlađenja određenom brzinom.

Svrha kaljenja je smanjenje nivoa unutrašnjih naprezanja i povećanje otpornosti na uništavanje.

Postoje tri njegove vrste: niskotemperaturni (niski) sa zagrijavanjem do 250 °C; srednjetemperaturni (srednji) sa zagrevanjem u opsegu od 350-500 °C i visokotemperaturni (visoki) sa zagrevanjem na 500-600 °C.

Starenje ugljičnog čelika se očituje u promjeni njegovih svojstava tokom vremena bez primjetne promjene u mikrostrukturi.

Povećava se prag čvrstoće i hladnokrtosti, smanjuje se plastičnost i udarna čvrstoća.

Postoje dvije vrste starenja – termičko i deformacijsko (mehaničko).

Deformacijsko (mehaničko) starenje se nastavlja nakon plastične deformacije na temperaturi ispod praga rekristalizacije.

Glavni razlog za ovu vrstu starenja je i nakupljanje C i N atoma na dislokacijama, što otežava njihovo kretanje.

Graditelji se susreću sa činjenicama lomljivosti i starenja čelika prilikom elektrotermalne metode zatezanja armature u procesu izrade prednapregnutih armiranobetonskih konstrukcija.

7. Liveno gvožđe

Kao što je gore spomenuto, legure gvožđa i ugljenika koje sadrže više od 2,14% C nazivaju se liveno gvožđe.

Prisutnost eutektika u strukturi lijevanog željeza određuje njegovu upotrebu isključivo kao legure za livenje. Ugljik u livenom gvožđu može biti u obliku cementita i grafita, ili oboje.

Cementit daje lomu svijetlu boju i karakterističan sjaj; grafit - siva boja bez sjaja.

Lijevano željezo, u kojem je sav ugljik u obliku cementita, naziva se bijelim, a u obliku cementita i slobodnog grafita - sivim.

U zavisnosti od oblika grafita i uslova njegovog nastanka, razlikuju se: sivi, visokočvrsti sa nodularnim grafitom i kovani liveni gvožđe.

Na fazni sastav i svojstva livenog gvožđa presudno utiču sadržaj ugljenika, silicijuma i drugih nečistoća u njemu, kao i način hlađenja i žarenja.

Utjecaj sadržaja ugljika i silicija na strukturu lijevanog željeza (zasjenjeno područje - najčešći liveni gvožđe):

I - površina od bijelog lijeva; II - pola od livenog gvožđa; III - biserno sivo gvožđe; IV - feritno-perlitno liveno gvožđe; V - feritno sivo liveno gvožđe;L - ledeburit; P - perlit; C - cementit; G - grafit; F - ferit

Bijelo liveno gvožđe ima visoku tvrdoću i čvrstoću (HB 4000-5000 MPa), slabo se obrađuje rezanjem i lomljivo je.

Koristi se kao konverzija na čelik ili nodularno željezo.

Rashlađeni liveni gvožđe ima strukturu od belog livenog gvožđa u površinskom sloju, a sivog liva u jezgru, što proizvodima od njega daje povećanu otpornost na habanje i izdržljivost.

Približan sastav belog livenog gvožđa: C=2,8-3,6%; Si=0,5-0,8%; Mn=0,4-0,6%.

Sivi liv je legura Fe-Si-C, sa neizbežnim primesama Mn, P i S.

Najbolja svojstva imaju hipoeutektički liveni gvožđe koji sadrže 2,4-3,8% C, od čega je deo do 0,7% u obliku cementita.

Silicijum doprinosi grafitizaciji livenog gvožđa, mangan je, naprotiv, sprečava, ali povećava sklonost livenog gvožđa da izbeljuje.

Sumpor je štetna nečistoća koja degradira mehanička i livena svojstva livenog gvožđa.

Fosfor u količini od 0,2-0,5% ne utiče na grafitizaciju, povećava fluidnost, ali povećava lomljivost livenog gvožđa.

Mehanička i plastična svojstva livenog gvožđa određena su njegovom strukturom, uglavnom grafitnom komponentom. Što je manje inkluzija grafita, manji, razgranatiji i izoliraniji jedni od drugih, to je lijevano željezo jači i duktilniji.

Struktura metalne osnove livenog gvožđa je hipoeutektoidni ili eutektoidni čelik, tj. ferit + perlit ili perlit. Najveću čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje ima sivi liv sa perlitnom strukturom metalne baze približnog sastava: C = 3,2-3,4%; Si - 1,4-2,2%; Mn=0,7-1,0%; P, S 0,15-0,2%.

Uticaj metalne osnove i oblika grafitnih inkluzija na mehanička i tehnološka svojstva livenog gvožđa

Fizička i mehanička svojstva livenog gvožđa različitih struktura

Naziv livenog gvožđa	Kvalitet livenog gvožđa	Struktura metalne baze	grafitnog oblika	Tvrdoća HB, MPa	Vlačna čvrstoća, MPa	Relativna ekstenzija, %
Siva	MF-10; SCH-15		Veliki i srednji tanjiri	1200-2400	100-150	-
Siva	MF-18; MF-21; MF-24; MF-25; MF-30; SCH-40	perlit (sorbitol)	Male vrtložne ploče	2550-2900	180-400	-
Veoma izdržljiv	VCh35-22; VCh40-15; VCh45-10	Feritni i feritno-perlitni	sferni	1400-1700; 1400-2020; 1400-2250;
	VCh50-8;	perlit	sferni	1530-2450;
	VCh60-3;			1920-2770;
	VCh70-2;			2280-3020;
	VCh80-2;			2480-3510;
	VCh100-2			2700-3600	1000
Savitljiv	KCh30-6;	feritne	flaky	1630
	KCH33-8
	KCh35-10
	KCH37-12
	KCh50-4;	perlit	flaky	2410-2690
	KCh56-4;
	KCh60-3;
	KCh63-2

Grafitne inkluzije, koje naglo smanjuju vlačnu čvrstoću sivog lijeva, praktički ne utječu na njegovu tlačnu čvrstoću, savijanje i tvrdoću; čine ga neosjetljivim na koncentratore naprezanja, poboljšavaju obradivost.

Sivi liv je označen slovima C - sivi i H - liveno gvožđe.

Brojevi iza njih označavaju prosječnu vlačnu čvrstoću (kg/mm).

Perlitno liveno gvožđe uključuje modifikovano liveno gvožđe razreda SCH30-SCH35, koje sadrži modifikatorske aditive - grafit, ferosilicij, silikokalcijum u količini od 0,3-0,8% itd.

Da bi se smanjila unutrašnja naprezanja, odlivci se žare na 500–600°C, nakon čega slijedi sporo hlađenje.

Modifikacija i žarenje povećavaju duktilnost, žilavost i izdržljivost livenog gvožđa

Uvođenjem sivog livenog gvožđa tokom njegovog topljenja magnezijuma u količini od 0,03-0,07%, grafit u procesu kristalizacije dobija sferni oblik umesto lamelarnog.

Takvo liveno gvožđe ima visoku čvrstoću, uporedivu sa onom od livenog čelika, dobra svojstva livenja i duktilnost, obradivost i otpornost na habanje.

Vrste nodularnog gvožđa označene su slovima i brojevima.

Potonje znači vlačnu čvrstoću (kg/mm) i relativno izduženje (%).

Nodularno gvožđe se dobija dugotrajnim zagrevanjem (žarenjem) odlivaka od belog liva.

Žarenje se izvodi u dva stupnja sa izlaganjem svakom od njih do potpunog raspadanja ledeburita (I stupanj), austenita i cementita (II. stupanj) i stvaranja ferita i grafita.

Potonji se u ovom slučaju ističe u obliku pahuljica, dajući lijevanom željezu visoku duktilnost.

Prelom mu je baršunasto crn.

Ako se hlađenje ubrza, formira se kovno liveno gvožđe sa perlitnom bazom, što smanjuje duktilnost i daje lomu lagan (čelični) izgled. Označite ga na isti način kao i liveno gvožđe visoke čvrstoće.

Izraz "duktilno željezo" je uvjetovan i karakterizira plastiku, a ne tehnološka svojstva lijevanog željeza, jer se proizvodi od njega, kao i od drugih lijevanih željeza, dobivaju lijevanjem, a ne kovanjem.

U građevinarstvu se koriste sve vrste razmatranih livenih gvožđa sa uključcima grafita.

Sivi liveni gvožđe se koriste u konstrukcijama koje rade pod statičkim opterećenjem (stupovi, temeljne ploče, osnovne ploče za rešetke, grede, kanalizacione cevi, šahtovi, ventili); Nodularni i kovni liveni gvožđe povećane čvrstoće, duktilnosti i žilavosti koriste se u konstrukcijama izloženim dinamičkom i vibracijskom opterećenju i habanju (podovi industrijskih zgrada, temelji teške opreme za kovanje i presovanje, rešetkasti nosači železničkih i drumskih mostova, cevi za pričvršćivanje kritičnih transportni tuneli podzemni, u planinama).

8. Obojeni metali

Od obojenih metala najveću primjenu u građevinarstvu ima aluminijum, koji ima visoku specifičnu čvrstoću, duktilnost, otpornost na koroziju i ekonomsku efikasnost.

Srebro, zlato, bakar, cink, titan, magnezijum, kalaj, olovo i drugi uglavnom se koriste kao legirajući aditivi i komponente legura i stoga imaju posebnu i ograničenu upotrebu u građevinarstvu (posebne vrste stakla, unikatni predmeti - spomen-obeležja na Mamajevom Kurganu u Volgograd, na Poklonnoj gori, obelisk u čast osvajanja svemira u Moskvi i drugi, u kojima se široko koriste titanijum, bakar i njihove legure; zaporni i regulacioni ventili i uređaji za vodovod i grejanje, električni sistemi zgrada i strukture).

U svom čistom obliku, obojeni metali, poput željeza, rijetko se koriste zbog svoje niske čvrstoće i tvrdoće.

Aluminijum- srebrno-bijeli metal, gustine 2700 kg/m3 i tačke topljenja 658 °C. Njegova kristalna rešetka je lice centrirana kocka sa periodom od 0,40412 nm.

Prava zrna aluminijuma, kao i zrna gvožđa, imaju blok strukturu i slične defekte - prazna mesta, međuprostorni atomi, dislokacije, granice niskog i visokog ugla između zrna.

Povećanje čvrstoće postiže se legiranjem Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, kao i plastičnom deformacijom (teškim radom), otvrdnjavanjem i starenjem. Sve legure aluminijuma se dele na kovane i livene.

Kovane legure se, pak, dijele natermički očvršćeni i neočvrsnuti .

Toplotno kaljene legure uključuju Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; termički neočvrsli - tehnički aluminijum i dvokomponentne legure Al-Mn i Al-Mg (maglia).

Bakar- glavni legirajući dodatak legura - duralumin, povećava čvrstoću, ali smanjuje duktilnost i antikorozivna svojstva aluminija.

Mangan i magnezij povećavaju snagu i antikorozivna svojstva; silicijum - fluidnost i topljivost, ali pogoršava plastičnost.

Cink, posebno s magnezijem, povećava snagu, ali smanjuje otpornost na koroziju pod stresom.

Da bi poboljšali svojstva aluminijskih legura, unose malu količinu kroma, vanadijuma, titana, cirkonija i drugih elemenata. Gvožđe (0,3-0,7%) je nepoželjna, ali neizbežna nečistoća.

Odnos komponenti u legurama se bira na osnovu uslova za njihovo postizanje nakon termičke obrade i starenja visoke čvrstoće, obradivosti i otpornosti na koroziju.

Legure se označavaju razredima koji imaju alfabetsku i numeričku oznaku koja karakteriše sastav i stanje legure: M - žarena (meka); H - hladno obrađeno; H2 - poluotvrdnuto; T - očvrsnuo i prirodno ostario; T1 - očvrsnuo i vještački ostario; T4 - nije potpuno očvrsnuo i vještački ostario.

Za termički očvršćene legure tipične su tvrdoće i polutvrde; stvrdnjavanje i starenje - za termički očvršćene.

Klase tehničkog aluminijuma: AD, AD1 (A - aluminijum, D - legura duraluminijuma, 1 - karakteriše stepen čistoće aluminijuma - 99,3%; u brendu AD - 98,8 A1); visoke čvrstoće - B95, B96, kovanje - AK6, AK8 (brojevi označavaju ukupan sadržaj glavnih i dodatnih legirajućih elemenata u leguri (%).

Marke termički neočvrslih aluminijskih legura: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M - meki, Mts - mangan, Mg2 - magnezij sa sadržajem od 2% u leguri).

Numerička oznaka razreda legure aluminijuma: 1915, 1915T, M925, 1935T (prva cifra označava osnovu legure - aluminijum; druga - sastav komponenti; 0 - komercijalno čist aluminijum, 1 - Al-Cu-Mg, 3 - Al-Mg-Si, 4 - Al-Mn, 5- Al-Mg, 9 - Al-Mg-Zn; zadnja dva su serijski broj legure u svojoj grupi).

Glavne vrste termičke obrade aluminijskih legura su žarenje, kaljenje i starenje (kaljenje)

Žarenje se odvija bez faznih transformacija i koristi se za ublažavanje naprezanja, homogenizaciju, rekristalizaciju i oporavak.

U potonjem slučaju dolazi do obnavljanja početnih fizičkih i mehaničkih svojstava legure, smanjenja čvrstoće, povećanja duktilnosti i udarne čvrstoće, koji su neophodni u tehnološke svrhe.

9. Čelična armatura za armiranobetonske konstrukcije

Za armiranje armiranobetonskih konstrukcija koristi se šipka i žičana armatura glatkog i periodičnog profila i užad od niskougljičnih i niskolegiranih čelika, kaljenih kaljenjem zagrijavanjem kotrljanjem, hladnom ili toplom deformacijom.

Ovim zahtjevima više odgovara štap visoke čvrstoće (A-1V - AV1; At-1VC (K) - At-V1C (K) itd.), žica (B-II, Vr-II) i uže (K- 7, K-9) armatura s granom tečenja 590-1410 MPa i relativnim izduženjem od 8-14%, respektivno, koja se koristi za izradu prednapregnutih armiranobetonskih konstrukcija.

Istovremeno, uz povećanje čvrstoće i otpornosti konstrukcija na pukotine za 20-30%, smanjuje se potrošnja armaturnog čelika u odnosu na nenapeti A-I (A-240), A-II (A-300) , A-III (A-400) , Vp-I.

Međutim, s gledišta ponašanja u koroziji, armatura visoke čvrstoće, posebno prednapregnuta, potencijalno je ranjivija.

Korozijsko ponašanje armature u betonu karakterizira uglavnom promjena čvrstoće, duktilnosti i prirode njenog loma, kao i dubina korozionog oštećenja (mm/god) ili gubitak težine (g/m dan ili g/m h)

Pasivno stanje armature u betonu, koji je termodinamički sklon reakcijama oksidacije, osigurava visoko alkalna priroda medija (pH12) i dovoljno debeo (0,01-0,035 m) i gust zaštitni sloj betona.

U skladu s teorijom oksidnog filma, pasivno stanje armature u oksidirajućem okruženju nastaje zbog stvaranja tankog oksidnog filma na površini metala.

Potencijal ravnoteže za stvaranje takvog filma je pozitivan i iznosi približno 0,63 V, a željezo u aktivnom stanju je oko -0,4 V.

Čim polarizacija anodnih dijelova metala dosegne potencijal za stvaranje oksidnog filma, gustina struje rastvaranja naglo opada i metal prelazi u pasivno stanje.

Ovaj karakterističan potencijal naziva se Flade potencijal..

Pasiviranje armature u betonu na temperaturi od 20 ± 5 °C završava se za 32-36 sati, ne samo sa čistom površinom, već i sa hrđom.

Međutim, pH vrijednost medija nedvosmisleno karakterizira stanje armature u betonu; u velikoj meri je determinisan prisustvom aktivirajućih jona, koji pomeraju potencijal rastvaranja metala u negativnom smeru; metal tada prelazi u aktivno stanje.

O elektrohemijskom stanju armature u betonu moguće je objektivno suditi samo po njenoj polarizabilnosti, tj. promjena potencijala elektrode i gustine struje.

Ne karakteriziraju svi betoni visoka pH vrijednost.

U autoklaviranim, gipsanim i betonima sa aktivnim mineralnim dodacima od trenutka proizvodnje pH<12.

U takvim betonima, armatura zahtijeva zaštitni premaz.

Depasivacija armature može nastati i u karboniziranom zaštitnom sloju betona (gdje se armatura nalazi), posebno na mjestima pukotina, što se mora uzeti u obzir pri određivanju debljine i gustine zaštitnog sloja, ovisno o vrsti, namjeni, radni uslovi i vijek trajanja armiranobetonskih konstrukcija.

Lokalizirane korozijske lezije metalne površine djeluju slično kao i koncentratori naprezanja.

U duktilnim blagim čelicima, u blizini centara ovih lezija, dolazi do preraspodjele naprezanja, zbog čega se mehanička svojstva čelika praktički ne mijenjaju.

U čelicima visoke čvrstoće niske duktilnosti glatkog i periodičnog profila, na primjer, V-II i Vr-II, koji doživljavaju vlačna naprezanja bliska granici tečenja (i zbog toga su manje podložni anodnoj polarizaciji), lokalna korozija oštećenje uzrokuje veliku koncentraciju slabo relaksirajućih naprezanja i postaje vjerojatnost krtog loma.

Stoga su čelici visoke čvrstoće koji se preporučuju za prednapregnute konstrukcije u pravilu složeno legirani, podvrgnuti termičkoj i termomehaničkoj obradi, normalizaciji i visokom kaljenju, na 600-650 °C.

Uvođenje male količine legirajućih aditiva Cr, Mn, Si, Cu, P, Al i drugih u čelik za armiranje, uz termičku i termomehaničku obradu, značajno poboljšava mehanička i 2-3 puta antikorozivna svojstva čelika.

10. Čelične konstrukcije

Glavni konstruktivni oblici i namjena čeličnih konstrukcija su:industrijske zgrade, okviri i pokrivači velikih raspona javnih zgrada, mostovi i nadvožnjaci, tornjevi i jarboli, vitraži, ispune prozora i vrata, spušteni stropovi i sl.

Primarni elementi građevinskih konstrukcija su:

Čelični lim toplo valjan debljine 4-160 mm, dužine 6-12 m, širine 0,5-3,8 m, isporučuje se u obliku limova i rola; tanko toplo i hladno valjani, debljine do 4 mm u kolutima; univerzalna široka polica debljine 6-60 mm toplo valjana sa obrađenim, poravnatim ivicama;

Profilni čelik - uglovi, kanali, I-grede, T, cijevi itd., od kojih se sastavljaju različiti simetrični presjeci, osiguravajući povećanu stabilnost i ekonomičnost konstrukcija;

Vruće valjane bešavne okrugle cijevi promjera 25-550 mm i debljine stijenke 2,5-75 mm za radio i televizijske stupove;

Cijevi elektrozavarene okrugle, prečnika 8-1620 mm i debljine stijenke 1-16 mm; kvadratnog i pravougaonog presjeka sa stranicama od 60 do 180 mm i debljinom zida od 3 do 8 mm. Cijevi se koriste u konstrukciji lakih krovova, zidova od drveta, vezova, vitraža;

Hladno oblikovani profili izrađeni od trake ili trake debljine 1-8 mm Njihova glavna oblast primjene je lagana, ekonomična izrada građevinskih obloga;

Profili za razne namjene - okviri prozora, vrata i lanterna, kranske šine, pocinčani profili, čelična užad i žica visoke čvrstoće za viseće i kablovske krovove, mostove, jarbole, prednapregnute krovne konstrukcije, cijevi, rezervoare itd.

Glavne vrste valjanih profila. a) čelični lim; b) ugaoni profili; c) kanal; d), e), f) I-grede sa različitim širinama polica; g) I-grede i kanali tankih zidova; h) bešavne i električno zavarene cijevi

Vrste hladno oblikovanih profila od čelične trake ili trake debljine od 1 do 8 mm. a) nejednaki i jednaki uglovi; b) kanali; c) proizvoljna sekcija

Spisak valjanih profila koji označava oblik, dimenzije, masu jedinice i tolerancije naziva se asortiman

Najekonomičniji iu njemu su profili tankih zidova.

Od primarnih elemenata u fabrici se izrađuju fragmenti stubova, kranskih i mostovskih greda, rešetki, greda, lukova, cilindričnih i kukovih krovova i drugih konstrukcija, koji se zatim ukrupnjavaju u blokove i montiraju na gradilištu.

Proizvodnju i ugradnju metalnih konstrukcija obavljaju specijalizirane tvornice i instalaterske organizacije koje osiguravaju visoku produktivnost i kvalitet proizvoda i ugradnje.

Ovisno o namjeni i uvjetima rada metalnih konstrukcija, stepenu odgovornosti zgrada i konstrukcija, preporučuje se korištenje različitih kategorija čelika, uzimajući u obzir njihovu otpornost na hladnoću pri projektnim zimskim vanjskim temperaturama.

Sve vrste konstrukcija podijeljene su u 4 grupe, za koje se zahtjevi i, shodno tome, klase čelika smanjuju od prve do četvrte grupe.

I ako se u prve tri od njih, za glavne kritične konstrukcije, preporučuju uglavnom složeni legirani čelici, dobro zavareni i hladno otporni, onda u četvrtoj grupi za pomoćne konstrukcije - obični čelici VSt3sp (ps) (kp).

Legiranje čelika s malim količinama bakra, fosfora, nikla, hroma (na primjer, čelici prve i druge grupe, 15G2AFDps, 10KhSND, 10KhNDP, 12GN2MFAYu, itd.) Posebno je efikasno za njihovu zaštitu od atmosferske korozije.

Sposobnost niskolegiranih čelika da formiraju guste zaštitne filmove hrđe, koji se sastoje od amorfnog - FeUN, dovela je do stvaranja tzv.

Koriste se za konstrukcije industrijskih zgrada, mostova, nosača i drugih objekata koji rade u atmosferskim uslovima. Cardens ne zahtijevaju farbanje i ne korodiraju tokom cijelog vijeka trajanja konstrukcija. Zaštitna svojstva filma su poboljšana povremenim vlaženjem - sušenjem.

Tipični sastav kartona 0,09% C i P; 0,4% Mn i Cu; 0,8% Cr i 0,3% Ni.

11. Aluminijske konstrukcije

Početak upotrebe aluminijuma u građevinarstvu može se smatrati postavljanjem aluminijumskog vijenca na Life Building u Montrealu 1896. godine i aluminijumskog krova na dva vjerska objekta u Rimu 1897-1903.

Prilikom rekonstrukcije gradskog mosta u Pitsburgu (SAD) 1933. godine, prvi put su noseći elementi kolovoza mosta izrađeni od aluminijumskih kanala i lima, koji su uspešno radili 34 godine.

U domaćoj gradnji, aluminijumske konstrukcije su prvi put korišćene početkom pedesetih godina u opremi istraživačke stanice „Severni pol“ i zgradama penjača na Kavkazu.

Aluminijum se više koristi u inostranstvu, a građevinski sektor koristi do 27% ukupne potrošnje aluminijuma u ovim zemljama.

Proizvodnja aluminijskih građevinskih konstrukcija u njima koncentrirana je u velikim specijaliziranim pogonima kapaciteta 30-40 tisuća tona godišnje, koji osiguravaju proizvodnju različitih visokokvalitetnih proizvoda.

Najefikasniji od njih su:paneli vanjskih zidova i obloge bez okvira, spušteni stropovi, sklopive i limene konstrukcije.

Značajan dio ekonomskog efekta postiže se smanjenjem transportnih i operativnih troškova zbog povećane otpornosti na koroziju i lakoće aluminijskih konstrukcija u odnosu na slične konstrukcije od čelika i armiranog betona.

U nosivim konstrukcijama upotreba aluminija nije ekonomski izvodljiva, s izuzetkom premaza velikog raspona i slučajeva povećane agresivnosti okoline.

To je zbog niskog modula elastičnosti aluminija, zbog čega je potrebno povećati dimenzije presjeka elemenata i samih konstrukcija kako bi im se pružila potrebna krutost i stabilnost.

Istovremeno, čvrstoća aluminijuma je nedovoljno iskorišćena.

Osim toga, aluminij ima smanjenu izdržljivost ciklusa i temperaturnu otpornost u odnosu na čelik.

Ovi nedostaci se mogu prevladati (uzimajući u obzir visoka plastična svojstva aluminija) stvaranjem prostornih struktura, uključujući šipke i viseće konstrukcije, korištenjem savijenih elemenata, štancanja i valovitog lima, koji istovremeno obavljaju funkcije nosivosti zajedno s ogradama.

Aluminijski savijeni profili od lima. a) otvoreni prosti štapovi; b) otvoreni kompleksni štapovi; c) valoviti limovi sa različitim oblicima valovitosti (1 - žljebljeni; 2 - membranski; 3 - valoviti; 4 - rebrasti; 5 - korito); d), e) zatvoreni profili sa više šupljina

Vrste ekstrudiranih profila. a) čvrsta; b) otvoren; c) poluotvorena; d) šuplja (zatvorena); e) presovane ploče; f) priključci za zaključavanje uparenih profila; g) priključci profila na kopčanje

Aluminijski prozorski blokovi i vitraži ne daju značajan ekonomski učinak u odnosu na drvene, uključujući i uslove krajnjeg sjevera.

Unatoč tome, imaju najbolja funkcionalna svojstva, izgled i veliku izdržljivost, što predodređuje svrsishodnost njihove široke primjene u svim vrstama građevina.

Aluminijumske ogradne konstrukcije zidova i premaza mogu se izraditi na dva načina: od panela pune fabričke spremnosti ili od profilisanih ili glatkih limova, izolovanih ili neizolovanih u toku izgradnje.

Potonji spadaju u negrijane industrijske zgrade i skladišta.

Obje metode imaju svoje prednosti i nedostatke.

Jednostavnost i brzina ugradnje montažnih panela suprotstavljaju se izostanku fabričke preraspodjele u slučaju korištenja ravnih ili profiliranih traka. Ali instalacija grijača postaje složenija.

U montažnoj gradnji javlja se problem pouzdanosti spojeva, posebno profilisanih limova; sa trakom - ugradnja i zatezanje traka za velike raspone.

U domaćem građevinarstvu do sada je najveću primjenu dobio prvi panelni metod.

Zidne i krovne ploče obično se sastoje od dva tanka, glatka ili profilisana aluminijumska lista sa izolacijom između njih.

Duž konture ploče, u većini slučajeva, postavljena su rebra koja stvaraju okvir.

Jedan od aluminijskih limova (obično unutarnji) može se zamijeniti šperpločom, azbestno-cementnim ili plastičnim pločama, ivericama i vlaknastim pločama.

Kao grijač koriste se ploče od mineralne vune, PSB, PVC, PSB-S pjena i poliuretanska pjena, zapjenjena između obloga tokom tehnološkog procesa. Izolacija se lijepi na aluminijske limove epoksidnim ili gumenim ljepilom i uključena je u rad panela. Dimenzije panela su 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m i više.

Debljina aluminijumskih obloga je 1-2,5 mm. Preporučeni razredi aluminijskih legura za njihovu proizvodnju su AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915.

U inostranstvu se lepljeni troslojni okviri i paneli bez okvira tipa "Sendvič" pripremaju na potoku u pojedinačnim oblicima ili kontinuirano u obliku kontinualne trake, rezane na kraju automatske linije u proizvode date veličina.

Da bi se povećala otpornost na vremenske prilike i poboljšao izgled, aluminijumski limovi se anodiziraju ili farbaju polimernim jedinjenjima u različitim bojama. Da bi se poboljšala krutost i kvalitet panela, aluminijumski limovi se prednaprezaju mehanički.

To vam omogućava da uključite kožu u rad okvira panela, povećate razmak između rebara, eliminišete valovitost listova i omogućite bolji kontakt ljepila s izolacijom.

U industrijskoj gradnji, aluminijski limovi s uzdužnim i poprečnim profiliranjem imaju široku primjenu za zidove i premaze.

Dužina listova je 10-30 m ili više, širina 0,58-1,6 m, debljina 0,3-1,62 mm.

Listovi sa poprečnim profilisanjem, kao što su "Furral", Snap-rib, Zip-rib za krovove, koriste se u građevinskoj praksi u SAD, Engleskoj, Nemačkoj, Švajcarskoj i drugim zemljama.

Za ovaj krov se koristi meka aluminijska legura AMts.

Listovi se transportuju u rolnama. Prilikom izgradnje se razvaljuju i pričvršćuju na drveni sanduk.

Pričvršćivanje listova tipa "Furral" na drveni sanduk. 1 - drveni sanduk; 2 - listovi "Furral"; 3 - montažna traka

Izolacija zidne ograde od valovitog lima sa izolacijom od ploča. 1 - valoviti listovi; 2 - izolacija

Domaće iskustvo u proizvodnji limova sa poprečnim profilisanjem razlikuje se od inostranih u kompletnoj fabričkoj spremnosti valjanih ograda, uključujući izolaciju.

Posebno su efikasne ograde industrijskih objekata od glatkih prednapregnutih aluminijumskih limova.

Njihov trošak je 20-30% manji od profilisanih, a korisna površina je 25-35% veća.

Izolacija tipa pjene sa teksturiranim slojem koji djeluje kao parna barijera se lijepi na limove u fabrici ili nanosi na površinu listova tokom njihove ugradnje, kao na primjer u Italiji i Japanu, gdje se pjenasti poliuretanska pjena ili pjenasti sastav na bazi bitumena debljine 6-8 mm.

Troslojna struktura rolo panela: 1 - valoviti lim (nosač); 2 - elastična izolacija; 3 - ukrasni lim (unutrašnji); a - dužina valovitog lima; b - širina panela; R - radijus savijanja panela

Sklopive aluminijske konstrukcije koriste se za izgradnju industrijskih, stambenih i javnih zgrada i naselja urbanog tipa u teško dostupnim područjima i na krajnjem sjeveru, gdje se isporučuju zračnim putem. U poređenju sa tradicionalnim materijalima i konstrukcijama, masa zgrada je smanjena za skoro 20 puta, period izgradnje je smanjen za 4 puta, a procenjeni trošak 1 m2 korisne površine smanjen je za 15-20%. Sa povećanjem prometa montažnih konstrukcija, ekonomski efekat se značajno povećava.

Spušteni plafoni od aluminijuma u pogledu tehničkih i ekonomskih pokazatelja i niza izvršenih funkcija (dekorativne i akustičke, arhitektonsko planiranje, ventilacija, rasveta, sanitarno-higijenski itd.) povoljno se razlikuju od spuštenih plafona od gipsa, azbestcementa, minerala vunene ploče tipa "Agmigran" i drugi materijali

Lakši su, ne savijaju se, ne stvaraju prašinu, ne zahtijevaju popravak, podložni su bilo kakvom obliku i eloksiranju boja, što djeluje kao zaštita od korozije.

Aluminijumski rezervoari izrađuju se u dva tipa: za skladištenje tečnih agresivnih materija (kiselo ulje i naftni derivati, sirćetne, koncentrovane azotne i druge kiseline); za skladištenje tečnih gasova.

Rezervoari proizvedeni u različito vreme u različitim zemljama imaju zapremine od 500 m do 3500 m i u dobrom su stanju.

Tlačni i netlačni cjevovodi od aluminijuma marke AMg2M, AD31T, 1915, 1915T koriste se za transport nafte i gasa, poluproizvoda prehrambene i hemijske industrije, pumpanje maltera i betona.

Duraluminske cijevi promjera 38-50 mm koriste se za sklopive skele i skele.

Obično se koriste bešavne i električno zavarene cijevi promjera do 200 mm.

Prilikom polaganja u tlu, cijevi su zaštićene od korozije bitumensko-gumenim mastikom i polimernim materijalima.

Građevinska praksa ima pozitivne primjere upotrebe aluminija iu ventilaciji i dimnjacima za odvođenje sumpornih plinova, koji su agresivni prema čeliku prilikom kondenzacije.

Izvode se spojevi elemenata aluminijumskih konstrukcija:

Argon-lučno električno zavarivanje korištenjem nepotrošnih (volfram) i potrošnih elektroda;
- elektrokontaktno zavarivanje (za tanke limove);

Montirani zakovicama za kaljene aluminijske elemente i dijelove različitih debljina. Zakivanje se vrši u hladnom stanju kako bi se izbjegle praznine i interkristalna korozija uočena pri vrućem zakivanju;

Na pocinčanim i kadmijumskim vijcima, vijcima i brtvama;

Na ljepilu u vijčanim spojevima, bravama i zasunima.

Za razliku od stvarnih termičkih hemijsko-termičkih i termomehaničkih tretmana, pored termičkih efekata, uključuju se, respektivno, hemijski i deformacioni efekti na metal. Ovo komplikuje ukupnu sliku promjena u strukturi i svojstvima tokom termičke obrade.

Oprema za izvođenje hemijsko-termičkih i termomehaničkih tretmana, po pravilu, je složenija nego za stvarnu termičku obradu. Pored konvencionalnih uređaja za grijanje, uključuje, na primjer, instalacije za stvaranje kontrolirane atmosfere, opremu za plastičnu deformaciju.

U nastavku se razmatraju opći obrasci promjena strukture i svojstava u toku hemijsko-termičkih i termomehaničkih tretmana i njihove varijante.

"Teorija termičke obrade metala",
I.I. Novikov

Tokom HTMT-a, austenit se deformiše u području svoje termodinamičke stabilnosti, a zatim gali za martenzit (vidi sliku Šema obrade legiranog čelika). Nakon gašenja, vrši se nisko kaljenje. Osnovni cilj konvencionalne termičke obrade sa deformacionim (valjačkim kovanjem) grejanjem je da se eliminiše specijalno zagrevanje za kaljenje i time dobije ekonomski efekat. Glavni cilj HTMT-a je poboljšanje mehaničkih svojstava...

Od velikog interesa je fenomen nasljeđivanja („reverzibilnosti“) otvrdnjavanja od HTMT koji je otkrio ML Bernstein tokom ponovljenog termičkog tretmana. Pokazalo se da se HTMT kaljenje zadržava ako se čelik ponovno kaljuje uz kratko izlaganje na temperaturi zagrijavanja radi kaljenja ili ako se HTMT kaljeni čelik prvo podvrgne visokom kaljenju, a zatim ponovno kaljuje. Na primjer, vlačna čvrstoća čelika 37XH3A nakon HTMT-a prema režimu ...

Procesi TMT čelika intenzivno se proučavaju od sredine 1950-ih u vezi s traženjem novih načina za povećanje čvrstoće konstrukcije. Termomehanička obrada na niskim temperaturama (LTMT) Tokom LTMT, prehlađeni austenit se deformiše u oblasti svoje povećane stabilnosti, ali obavezno ispod temperature početka rekristalizacije, a zatim (pretvara se u martenzit. Nakon toga se vrši nisko kaljenje (ne prikazano na slici). Šema obrade ...

Upotreba HTMT-a ograničena je sljedećim faktorima. Legura se može razlikovati u tako uskom rasponu temperatura grijanja za gašenje da je praktički nemoguće održavati vruću radnu temperaturu unutar tako uskih granica (na primjer, unutar ± 5 ° C za D16 duralumin). Optimalni temperaturni raspon za vruću deformaciju može biti znatno niži od temperaturnog raspona za zagrijavanje za kaljenje. Na primjer, prilikom presovanja aluminijskih legura…

Suština PTMT-a leži u činjenici da poluproizvod dobiven nakon vruće deformacije u nerekristaliziranom stanju zadržava nerekristaliziranu strukturu čak i kada se zagrije radi gašenja. PTMT se razlikuje od HTMT-a po tome što su operacije vruće deformacije i zagrijavanja za gašenje odvojene (vidi sliku Termomehanička obrada legura starenja). PTMT se široko koristi u tehnologiji proizvodnje poluproizvoda od aluminijskih legura. prošlo je dosta vremena...

Na HTMT-u se vrši vruća deformacija, gašenje od deformacijskog zagrijavanja i starenje (vidi sliku Sheme termomehaničke obrade legura koje stare). Prilikom vruće deformacije povećava se gustina dislokacija i dolazi do vrućeg otvrdnjavanja, koje se može djelomično ili potpuno ukloniti tokom same deformacije kao rezultat razvoja dinamičke poligonizacije i dinamičke rekristalizacije. Kriva napon-deformacija ima dio rasta napona protoka, ...

Na slici su prikazane glavne sheme TMT-a legura za starenje. Nazubljene linije ukazuju na plastičnu deformaciju. Šeme termomehaničke obrade legura koje starenje Niskotemperaturna termomehanička obrada (LTMT) LTMT legura koje starenje je prva (30-tih godina 20. veka) i najrasprostranjenija termomehanička obrada u industriji. Glavna svrha LTMT-a je povećanje svojstava čvrstoće. Sa LTMT, legura se prvo podvrgava konvencionalnom kaljenju, ...

Razmotrimo prvo uticaj hladne deformacije na zonsko starenje. Čini se da bi deformacija, povećanjem gustine dislokacija i koncentracije slobodnih mjesta, trebala ubrzati starenje zone. Ali, prvo, zone se generišu homogeno, a ne na dislokacijama, i drugo, dislokacije su efikasna mjesta za ponore slobodnih radnih mjesta. Vrlo jaka plastična deformacija povećava koncentraciju slobodnih mjesta (omjer broja slobodnih mjesta i broja atoma) za samo 10-6, ...

Efikasnost primene LTMT-a je određena time koja se faza očvršćavanja oslobađa tokom starenja. Tako je, na primjer, dodatno otvrdnjavanje od uvođenja deformacije prije umjetnog starenja za Al-Cu-Mg legure (učvršćivač - faza S) veće nego za Al-Cu legure (učvršćivač - faza θ´). Kada se zagrije za starenje nakon hladne deformacije, rekristalizacija se u pravilu ne nastavlja, ali ...

Termomehanička obrada metala je skup operacija deformacije, zagrijavanja i hlađenja, uslijed kojih dolazi do formiranja konačne strukture i svojstava materijala u uvjetima povećane gustoće i optimalne distribucije strukturnih nesavršenosti nastalih plastičnom deformacijom.

Termomehanička obrada čelika provodi se uglavnom prema tri sheme: visokotemperaturnoj (HTMT), niskotemperaturnoj (LTMT) i preliminarnoj termomehaničkoj obradi (PTMT).

Glavna ideja visokotemperaturna obrada sastoji se u odabiru načina valjanja i hlađenja nakon valjanja, čime se osigurava proizvodnja finog i ujednačenog zrna u gotovom proizvodu.

Obrada na niskim temperaturama sastoji se u zagrevanju čelika do 1000..L 100°C, brzom hlađenju do temperature metastabilnog stanja austenita (400...600°C) i visokog stepena (do 90% i više) deformacije pri ovom temperatura. Nakon toga se vrši kaljenje za martenzit i kaljenje na 100...400 °C. Rezultat je značajno povećanje čvrstoće u odnosu na HTMT, ali niža duktilnost i udarna čvrstoća. Ova metoda je primjenjiva praktično samo na legiranim čelicima.

Preliminarna termomehanička obrada Odlikuje se jednostavnošću tehnološkog procesa: hladno plastično deformisanje (povećava gustinu dislokacija), predkristalizaciono zagrevanje (obezbeđuje poligonizaciju feritne strukture), kaljenje i kaljenje.

19. Bakar i legure na bazi bakra. Označavanje bronze i mesinga. Upotreba legura na bazi bakra u sanitarnoj tehnici.

Bakar- savitljivi viskozni metal crvene (ružičaste na lomu) boje, u vrlo tankim slojevima na svjetlu izgleda zelenkasto-plave boje.

Dobijena svojstva zavise od čistoće, a nivo sadržaja nečistoća određuje njenu marku: MOOC - najmanje 99,99% bakra, IOC - 99,97%, M1K - 99,95%, M2k - 99,93% bakra itd. razredi iza slova M ( bakar) označavaju uslovni broj čistoće, a zatim slovni način i uslove za dobijanje bakra: k - katoda; b - anoksična; p - deoksidirano; f - deoksidirano fosforom. Štetne nečistoće koje smanjuju mehanička i tehnološka svojstva bakra i njegovih legura su olovo, bizmut, sumpor i kiseonik. Njihov sadržaj u bakru je strogo ograničen: bizmut - ne više od 0,005%, olovo - 0,05% itd.

Bakar spada u teške obojene metale. Gustina je 8890 kg / m 3, tačka topljenja je 1083 ° C. Čisti bakar ima visoku električnu i toplotnu provodljivost.

Bakar ima visoku duktilnost i odličnu hladnu i vruću obradivost, dobra svojstva livenja i zadovoljavajuću obradivost. Mehanička svojstva bakra su relativno niske: vlačna čvrstoća je 150...200 MPa, relativno izduženje je 15...25%.

Dvostruke ili višekomponentne legure bakra sa cinkom i drugim elementima nazivaju se mesinga.

Mesing je označen slovom L (mesing), a zatim brojevima koji označavaju procenat bakra. Na primjer, mesing marke L68 sadrži 68% bakra, ostatak je cink. Ako je mesing višekomponentni, onda iza slova L stavite simbol drugih elemenata (A - aluminijum, F - gvožđe, H - nikal, K - silicijum, T - titan, Mts - mangan, O - kalaj, C - olovo, C - cink i sl.) i brojke koje pokazuju njihov prosječan procenat u leguri. Redoslijed slova i brojeva u kovanom i livenom mesingu je drugačiji. U livničkim mesingima prosječan sadržaj legure naveden je odmah iza slova koje označava njen naziv.

Bronza- legura bakra sa kalajem, aluminijumom, olovom i drugim elementima, među kojima cink i nikl nisu glavni. Cink i nikl se mogu uvesti u bronzu samo kao dodatni legirajući elementi. Na osnovu svog hemijskog sastava bronce se dijele na lim u lim.

Bronza je označena slovima Br, nakon kojih slijede alfabetske i numeričke oznake sadržanih elemenata osim bakra. Oznaka elemenata u bronzi je ista kao i za označavanje mesinga. Prisustvo bakra u razredu nije naznačeno, a njegov sadržaj je određen razlikom. U razredima bronze obrađenih pritiskom, nazivi legirajućih elemenata navedeni su u opadajućem redoslijedu u odnosu na njihovu koncentraciju, a na kraju razreda, istim redoslijedom, navedene su njihove prosječne koncentracije. Na primjer, bronzana marka BrOTsS4-4-2,5 sadrži 4% kalaja i cinka, 2,5% olova, ostatak je bakar. U razredima livačke bronce (GOST 613 i 493), nakon svake oznake legirajućeg elementa, naveden je njegov sadržaj. Ako se sastavi ljevaonice i bronce tretirane pod pritiskom preklapaju, na primjer, BrA9ZhZL.

20. Aluminij i legure na bazi aluminija. Upotreba legura na bazi aluminijuma u sanitarnoj tehnici.

Aluminijum je srebrno-bijeli laki metal gustine 2,7 g/cm3 i talištem od 660°C. Karakterizira ga visoka toplinska i električna provodljivost i dobra otpornost na koroziju u mnogim agresivnim sredinama. Što je aluminijum čistiji, to je veća njegova otpornost na koroziju.

U zavisnosti od sadržaja nečistoća, aluminijum se deli na grupe i razrede: aluminijum visoke čistoće A999 - 99,999% aluminijum, visoke čistoće: A995 - 99,995%, A99 - 99,99%, A97 - 99,97%, A95 - aluminijum 99,95%, tehnički čistoća sa sadržajem nečistoća od OD5 ... 1,0%: A85, A8, A7, A6, A5, AO. Na primjer, razred A85 znači da metal sadrži 99,85% aluminijuma, a AO razred znači 99% aluminijuma. Tehnički kovani aluminijum ima oznaku ADO i AD1. Fe, Si, Cu, Mn, Zn, itd. mogu biti prisutni kao nečistoće u aluminijumu.

Na tehničkoj osnovi, sve legure aluminijuma se dele na 2 klase:

Lijevana i nedeformabilna.

Duralumin su najčešće legure ove grupe, koje su na bazi aluminijuma, bakra i magnezijuma. Duralumini se odlikuju kombinacijom visoke čvrstoće i duktilnosti, dobro se deformiraju u toplim i hladnim uvjetima.

Silumini- ovo je opšti naziv za grupu livenih legura na bazi aluminijuma sa sadržajem silicijuma (4...13%, au nekim razredima i do 23%) i nekih drugih elemenata. Silumini imaju visoka svojstva livenja, dovoljno veliku čvrstoću, povećanu otpornost na koroziju i dobro se obrađuju rezanjem.

Test

Nauka o materijalima

Na temu: "Termička obrada metala i legura"

Izhevsk

1. Uvod

2. Svrha i vrste termičke obrade

4. Stvrdnjavanje

6. Starenje

7. Hladno liječenje

8. Termomehanička obrada

9. Svrha i vrste hemijsko-termičke obrade

10. Termička obrada legura obojenih metala

11. Zaključak

12. Književnost

Uvod

Toplinska obrada se koristi u različitim fazama proizvodnje mašinskih delova i metalnih proizvoda. U nekim slučajevima to može biti međuoperacija koja služi za poboljšanje obradivosti legura pritiskom, rezanjem, u drugima je završna operacija koja obezbjeđuje neophodan skup pokazatelja mehaničkih, fizičkih i operativnih svojstava proizvoda ili poluproizvoda. gotovih proizvoda. Poluproizvodi se podvrgavaju termičkoj obradi kako bi se poboljšala struktura, smanjila tvrdoća (poboljšala obradivost), a dijelovi - da bi im se dala određena potrebna svojstva (tvrdoća, otpornost na habanje, čvrstoća i dr.).

Kao rezultat termičke obrade, svojstva legura mogu se mijenjati u širokom rasponu. Mogućnost značajnog povećanja mehaničkih svojstava nakon termičke obrade u odnosu na početno stanje omogućava povećanje dopuštenih naprezanja, smanjenje veličine i težine strojeva i mehanizama, te povećanje pouzdanosti i vijeka trajanja proizvoda. Poboljšanje svojstava kao rezultat termičke obrade omogućava upotrebu legura jednostavnijih sastava, a samim tim i jeftinijih. Legure također dobivaju neka nova svojstva, u vezi s kojima se širi opseg njihove primjene.

Namjena i vrste termičke obrade

Termička (toplinska) obrada je proces čija je suština zagrijavanje i hlađenje proizvoda u određenim režimima, što rezultira promjenom strukture, faznog sastava, mehaničkih i fizičkih svojstava materijala, bez promjene hemijskog sastava.

Svrha termičke obrade metala je postizanje potrebne tvrdoće, poboljšanje karakteristika čvrstoće metala i legura. Toplinska obrada se deli na termičku, termomehaničku i hemijsko-termičku. Toplinska obrada - samo termičko djelovanje, termomehanička - kombinacija termičkog djelovanja i plastične deformacije, kemijsko-termalna - kombinacija toplinskog i kemijskog djelovanja. Toplinska obrada, ovisno o strukturnom stanju dobivenom njegovom primjenom, dijeli se na žarenje (prva i druga vrsta), kaljenje i kaljenje.

Žarenje

žarenje - termička obrada, koja se sastoji u zagrijavanju metala na određene temperature, izlaganju i naknadnom vrlo sporom hlađenju zajedno sa peći. Koriste se za poboljšanje obrade metala rezanjem, za smanjenje tvrdoće, za dobijanje zrnaste strukture, kao i za ublažavanje naprezanja, djelimično (ili potpuno) eliminišu sve vrste nehomogenosti koje su unesene u metal tokom prethodnih operacija (mašinska obrada , tretman pod pritiskom, livenje, zavarivanje), poboljšava čeličnu konstrukciju.

Žarenje prve vrste. To je žarenje tokom kojeg se ne dešavaju fazne transformacije, a ako do njih dođe, ne utiču na krajnje rezultate predviđene njegovom namenom. Postoje sljedeće vrste žarenja prve vrste: homogenizacija i rekristalizacija.

Homogeniziranje- ovo je žarenje sa dugom ekspozicijom na temperaturi iznad 950ºS (obično 1100–1200ºS) kako bi se izjednačio hemijski sastav.

Rekristalizacija- ovo je žarenje kaljenog čelika na temperaturi koja prelazi temperaturu početka rekristalizacije, kako bi se eliminisalo otvrdnjavanje i dobila određena veličina zrna.

Žarenje druge vrste. To je žarenje, u kojem fazne transformacije određuju njegovu namjenu. Razlikuju se sljedeće vrste: potpuna, nepotpuna, difuzijska, izotermna, lagana, normalizirana (normalizacija), sferoidizirajuća (za granulirani perlit).

Potpuno žarenje proizvedeno zagrijavanjem čelika 30–50 °C iznad kritične tačke, zadržavanjem na ovoj temperaturi i polaganim hlađenjem na 400–500 °C brzinom od 200 °C na sat za ugljične čelike, 100 °C na sat za niskolegirane čelike i 50 °C na sat za visokolegirane čelike. Čelična konstrukcija nakon žarenja je uravnotežena i stabilna.

Djelomično žarenje Proizvodi se zagrijavanjem čelika na jednu od temperatura u rasponu transformacija, zadržavanja i sporog hlađenja. Nepotpuno žarenje se koristi za smanjenje unutrašnjih naprezanja, smanjenje tvrdoće i poboljšanje obradivosti.

Difuzijsko žarenje. Metal se zagreva na temperature od 1100–1200ºS, jer se u ovom slučaju potpunije odvijaju procesi difuzije neophodni za izjednačavanje hemijskog sastava.

Izotermno žarenje je kako slijedi: čelik se zagrijava i zatim brzo hladi (često prebacivanjem u drugu peć) na temperaturu ispod kritične temperature za 50–100ºS. Uglavnom se koristi za legirane čelike. Ekonomičan, jer traje konvencionalno žarenje (13 - 15) h, i izotermno žarenje (4 - 6) h

Sferoidizirajuće žarenje (za granulirani perlit) sastoji se u zagrijavanju čelika iznad kritične temperature za 20 - 30°C, zadržavanju na ovoj temperaturi i sporom hlađenju.

svetlo žarenje vrši se prema načinima potpunog ili nepotpunog žarenja u zaštitnim atmosferama ili u pećima s djelomičnim vakuumom. Koristi se za zaštitu metalne površine od oksidacije i dekarbonizacije.

Normalizacija- sastoji se u zagrevanju metala na temperaturu od (30–50) ºS iznad kritične tačke i naknadnom hlađenju na vazduhu. Svrha normalizacije je različita u zavisnosti od sastava čelika. Umjesto žarenja, niskougljični čelici se normaliziraju. Za srednje ugljične čelike koristi se normalizacija umjesto kaljenja i visokog kaljenja. Visokougljični čelici se podvrgavaju normalizaciji kako bi se eliminirala cementitna mreža. Za korekciju strukture legiranih čelika umjesto žarenja koristi se normalizacija praćena visokim temperiranjem. Normalizacija je ekonomičnija operacija od žarenja, jer ne zahtijeva hlađenje zajedno sa peći.

otvrdnjavanje

otvrdnjavanje- to je zagrijavanje do optimalne temperature, ekspozicija i naknadno brzo hlađenje kako bi se dobila neravnotežna struktura.

Kao rezultat kaljenja, povećava se čvrstoća i tvrdoća, a duktilnost čelika smanjuje. Glavni parametri tokom stvrdnjavanja su temperatura zagrijavanja i brzina hlađenja. Kritična brzina gašenja je brzina hlađenja koja obezbjeđuje formiranje strukture - martenzita ili martenzita i rezidualnog austenita.

Ovisno o obliku dijela, vrsti čelika i potrebnom skupu svojstava, koriste se različite metode kaljenja.

Stvrdnjavanje u jednom hladnjaku. Dio se zagrije na temperaturu stvrdnjavanja i ohladi u jednom rashladnom fluidu (voda, ulje).

Stvrdnjavanje u dva okruženja (povremeno očvršćavanje)- ovo je stvrdnjavanje u kojem se dio hladi uzastopno u dva medija: prvi medij je rashladno sredstvo (voda), drugi je zrak ili ulje.

stepenasto kaljenje. Dio zagrijan na temperaturu stvrdnjavanja hladi se u rastopljenim solima, nakon držanja potrebnog vremena da se izjednači temperatura na cijelom presjeku, dio se hladi na zraku, što pomaže u smanjenju naprezanja očvršćavanja.

Izotermno otvrdnjavanje kao i stepenasti, proizvodi se u dva rashladna medija. Temperatura vrućeg medija (solne, nitratne ili alkalne kupke) je različita: ovisi o kemijskom sastavu čelika, ali je uvijek za 20-100 °C viša od martenzitne transformacijske tačke za dati čelik. Završno hlađenje na sobnu temperaturu vrši se na zraku. Izotermno kaljenje se široko koristi za dijelove izrađene od visokolegiranih čelika. Nakon izotermnog otvrdnjavanja, čelik dobiva svojstva visoke čvrstoće, odnosno kombinaciju visoke žilavosti i čvrstoće.

Self tempering se široko koristi u industriji alata. Proces se sastoji u tome da se dijelovi drže u rashladnom mediju ne dok se potpuno ne ohlade, već se u određenom trenutku iz njega uklone kako bi se uštedjela određena količina topline u jezgri dijela, zbog čega se vrši se naknadno kaljenje.

Odmor

Odmorčelik je završna operacija termičke obrade, koja formira strukturu i, posljedično, svojstva čelika. Kaljenje se sastoji u zagrijavanju čelika na različite temperature (ovisno o vrsti kaljenja, ali uvijek ispod kritične tačke), održavanju na ovoj temperaturi i hlađenju različitim brzinama. Svrha kaljenja je ublažavanje unutrašnjih naprezanja koja nastaju tokom procesa kaljenja i dobijanje potrebne strukture.

U zavisnosti od temperature zagrijavanja kaljenog dijela, postoje tri vrste kaljenja: visoko, srednje i nisko.

visoki odmor proizvedeno na temperaturama zagrevanja iznad 350–600 °C, ali ispod kritične tačke; takvo se kaljenje koristi za konstrukcijske čelike.

Prosječan odmor proizvodi se na temperaturama grijanja od 350 - 500 °C; takvo kaljenje se široko koristi za opružne i opružne čelike.

nizak odmor proizveden na temperaturama od 150-250 °C. Tvrdoća dijela nakon stvrdnjavanja gotovo se ne mijenja; Nisko kaljenje se koristi za ugljične i legirane alatne čelike gdje je potrebna visoka tvrdoća i otpornost na habanje.

Kontrola temperiranja se vrši pomoću boja kaljenja koje se pojavljuju na površini dijela.

Starenje

Starenje je proces promjene svojstava legura bez primjetne promjene u mikrostrukturi. Postoje dvije vrste starenja: termičko i deformacijsko.

Termičko starenje nastaje kao rezultat promjena u topljivosti ugljika u željezu ovisno o temperaturi.

Ako se promjena tvrdoće, duktilnosti i čvrstoće dogodi na sobnoj temperaturi, tada se takvo starenje naziva prirodno.

Ako se proces odvija na povišenoj temperaturi, tada se naziva starenje vještački.

Deformacijsko (mehaničko) starenje nastavlja nakon hladne plastične deformacije.

Hladno liječenje

Nova vrsta termičke obrade za povećanje tvrdoće čelika pretvaranjem zadržanog austenita kaljenog čelika u martenzit. To se postiže hlađenjem čelika do temperature donje martenzitne tačke.

Metode površinskog očvršćavanja

površinski očvrsnuo naziva se proces termičke obrade, koji je zagrijavanje površinskog sloja čelika na temperaturu iznad kritične temperature i naknadno hlađenje kako bi se dobila martenzitna struktura u površinskom sloju.

Postoje sljedeće vrste: indukcijsko kaljenje; gašenje u elektrolitu, gašenje zagrijavanjem visokofrekventnim strujama (HFC), gašenje zagrijavanjem plamena.

indukcijsko kaljenje temelji se na fizičkom fenomenu čija je suština u činjenici da električna struja visoke frekvencije, prolazeći kroz provodnik, stvara oko njega elektromagnetno polje. Vrtložne struje indukuju se na površini dijela postavljenog u ovo polje, uzrokujući zagrijavanje metala do visokih temperatura. Ovo omogućava da dođe do faznih transformacija.

Ovisno o načinu grijanja, indukcijsko kaljenje se dijeli na tri tipa:

istovremeno zagrijavanje i stvrdnjavanje cijele površine (koristi se za male dijelove);

sekvencijalno zagrevanje i očvršćavanje pojedinih delova (koristi se za radilice i slične delove);

kontinuirano-uzastopno zagrijavanje i očvršćavanje kretanjem (koristi se za dugačke dijelove).

Stvrdnjavanje gasnim plamenom. Proces stvrdnjavanja plamenom sastoji se u brzom zagrijavanju površine dijela oksi-acetilenskim, oksi-gorivim ili kisik-kerozenskim plamenom do temperature stvrdnjavanja, nakon čega slijedi hlađenje vodom ili emulzijom.

Stvrdnjavanje u elektrolitu. Proces stvrdnjavanja u elektrolitu je sljedeći: dio koji se stvrdnjava spušta u kadu s elektrolitom (5-10% otopina kalcinirane soli) i kroz nju se propušta struja od 220-250 V. Kao rezultat, dio se zagrijava na visoke temperature. Dio se hladi ili u istom elektrolitu (nakon isključivanja struje) ili u posebnom spremniku za stvrdnjavanje.

Termomehanička obrada

Termomehanička obrada (T.M.O.) je nova metoda ojačavanja metala i legura uz održavanje dovoljne plastičnosti, kombinirajući plastičnu deformaciju i termičku obradu očvršćavanja (kaljenje i kaljenje). Postoje tri glavne metode termomehaničke obrade.

Termomehanička obrada na niskim temperaturama (L.T.M.O) se zasniva na stepenastom kaljenju, odnosno plastično deformisanje čelika se vrši na temperaturama relativne stabilnosti austenita, nakon čega sledi kaljenje i kaljenje.

Termomehanička obrada na visokim temperaturama (H.T.M.O) istovremeno plastična deformacija se izvodi na temperaturama stabilnosti austenita, nakon čega slijedi kaljenje i kaljenje.

Preliminarna termomehanička obrada (P.T.M.O) deformacija se u ovom slučaju može izvesti na temperaturama N.T.M.O i V.T.M.O ili na temperaturi od 20ºS. Nadalje, provodi se uobičajena toplinska obrada: kaljenje i kaljenje.

Da biste promijenili tehničke karakteristike metala, možete stvoriti leguru na temelju nje i dodati joj druge komponente. Međutim, postoji još jedan način za promjenu parametara metalnog proizvoda - toplinska obrada metala. Uz njegovu pomoć možete utjecati na strukturu materijala i promijeniti njegove karakteristike.

Toplinska obrada metala je niz procesa koji vam omogućavaju da uklonite zaostalo naprezanje iz dijela, promijenite unutrašnju strukturu materijala i poboljšate performanse. Hemijski sastav metala nakon zagrijavanja se ne mijenja. Ujednačenim zagrijavanjem radnog komada mijenja se veličina zrna strukture materijala.

Priča

Tehnologija termičke obrade metala poznata je čovječanstvu od davnina. Tokom srednjeg vijeka, kovači su vodom grijali i hladili zareze za mačeve. Do 19. veka, čovek je naučio da obrađuje liveno gvožđe. Kovač je stavio metal u posudu punu leda, a odozgo je prekrio šećerom. Zatim počinje proces ravnomjernog zagrijavanja, koji traje 20 sati. Nakon toga, gredica od livenog gvožđa se mogla kovati.

Sredinom 19. veka ruski metalurg D.K. Černov je dokumentovao da kada se metal zagreje, njegovi parametri se menjaju. Od ovog naučnika je nastala nauka - nauka o materijalima.

Čemu služi termička obrada?

Dijelovi opreme i komunikacijske jedinice izrađeni od metala često su podvrgnuti velikim opterećenjima. Osim što su izloženi pritisku, mogu biti izloženi i kritičnim temperaturama. Da bi izdržao takve uvjete, materijal mora biti otporan na habanje, pouzdan i izdržljiv.

Kupljene metalne konstrukcije nisu uvijek u stanju izdržati opterećenja dugo vremena. Da bi dugo trajali, majstori metalurgije koriste toplinsku obradu. Tokom i nakon zagrijavanja, hemijski sastav metala ostaje isti, ali se karakteristike mijenjaju. Proces toplinske obrade povećava otpornost na koroziju, otpornost na habanje i čvrstoću materijala.

Prednosti termičke obrade

Termička obrada metalnih zalogaja je obavezan proces kada je u pitanju proizvodnja konstrukcija za dugotrajnu upotrebu. Ova tehnologija ima niz prednosti:

Povećana otpornost metala na habanje.
Gotovi dijelovi traju duže, smanjuje se broj neispravnih praznina.
Poboljšava otpornost na procese korozije.

Metalne konstrukcije nakon toplinske obrade izdržavaju velika opterećenja, njihov vijek trajanja se povećava.

Vrste termičke obrade čelika

U metalurgiji se koriste tri vrste obrade čelika: tehnička, termomehanička i hemijsko-termička. O svakoj od predstavljenih metoda termičke obrade potrebno je posebno govoriti.

Žarenje

Varijacija ili druga faza tehničke obrade metala. Ovaj proces podrazumijeva ravnomjerno zagrijavanje metalnog obratka na određenu temperaturu i njegovo naknadno hlađenje na prirodan način. Nakon žarenja, unutrašnje naprezanje metala i njegova nehomogenost nestaju. Materijal omekšava toplinom. Kasnije je lakše obraditi.

Postoje dvije vrste žarenja:

Prva vrsta. Postoji mala promjena u kristalnoj rešetki u metalu.
Druga vrsta. Počinju fazne promjene u strukturi materijala. Naziva se i žarenje punim metalom.

Temperaturni opseg tokom ovog procesa je od 25 do 1200 stepeni.

otvrdnjavanje

Druga faza tehničke obrade. Kaljenje metala vrši se kako bi se povećala čvrstoća obratka i smanjila njegova duktilnost. Proizvod se zagreva na kritične temperature, a zatim brzo hladi uranjanjem u kadu sa raznim tečnostima. Vrste očvršćavanja:

dvostepeno hlađenje. U početku se radni komad hladi na 300 stepeni vodom. Nakon toga, dio se stavlja u kadu napunjenu uljem.
Upotreba jedne tečnosti. Ako se obrađuju mali dijelovi, koristi se ulje. Veliki radni komadi se hlade vodom.
Steped. Nakon zagrijavanja, radni predmet se hladi u rastopljenim solima. Nakon toga se izlaže na svjež zrak dok se potpuno ne ohladi.

Može se razlikovati i izotermni tip očvršćavanja. Slično je kao postupno, ali se vrijeme držanja obratka u rastopljenim solima mijenja.

Termomehanička obrada

Ovo je tipičan način termičke obrade čelika. Ovaj proces koristi opremu za pritisak, grijaće elemente i spremnike za hlađenje. Na različitim temperaturama, radni komad se zagrijava, a zatim dolazi do plastične deformacije.

Odmor

Ovo je završna faza tehničke termičke obrade čelika. Ovaj proces se izvodi nakon stvrdnjavanja. Povećava se viskoznost metala, uklanja se unutrašnji napon. Materijal postaje izdržljiviji. Može se izvoditi na različitim temperaturama. Ovo mijenja sam proces.

Kriogena obrada

Glavna razlika između toplinske obrade i kriogenog izlaganja je u tome što potonje podrazumijeva hlađenje radnog komada. Na kraju ovog postupka, dijelovi postaju jači, ne zahtijevaju kaljenje, bolje su brušeni i polirani.

U interakciji sa rashladnim medijima, temperatura pada na minus 195 stepeni. Brzina hlađenja može varirati ovisno o materijalu. Za hlađenje proizvoda na željenu temperaturu koristi se procesor koji stvara hladnoću. Radni predmet se ravnomjerno hladi i ostaje u komori određeno vrijeme. Nakon toga se izvadi i ostavi da se sam zagrije na sobnu temperaturu.

Hemijsko-termički tretman

Druga vrsta toplinske obrade, u kojoj se radni komad zagrijava i izlaže raznim kemijskim elementima. Površina obratka je očišćena i premazana hemijskim jedinjenjima. Ovaj proces se izvodi prije stvrdnjavanja.

Majstor može zasititi površinu proizvoda dušikom. Da bi to učinili, zagrijavaju se do 650 stepeni. Kada se zagrije, radni komad mora biti u kriogenoj atmosferi.

Termička obrada obojenih legura

Prikazane vrste termičke obrade metala nisu prikladne za različite vrste legura i obojenih metala. Na primjer, kada se radi s bakrom, vrši se rekristalizacijsko žarenje. Bronza se zagreva do 550 stepeni. Rade sa mesingom na 200 stepeni. Aluminij se u početku kaljuje, zatim žari i stari.

Termička obrada metala smatra se neophodnim procesom u proizvodnji i daljoj upotrebi konstrukcija i delova za industrijsku opremu, mašine, avione, brodove i drugu opremu. Materijal postaje jači, izdržljiviji i otporniji na procese korozije. Izbor procesa ovisi o korištenom metalu ili leguri.