Procesamiento termomecánico de metales y aleaciones. Tratamiento termomecánico Finalidad y tipos de tratamiento térmico
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SP 16.13330.2011 Estructuras de acero;SP 128.13330.2012 Estructuras de aluminio;
1. Información General
Los metales, como materiales, tienen un complejo de propiedades valiosas para equipos de construcción: alta resistencia, ductilidad, soldabilidad, resistencia; la capacidad de endurecer y mejorar otras propiedades bajo influencias termomecánicas y químicas.
Esta es la razón de su amplia aplicación en la construcción y otros campos de la tecnología.
En su forma pura, los metales rara vez se usan debido a su resistencia, dureza y ductilidad insuficientes. Se utilizan principalmente como aleaciones con otros metales y no metales, como el carbono.
El hierro y sus aleaciones (acero C2,14%, fundición C>2,14%) se denominan metales ferrosos, el resto (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, etc.) y sus aleaciones - no ferrosas.
Los metales ferrosos son los más utilizados en la construcción.
Su costo es mucho más bajo que los de color.
Sin embargo, estos últimos tienen una serie de propiedades valiosas: alta resistencia específica, ductilidad, resistencia a la corrosión y efecto decorativo, lo que amplía el alcance de su aplicación en la construcción, principalmente piezas y estructuras arquitectónicas y de construcción hechas de aluminio.
Clasificación de metales
La materia prima para la producción de metales ferrosos son los minerales de hierro, representados por minerales de la clase de óxido: magnetita (FeFeO), hematita (FeO), cromita (FeCrO), etc.
Para la producción de metales no ferrosos se utilizan bauxitas; minerales de sulfuro y carbonato de cobre, níquel, zinc, etc.
2. Estructura de cristal atómico de los metales.
Los metales y aleaciones en estado sólido son cuerpos cristalinos.
Los átomos en ellos están ubicados regularmente en los nodos de la red cristalina y vibran con una frecuencia de aproximadamente 10 Hz.
El enlace en metales y aleaciones es electrostático, debido a las fuerzas de atracción y repulsión entre iones cargados positivamente (átomos) en los nodos de la red cristalina y electrones de conducción itinerantes, cuya densidad es de 10-10 electrones por 1 cm, que es decenas de miles de veces mayor que el contenido de átomos y moléculas en el aire.
Las propiedades electromagnéticas, ópticas, térmicas y otras de los metales dependen de las propiedades específicas de los electrones de conducción.
Los átomos en la red tienden a ocupar una posición correspondiente al mínimo de su Energía, formando los empaques más densos -volumen cúbico- y centrados en las caras y hexagonales.
Números de coordinación (densidad de empaquetamiento) de redes cristalinas.
un)cúbico centrado en las caras (K 12); b) centrado en el cuerpo (K8);c) hexagonal (K 12)
La densidad de empaquetamiento se caracteriza por el número de coordinación, que es el número de átomos vecinos que están a una distancia igual y más pequeña de un átomo dado.
Cuanto mayor sea el número, más denso será el empaque.
Para empaquetadura cúbica centrada en el cuerpo, es igual a 8 (K8); centrado en la cara - 12 (K12); hexagonal - también 12 (K12).
La distancia entre los centros de los átomos más cercanos en la red se llama período de red.
El período de red para la mayoría de los metales está en el rango de 0,1 a 0,7 nm.
Muchos metales, dependiendo de la temperatura, sufren cambios estructurales en la red cristalina.
Entonces, el hierro a temperaturas por debajo de 910 °C y por encima de 1392 °C tiene un empaquetamiento de átomos centrado en el cuerpo con un período de red de 0.286 nm y se designa -Fe; en el intervalo de estas temperaturas, la red cristalina de hierro se reorganiza en una centrada en las caras con un período de 0,364 nm, y se designa -Fe.
La recristalización va acompañada de liberación de calor durante el enfriamiento y absorción durante el calentamiento, lo que se registra en los diagramas a lo largo de las secciones horizontales.
Curva de enfriamiento (calentamiento) de hierro
Los metales son cuerpos policristalinos, formados por un gran número de pequeños cristales de forma irregular.
A diferencia de los cristales de forma regular, se denominan cristalitos o granos.
Los cristalitos están orientados de manera diferente; por lo tanto, las propiedades de los metales son más o menos las mismas en todas las direcciones, es decir. Los cuerpos policristalinos son isotrópicos.
Sin embargo, para la misma orientación de los cristalitos, no se observará tal isotropía imaginaria.
La red cristalina de metales y aleaciones está lejos de ser una estructura ideal.
Contiene defectos: vacantes y dislocaciones.
3. Fundamentos de la producción siderúrgica
Hierro fundido obtenido en el curso de un proceso de alto horno basado en la reducción del hierro a partir de sus óxidos naturales contenidos en minerales de hierro con coque a alta temperatura.
El coque se quema para formar dióxido de carbono.
Al pasar por el coque caliente, se convierte en monóxido de carbono, que reduce el hierro en la parte superior del horno según el esquema generalizado: FeOFeOFeOFe.
A medida que desciende a la parte inferior caliente del horno, el hierro se funde en contacto con el coque y, disolviéndolo parcialmente, se convierte en hierro fundido.
El hierro fundido terminado contiene aproximadamente un 93 % de hierro, hasta un 5 % de carbono y una pequeña cantidad de impurezas de silicio, manganeso, fósforo, azufre y algunos otros elementos que han pasado al hierro fundido desde la ganga.
Dependiendo de la cantidad y la forma de unión del carbono y las impurezas con el hierro, los hierros fundidos tienen diferentes propiedades, incluido el color, que se subdivide según esta característica en blanco y gris.
Acero obtenido a partir de hierro fundido mediante la eliminación de parte del carbono y las impurezas del mismo. Hay tres métodos principales de producción de acero: convertidor, horno abierto y fusión eléctrica.
El convertidor se basa en soplar hierro fundido en grandes recipientes convertidores en forma de pera con aire comprimido.
El oxígeno del aire oxida las impurezas, convirtiéndolas en escoria; el carbón se quema.
Con un bajo contenido de fósforo en hierro fundido, los convertidores están revestidos con refractarios ácidos, por ejemplo, dinas, con un contenido aumentado, con refractarios básicos, periclasa.
En consecuencia, el acero fundido en ellos se denomina tradicionalmente acero Bessemer y Thomas.
El método convertidor se caracteriza por una alta productividad, lo que ha llevado a su amplia distribución.
Sus desventajas incluyen un mayor desperdicio de metal, contaminación por escoria y la presencia de burbujas de aire que degradan la calidad del acero.
El uso de chorro de oxígeno en lugar de aire en combinación con dióxido de carbono y vapor de agua mejora significativamente la calidad del acero del convertidor.
El método de hogar abierto se lleva a cabo en hornos especiales en los que el arrabio se fusiona con mineral de hierro y chatarra (chatarra).
La quema de impurezas ocurre debido al oxígeno del aire que ingresa al horno junto con los gases combustibles y el mineral de hierro en la composición de los óxidos.
La composición del acero se presta bien a la regulación, lo que permite obtener aceros de alta calidad para estructuras críticas en hornos de hogar abierto.
La fusión eléctrica es la forma más avanzada de obtener aceros de alta calidad con las propiedades deseadas, pero requiere un mayor consumo de electricidad.
Según el método de suministro, los hornos eléctricos se dividen en arco e inducción.
Los hornos de arco son los más utilizados en metalurgia. En los hornos eléctricos se funden tipos especiales de aceros: de media y alta aleación, para herramientas, resistentes al calor, magnéticos y otros.
4. Propiedades mecánicas de los metales
Las propiedades mecánicas se determinan a partir de los resultados de pruebas estáticas, dinámicas y de fatiga (resistencia).
Estático Las pruebas se caracterizan por una aplicación lenta y suave de la carga. Los principales son: ensayos de tracción, dureza y tenacidad a la fractura.
Para ensayos de tracciónusar muestras estándar con una longitud calculadayo= 10 d y un área de 11.3 PERO donde (d y PERO- respectivamente, el diámetro y el área de la sección transversal de una muestra de productos largos de sección redonda, cuadrada o rectangular.
Los ensayos se realizan en máquinas de ensayo de tracción con registro automático del diagrama de tracción.
La figura 4 muestra un diagrama de este tipo para acero al carbono medio.
Curva 1 caracteriza el comportamiento del metal bajo la acción de esfuerzos condicionales =REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES y la curva 2 - bajo la acción de tensiones verdaderas, S=REAL ACADEMIA DE BELLAS ARTES, (donde PERO y PERO- respectivamente, el área de la sección transversal de la muestra antes de la prueba y en cada etapa de carga hasta la falla).
Suelen utilizar el diagrama de tensiones condicionales, aunque la curva es más objetiva2.
Diagramas de tracción de metal: a) para voltajes condicionales (líneas continuas) y verdaderos (líneas discontinuas); / - área de deformación elástica;// - el mismo plástico; /// - área de desarrollo de grietas; b) tensiones condicionalmente verdaderas
El límite elástico está determinado por la tensión a la que la deformación por alargamiento permanente no supera el 0,05 %.
El límite elástico se caracteriza por el límite elástico condicional, en el que la deformación residual no supera el 0,2 %.
El límite elástico físico corresponde a la tensión a la que se deforma la muestra sin aumentar más la carga.
Para materiales que son frágiles en ensayos de tracción, se utilizan ensayos de compresión estática (para hierro fundido), ensayos de torsión (para aceros templados y estructurales) y ensayos de flexión (para fundiciones de hierro gris y dúctil).
Durezarieles se prueban presionando una bola de acero, un cono de diamante o una pirámide bajo una cierta carga y se evalúan por la cantidad de deformación plástica (impresión) producida.
Según el tipo de punta utilizada y el criterio de evaluación, se distinguen las durezas Brinell, Rockwell y Vickers.
Esquema para determinar la dureza. . a) según Brinell; b) según Rockwell; c) según Vickers
La dureza Vickers se designa como HV 5, HV 10, etc. Cuanto más delgados y duros sean el metal y la aleación, menor debe ser la carga de prueba.
Para determinar la microdureza de productos pequeños y componentes estructurales de metales, el método Vickers también se usa en combinación con un microscopio metalográfico.
El ensayo de tenacidad a la fractura de los metales se lleva a cabo en probetas con muescas estándar con flexión de tres puntos.
El método permite evaluar la resistencia de un metal a la propagación, en lugar de la iniciación de una fisura o un defecto similar a la fisura de cualquier origen, que siempre está presente en el metal.
La tenacidad a la fractura se estima mediante el parámetroPARA,que representa el factor de intensidad de la tensión o el aumento local de las tensiones de tracción (MPa) en la punta de la fisura.
dinámica Se llevan a cabo ensayos de metales para la flexión por impacto mediante carga cíclica alterna. Para la flexión por impacto, las muestras de metal se prueban con dimensiones (1x1x5.5) 10 m con un concentrador de tensión (muesca) en el medio
La prueba se lleva a cabo en un probador de impacto de péndulo. La resistencia de un metal a la flexión por impacto se denomina resistencia al impacto y se denotaKCU, KV y KST(donde Kansases el símbolo de la fuerza de impacto, yU, V y T-tipo y tamaño del concentrador de tensión).
La resistencia de un metal a la carga cíclica se caracteriza por el esfuerzo máximo que un metal puede soportar sin destrucción durante un número determinado de ciclos y se denomina límite de fatiga. Aplicar ciclos de carga simétricos y asimétricos.
El límite de fatiga disminuye bruscamente en presencia de concentradores de tensión.
5. Cristalización y composición de fases de aleaciones de hierro-carbono
La cristalización se desarrolla solo cuando el metal se sobreenfría por debajo de la temperatura de equilibrio.
El proceso de cristalización comienza con la formación de núcleos cristalinos (centros de cristalización) y continúa con su crecimiento.
Dependiendo de las condiciones de cristalización (velocidad de enfriamiento, tipo y cantidad de impurezas), se forman cristales de diferentes tamaños de 10 a 10 nm de forma regular e irregular.
En las aleaciones, según el estado, se distinguen las siguientes fases: soluciones líquidas y sólidas, compuestos químicos e intermedios (fases intersticiales, compuestos electrónicos, etc.).
Una fase es una parte física y químicamente homogénea de un sistema (metal o aleación) que tiene la misma composición, estructura, el mismo estado de agregación y está separada del resto del sistema por una superficie de separación.
Por tanto, un metal líquido es un sistema monofásico, y una mezcla de dos cristales diferentes o la existencia simultánea de un líquido fundido y cristales, respectivamente, son sistemas bifásicos y trifásicos.
Las sustancias que forman aleaciones se denominan componentes.
Las soluciones sólidas son fases en las que uno de los componentes de la aleación conserva su red cristalina, mientras que los átomos de otro u otros componentes se ubican en la red cristalina del primer componente (disolvente), cambiando sus dimensiones (períodos).
Existen soluciones sólidas de sustitución e intersticiales.
En el primer caso, los átomos del componente disuelto reemplazan a algunos de los átomos del solvente en los sitios de su red cristalina; en el segundo, se ubican en los intersticios (vacíos) de la red cristalina del solvente, y en aquellos de ellos donde hay más espacio libre.
En soluciones de sustitución, el período de red puede aumentar o disminuir según la relación de los radios atómicos del solvente y el componente disuelto; en soluciones integradas - siempre aumentar.
Las soluciones sólidas intersticiales surgen solo en los casos en que los diámetros de los átomos del componente disuelto son pequeños.
Por ejemplo, en el hierro, el molibdeno, el cromo, el carbono, el nitrógeno y el hidrógeno pueden disolverse y formar soluciones sólidas intersticiales. Estas soluciones tienen una concentración limitada, ya que el número de poros en la red de disolventes es limitado.
6. Modificación de la estructura y propiedades del acero
La propiedad de las aleaciones de hierro-carbono de experimentar transformaciones de fase durante la cristalización y el recalentamiento-enfriamiento, para cambiar la estructura y propiedades bajo la influencia de influencias termomecánicas y químicas e impurezas modificadoras es ampliamente utilizada en metalurgia para obtener metales con propiedades deseadas.
Al desarrollar y diseñar estructuras de acero y hormigón armado de edificios y estructuras, equipos tecnológicos y máquinas (autoclaves, hornos, molinos, tuberías a presión y sin presión para diversos fines, moldes metálicos para la fabricación de productos de construcción, máquinas de construcción, etc.) , es necesario tener en cuenta las condiciones climáticas, tecnológicas y de emergencia de sus trabajos.
Las bajas temperaturas negativas reducen el umbral de fragilidad en frío, la resistencia al impacto y la tenacidad a la fractura.
La temperatura elevada reduce el módulo de elasticidad, la resistencia a la tracción, el límite elástico, lo que se manifiesta claramente, por ejemplo, durante los incendios.
A 600 °C, el acero, ya 200 °C, las aleaciones de aluminio, pasan completamente a un estado plástico y las estructuras bajo carga pierden su estabilidad.
Es por eso que las estructuras metálicas sin protección tienen relativamente poca resistencia al fuego.
Equipos tecnológicos: calderas, tuberías, autoclaves, moldes metálicos, así como refuerzo de estructuras de hormigón armado, sometidos constantemente a calentamiento cíclico: enfriamiento en el rango de temperatura de 20-200 ° C y más durante el proceso de producción, experimentan envejecimiento térmico y bajo -revenido por temperatura, a menudo agravado por la corrosión, que es necesario tener en cuenta al elegir grados de acero para fines específicos.
Los principales métodos de modificación de la estructura y propiedades del acero utilizados en metalurgia son:
Introducción en el metal fundido de sustancias que forman compuestos refractarios, que son centros de cristalización;
La introducción de elementos de aleación que aumentan la resistencia de las redes cristalinas de ferrita y austenita, ralentizando los procesos de difusión de liberación de carbono y carburo y el movimiento de dislocaciones;
Tratamiento térmico y termomecánico del acero.
Están destinados principalmente a moler los granos de acero enfriado, aliviando tensiones residuales y aumentando su homogeneidad química y física.
Como resultado, se incrementa la templabilidad del acero; se reducen la dureza, el umbral de fragilidad en frío, la fragilidad por revenido, la tendencia al envejecimiento térmico y por deformación, se mejoran las propiedades plásticas del acero.
Las características específicas de estos métodos se discuten a continuación.
Los elementos de aleación se introducen en los aceros estructurales.
Al ser elementos formadores de carburos, sirven simultáneamente como aditivos modificadores que aseguran la nucleación y el refinamiento de los granos de acero durante la cristalización en estado fundido.
En los grados de acero aleado, el tipo y el contenido de los elementos de aleación se indican mediante letras y números a la derecha de las letras.
Indican el contenido aproximado (%) del elemento de aleación; la ausencia de cifras significa que no supera el 1,5%.
Designaciones aceptadas de elementos de aleación: A - nitrógeno, B - niobio, C - tungsteno, D - manganeso, D - cobre, E - selenio, K - cobalto, H - níquel, M - molibdeno, P - fósforo, P - boro, C - silicio, T - titanio, F - vanadio, X - cromo, C - circonio, H - tierras raras, Yu - aluminio.
Los elementos de aleación, al disolverse en ferrita y austenita, reducen el tamaño de grano y las partículas de la fase de carburo.
Al estar ubicados a lo largo de los límites de grano, dificultan su crecimiento, la difusión de carbono y otros elementos de aleación y aumentan la resistencia de la austenita al sobreenfriamiento.
Por lo tanto, los aceros de baja aleación tienen una estructura de grano fino e indicadores de calidad más altos.
El procesamiento térmico y termomecánico son formas comunes de modificar la estructura y mejorar las propiedades del acero.
Existen los siguientes tipos de ellos: recocido, normalización, temple y revenido. El recocido incluye los procesos de homogeneización, recristalización y eliminación de tensiones residuales.
Rangos de temperatura para diferentes tipos de recocido: 1 - homogeneización; 2 - recocido de recristalización a baja temperatura (revenido alto) para reducir la dureza; 3 - recocido (templado) para aliviar el estrés; 4 - recocido completo con recristalización de fase; 5, 6 - normalización de acero sub e hipereutectoide; 7 - esferoidización; 8 - recocido incompleto de acero hipoeutectoide
Los lingotes de acero aleado se someten a homogeneización a 1100–1200 °C durante 15–20 h para igualar la composición química, reducir la segregación dendrítica e intracristalina, que provoca una fractura frágil durante el tratamiento a presión, anisotropía de propiedades, formación de copos y una estructura de grano grueso.
El recocido de recristalización se utiliza para eliminar el endurecimiento del metal deformado calentándolo por encima de la temperatura del umbral de recristalización, empapándolo a esta temperatura y enfriándolo.
Hay deformaciones frías y calientes (calientes).
El frío se lleva a cabo a una temperatura por debajo del umbral de recristalización y el calor por encima.
La recristalización durante la deformación en frío se denomina estática, y durante la deformación en caliente, dinámica, caracterizada por un "endurecimiento por trabajo en caliente" residual, útil para el endurecimiento por calentamiento por laminación.
El recocido para eliminar las tensiones residuales se lleva a cabo a 550...650 °C durante varias horas. Previene la deformación de los productos soldados después del corte, enderezado, etc.
La normalización prevé el calentamiento de productos largos a - y acero estructural hipereutectoide, una exposición corta y enfriamiento en aire.
Provoca la recristalización de fase completa del acero, alivia las tensiones internas, aumenta la ductilidad y la resistencia al impacto.
El enfriamiento acelerado en el aire conduce a la descomposición de la austenita a temperaturas más bajas.
La normalización se usa ampliamente para mejorar las propiedades de los aceros de construcción con bajo contenido de carbono, en sustitución del recocido. Para aceros de medio carbono y aleados, se combina con un alto revenido a temperaturas por debajo del umbral de recristalización.
El templado y el revenido permiten mejorar la resistencia y las propiedades plástico-viscosas del acero, la reducción del umbral de fragilidad en frío y la sensibilidad a los concentradores de tensión.
El temple consiste en calentar el acero, mantenerlo hasta que el acero esté completamente austenizado y enfriarlo a una velocidad que asegure la transición de austenita a martensita.
Por lo tanto, la red cristalina de la martensita está fuertemente distorsionada y experimenta tensiones debido a las características estructurales y un aumento en el volumen específico de la martensita en comparación con la austenita en un 4...4,25 %.
La martensita es frágil, dura y fuerte. Sin embargo, una transformación martensítica suficientemente completa solo es posible para aceros aleados y con alto contenido de carbono, que tienen una mayor estabilidad de la austenita sobreenfriada.
En los aceros de construcción con bajo contenido de carbono y baja aleación, es pequeña y, por lo tanto, durante el enfriamiento rápido, incluso con un enfriamiento rápido con agua, la martensita no se forma o se forma en menor cantidad en combinación con la bainita.
Durante el enfriamiento rápido de los aceros de construcción con bajo contenido de carbono (C0,25 %) (enfriamiento por calentamiento por laminación), la austenita se descompone y se forma una estructura de ferrita-cementita altamente dispersa de perlita-sorbita y troostita o martensita y cementita con bajo contenido de carbono.
Esta estructura se llama bainita.
Ha aumentado la resistencia, la dureza y la resistencia en comparación con los productos de descomposición de la austenita en la región de la perlita: sorbitol y proostita, mientras mantiene una alta plasticidad, viscosidad y un umbral de capacidad de frío reducido.
El endurecimiento del acero mediante el calentamiento por laminación se debe al hecho de que la recristalización dinámica durante el calentamiento por laminación es incompleta y la bainita hereda una alta densidad de dislocaciones formadas en la austenita deformada.
La combinación de la deformación plástica del acero en estado austenítico con el templado y el revenido puede aumentar significativamente su resistencia, ductilidad y tenacidad, eliminando la tendencia a la fragilidad del templado, que se observa durante el templado a temperatura media del acero aleado a 300...400 ° C.
El templado es la operación final del tratamiento térmico del acero, tras la cual adquiere las propiedades requeridas.
Consiste en calentar acero templado, mantenerlo a una temperatura determinada y enfriarlo a una velocidad determinada.
El propósito del templado es reducir el nivel de tensiones internas y aumentar la resistencia a la destrucción.
Hay tres tipos: de baja temperatura (baja) con calentamiento hasta 250 °C; temperatura media (media) con calentamiento en el rango de 350-500 °C y temperatura alta (alta) con calentamiento a 500-600 °C.
El envejecimiento del acero al carbono se manifiesta en un cambio de sus propiedades a lo largo del tiempo sin un cambio apreciable en la microestructura.
El umbral de resistencia y fragilidad en frío aumenta, la plasticidad y la resistencia al impacto disminuyen.
Hay dos tipos de envejecimiento: térmico y deformativo (mecánico).
El envejecimiento por deformación (mecánico) se produce después de la deformación plástica a una temperatura por debajo del umbral de recristalización.
La razón principal de este tipo de envejecimiento es también la acumulación de átomos de C y N en las dislocaciones, lo que dificulta su movimiento.
Los constructores se encuentran con los hechos de la fragilidad por temple y el envejecimiento del acero durante el método electrotérmico de tensado del refuerzo en el proceso de fabricación de estructuras de hormigón armado pretensado.
7. Hierro fundido
Como se mencionó anteriormente, las aleaciones de hierro y carbono que contienen más de 2,14 % de C se denominan hierro fundido.
La presencia de eutécticos en la estructura de la fundición determina su uso exclusivamente como aleación de colada. El carbono en el hierro fundido puede estar en forma de cementita y grafito, o en ambos.
La cementita le da a la fractura un color claro y un brillo característico; grafito - color gris sin brillo.
El hierro fundido, en el que todo el carbono está en forma de cementita, se llama blanco, y en forma de cementita y grafito libre - gris
Según la forma del grafito y las condiciones de su formación, existen: fundiciones grises, de alta resistencia con grafito nodular y maleables.
La composición de la fase y las propiedades del hierro fundido están influenciadas decisivamente por el contenido de carbono, silicio y otras impurezas, así como por el modo de enfriamiento y recocido.
Influencia del contenido de carbono y silicio en la estructura del hierro fundido (área sombreada - los hierros fundidos más comunes):
I - área de hierro fundido blanco; II - hierro semifundido; III - fundición gris perlítica; IV - hierro fundido ferrítico-perlítico; V - fundición gris ferrítica;L - ledeburita; P - perlita; C - cementita; G - grafito; F - ferrita
El hierro fundido blanco tiene una alta dureza y resistencia (HB 4000-5000 MPa), se procesa mal al cortarlo y es quebradizo.
Se utiliza como conversión a acero o hierro dúctil.
El hierro fundido enfriado tiene una estructura de hierro fundido blanco en la capa superficial y hierro fundido gris en el núcleo, lo que le da a los productos fabricados una mayor resistencia al desgaste y durabilidad.
Composición aproximada de la fundición blanca: C=2,8-3,6%; Si=0,5-0,8%; Mn=0,4-0,6%.
La fundición gris es una aleación de Fe-Si-C, con las inevitables impurezas de Mn, P y S.
Las mejores propiedades son las fundiciones hipoeutécticas que contienen 2,4-3,8% C, parte del cual, hasta el 0,7%, está en forma de cementita.
El silicio contribuye a la grafitización de la fundición, el manganeso, por el contrario, la previene, pero aumenta la tendencia a la decoloración de la fundición.
El azufre es una impureza nociva que degrada las propiedades mecánicas y de fundición del hierro fundido.
El fósforo en una cantidad de 0.2-0.5% no afecta la grafitización, aumenta la fluidez, pero aumenta la fragilidad del hierro fundido.
Las propiedades mecánicas y plásticas del hierro fundido están determinadas por su estructura, principalmente por el componente de grafito. Cuantas menos inclusiones de grafito, más pequeñas, más ramificadas y más aisladas entre sí, la fundición es más resistente y dúctil.
La estructura de la base metálica de fundición es de acero hipoeutectoide o eutectoide, es decir, ferrita + perlita o perlita. La mayor resistencia, dureza y resistencia al desgaste tiene fundición gris con una estructura de perlita de la base metálica de la composición aproximada: C = 3.2-3.4%; Si - 1,4-2,2%; Mn=0,7-1,0%; P, S 0,15-0,2%.
Influencia del metal base y la forma de las inclusiones de grafito en las propiedades mecánicas y tecnológicas de las fundiciones
Propiedades físicas y mecánicas de las fundiciones de diversas estructuras.
|
nombre de hierro fundido |
grado de hierro fundido |
Estructura de la base metálica |
forma de grafito |
Dureza HB, MPa |
Resistencia a la tracción, MPa |
Extensión relativa, % |
|
Gris |
MF-10; SCH-15 |
Platos medianos y grandes |
1200-2400 |
100-150 |
- |
|
|
MF-18; MF-21; MF-24; MF-25; MF-30; SCh-40 |
Perlita (sorbitol) |
Pequeños platos giratorios |
2550-2900 |
180-400 |
- |
|
|
Altamente durable |
VCh35-22; VCh40-15; VCh45-10 |
Ferrítico y ferrítico-perlítico |
esférico |
1400-1700; 1400-2020; 1400-2250; |
||
|
VCh50-8; |
perlita |
esférico |
1530-2450; |
|||
|
VCh60-3; |
1920-2770; |
|||||
|
VCh70-2; |
2280-3020; |
|||||
|
VCh80-2; |
2480-3510; |
|||||
|
VCh100-2 |
2700-3600 |
1000 |
||||
|
Maleable |
KCh30-6; |
ferrítico |
escamoso |
1630 |
||
|
KCH33-8 |
||||||
|
KCh35-10 |
||||||
|
KCh37-12 |
||||||
|
KCh50-4; |
perlita |
escamoso |
2410-2690 |
|||
|
KCh56-4; |
||||||
|
KCh60-3; |
||||||
|
KCh63-2 |
Las inclusiones de grafito, que reducen drásticamente la resistencia a la tracción del hierro fundido gris, prácticamente no afectan su resistencia a la compresión, flexión y dureza; hacerlo insensible a los concentradores de estrés, mejorar la maquinabilidad.
El hierro fundido gris está marcado con las letras C - gris y H - hierro fundido.
Los números que siguen indican la resistencia a la tracción promedio (kg/mm).
Los hierros fundidos perlíticos incluyen los grados de hierro fundido modificado SCH30-SCH35, que contienen aditivos modificadores: grafito, ferrosilicio, silicocalcio en una cantidad de 0,3-0,8%, etc.
Para aliviar las tensiones internas, las piezas fundidas se recocen a 500–600 °C, seguidas de un enfriamiento lento.
La modificación y el recocido aumentan la ductilidad, la tenacidad y la resistencia del hierro fundido.
Con la introducción de hierro fundido gris durante su fundición de magnesio en una cantidad de 0.03-0.07%, el grafito en el proceso de cristalización adquiere una forma esférica en lugar de una laminar.
Dicho hierro fundido tiene una alta resistencia, comparable a la del acero fundido, buenas propiedades de fundición y ductilidad, maquinabilidad y resistencia al desgaste.
Los grados de hierro dúctil se designan con letras y números.
Este último significa resistencia a la tracción (kg/mm) y alargamiento relativo (%).
El hierro dúctil se obtiene mediante calentamiento a largo plazo (recocido) de piezas fundidas de hierro fundido blanco.
El recocido se realiza en dos etapas con exposición a cada una de ellas hasta la completa descomposición de ledeburita (etapa I), austenita y cementita (etapa II) y formación de ferrita y grafito.
Este último destaca en este caso en forma de escamas, lo que confiere a la fundición una gran ductilidad.
Su fractura es de color negro aterciopelado.
Si se acelera el enfriamiento, se forma hierro fundido maleable con una base perlítica, lo que reduce la ductilidad y le da a la fractura una apariencia ligera (de acero). Márquelo de la misma manera que el hierro fundido de alta resistencia.
El término "hierro dúctil" es condicional y caracteriza el plástico, y no las propiedades tecnológicas del hierro fundido, ya que sus productos, como los de otros hierros fundidos, se obtienen por fundición y no por forja.
En la construcción, se utilizan todos los tipos de hierros fundidos considerados con inclusiones de grafito.
Las fundiciones grises se utilizan en estructuras que funcionan bajo carga estática (columnas, losas de cimentación, placas base para cerchas, vigas, tuberías de alcantarillado, pozos de visita, válvulas); Los hierros fundidos dúctiles y maleables con mayor resistencia, ductilidad y tenacidad se utilizan en estructuras sujetas a carga y desgaste dinámicos y vibratorios (pisos de edificios industriales, cimientos de equipos pesados de forjado y prensado, soportes de armadura de puentes ferroviarios y de carretera, tubería para sujetar elementos críticos túneles de transporte subterráneos, en la montaña).
8. Metales no ferrosos
De los metales no ferrosos, el aluminio tiene el mayor uso en la construcción, ya que tiene una alta resistencia específica, ductilidad, resistencia a la corrosión y eficiencia económica.
La plata, el oro, el cobre, el zinc, el titanio, el magnesio, el estaño, el plomo y otros se utilizan principalmente como aditivos de aleación y componentes de aleación y, por lo tanto, tienen un uso especial y limitado en la construcción (tipos especiales de vidrio, objetos únicos: monumentos conmemorativos de Mamaev Kurgan en Volgogrado, en Poklonnaya Gora, un obelisco en honor a la conquista del espacio en Moscú y otros, en los que se utilizan ampliamente el titanio, el cobre y sus aleaciones; válvulas y dispositivos de cierre y control para fontanería y calefacción, sistemas eléctricos de edificios y estructuras).
En su forma pura, los metales no ferrosos, como el hierro, rara vez se utilizan debido a su baja resistencia y dureza.
Aluminio- metal blanco plateado, densidad 2700 kg/m3 y punto de fusión 658 °С. Su red cristalina es un cubo centrado en las caras con un período de 0,40412 nm.
Los granos de aluminio reales, como los granos de hierro, tienen una estructura de bloque y defectos similares: vacantes, átomos intersticiales, dislocaciones, límites de ángulo bajo y alto entre granos.
Se consigue un aumento de la resistencia mediante la aleación de Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, así como la deformación plástica (trabajo duro), el endurecimiento y el envejecimiento. Todas las aleaciones de aluminio se dividen en forjado y fundido.
Las aleaciones forjadas, a su vez, se dividen entempladas térmicamente y no templadas .
Las aleaciones endurecidas por calor incluyen Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; no endurecido térmicamente - aluminio técnico y aleaciones de dos componentes Al-Mn y Al-Mg (maglia).
Cobre- la principal adición de aleación de aleaciones - duraluminio, aumenta la resistencia, pero reduce la ductilidad y las propiedades anticorrosivas del aluminio.
El manganeso y el magnesio aumentan la resistencia y las propiedades anticorrosivas; silicio: fluidez y fusibilidad, pero empeora la plasticidad.
El zinc, especialmente con magnesio, aumenta la resistencia pero reduce la resistencia a la corrosión bajo tensión.
Para mejorar las propiedades de las aleaciones de aluminio, introducen una pequeña cantidad de cromo, vanadio, titanio, circonio y otros elementos. El hierro (0,3-0,7%) es una impureza indeseable pero inevitable.
La proporción de componentes en las aleaciones se selecciona en función de las condiciones para su logro después del tratamiento térmico y el envejecimiento de alta resistencia, maquinabilidad y resistencia a la corrosión.
Las aleaciones se designan por grados que tienen una designación alfabética y numérica que caracteriza la composición y el estado de la aleación: M - recocido (suave); H - trabajado en frío; H2 - semitemplado; T - endurecido y envejecido naturalmente; T1 - endurecido y envejecido artificialmente; T4: no completamente endurecido y envejecido artificialmente.
Las aleaciones endurecidas térmicamente son típicas de trabajo duro y trabajo semiduro; endurecimiento y envejecimiento - para endurecimiento térmico.
Grados de aluminio técnico: AD, AD1 (A - aluminio, D - aleación de tipo duraluminio, 1 - caracteriza el grado de pureza del aluminio - 99,3%; en la marca AD - 98,8 A1); alta resistencia - B95, B96, forja - AK6, AK8 (los números indican el contenido total de los elementos de aleación principales y adicionales en la aleación (%).
Marcas de aleaciones de aluminio no endurecidas térmicamente: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M - blando, Mts - manganeso, Mg2 - magnesio con un contenido del 2% en la aleación).
Designación numérica de los grados de aleación de aluminio: 1915, 1915T, M925, 1935T (el primer dígito indica la base de la aleación - aluminio; el segundo - la composición de los componentes; 0 - aluminio comercialmente puro, 1 - Al-Cu-Mg, 3 - Al-Mg-Si, 4 - Al-Mn, 5- Al-Mg, 9 - Al-Mg-Zn; los dos últimos son el número de serie de la aleación en su grupo).
Los principales tipos de tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio son el recocido, el endurecimiento y el envejecimiento (templado)
El recocido se produce sin transformaciones de fase y se utiliza para aliviar tensiones, homogeneizar, recristalizar y recuperar.
En este último caso, hay una restauración de las propiedades físicas y mecánicas iniciales de la aleación, una disminución de la resistencia, un aumento de la ductilidad y la resistencia al impacto, que son necesarios para fines tecnológicos.
9. Refuerzo de acero para estructuras de hormigón armado.
Para reforzar las estructuras de hormigón armado, se utilizan refuerzos de barras y alambres de un perfil liso y periódico y cuerdas de aceros con bajo contenido de carbono y baja aleación, endurecidos por enfriamiento por calentamiento por laminación, deformación en frío o en caliente.
Estos requisitos son más satisfechos por varilla de alta resistencia (A-1V - AV1; At-1VC (K) - At-V1C (K), etc.), alambre (B-II, Vr-II) y cuerda (K- 7, K-9) refuerzo con un límite elástico de 590-1410 MPa y un alargamiento relativo de 8-14%, respectivamente, utilizado para la fabricación de estructuras de hormigón armado pretensado.
Al mismo tiempo, junto con un aumento en la resistencia y la resistencia al agrietamiento de las estructuras en un 20-30%, el consumo de acero de refuerzo se reduce en comparación con el A-I (A-240), A-II (A-300) sin tensar. , A-III (A-400), Vp-I.
Sin embargo, desde el punto de vista del comportamiento frente a la corrosión, las armaduras de alta resistencia, especialmente las pretensadas, son potencialmente más vulnerables.
El comportamiento ante la corrosión del refuerzo en el hormigón se caracteriza principalmente por el cambio en la resistencia, la ductilidad y la naturaleza de su fractura, así como por la profundidad del daño por corrosión (mm/año) o la pérdida de peso (g/m día o g/m h)
El estado pasivo del refuerzo en el hormigón, que es termodinámicamente propenso a las reacciones de oxidación, lo proporciona la naturaleza altamente alcalina del medio (pH12) y una capa protectora de hormigón suficientemente gruesa (0,01-0,035 m) y densa.
De acuerdo con la teoría de la película de óxido, el estado pasivo de refuerzo en un ambiente oxidante se produce debido a la formación de una fina película de óxido sobre la superficie del metal.
El potencial de equilibrio para la formación de tal película es positivo y es de aproximadamente 0,63 V, y el hierro en estado activo es de aproximadamente -0,4 V.
Tan pronto como la polarización de las secciones del ánodo del metal alcanza el potencial para la formación de una película de óxido, la densidad de corriente de disolución disminuye bruscamente y el metal pasa a un estado pasivo.
Este potencial característico se denomina potencial de Flade..
La pasivación del refuerzo en hormigón a una temperatura de 20 ± 5 ° C se completa en 32-36 horas, no solo con una superficie limpia, sino también con óxido.
Sin embargo, el valor de pH del medio caracteriza ambiguamente el estado de refuerzo en el hormigón; está determinada en gran medida por la presencia de iones activadores, que desplazan el potencial de disolución del metal en dirección negativa; el metal luego entra en un estado activo.
Es posible juzgar objetivamente el estado electroquímico del refuerzo en el concreto solo por su polarizabilidad, es decir cambio en el potencial del electrodo y la densidad de corriente.
No todos los hormigones se caracterizan por un alto valor de pH.
En autoclave, yesos y hormigones con aditivos minerales activos desde el momento de su fabricación pH<12.
En tales hormigones, el refuerzo requiere una capa protectora.
La despasivación del refuerzo también puede ocurrir en la capa protectora carbonizada del hormigón (donde se encuentra el refuerzo), especialmente en lugares de grietas, lo que debe tenerse en cuenta al asignar el espesor y la densidad de la capa protectora, según el tipo, propósito, condiciones de operación y vida útil de las estructuras de hormigón armado.
Las lesiones de corrosión localizadas de la superficie metálica actúan de manera similar a los concentradores de tensión.
En los aceros dulces dúctiles, cerca de los centros de estas lesiones, se produce una redistribución de tensiones, como resultado de lo cual las propiedades mecánicas de los aceros prácticamente no cambian.
En aceros de alta resistencia y baja ductilidad de perfil liso y periódico, por ejemplo, V-II y Vr-II, que experimentan tensiones de tracción cercanas al límite elástico (y por esta razón son menos susceptibles a la polarización anódica), la corrosión local El daño causa una gran concentración de tensiones débilmente relajantes y la probabilidad de una fractura frágil se vuelve.
Por lo tanto, los aceros de refuerzo de alta resistencia recomendados para estructuras pretensadas, por regla general, son de aleación compleja, han sido sometidos a tratamiento térmico y termomecánico, normalización y alto revenido, a 600-650 °C.
La introducción de una pequeña cantidad de aditivos de aleación Cr, Mn, Si, Cu, P, Al y otros en el acero de refuerzo, junto con el tratamiento térmico y termomecánico, mejora significativamente las propiedades mecánicas y 2-3 veces las propiedades anticorrosivas de los aceros.
10. Estructuras de acero
Las principales formas estructurales y el propósito de las estructuras de acero son:edificios industriales, marcos y cubiertas de grandes luces de edificios públicos, puentes y pasos elevados, torres y mástiles, vidrieras, rellenos de puertas y ventanas, falsos techos y etc.
Los elementos primarios de las estructuras de los edificios son:
Chapa de acero laminada en caliente de 4-160 mm de espesor, 6-12 m de largo, 0,5-3,8 m de ancho, suministrada en forma de láminas y rollos; laminados finos en caliente y en frío, de hasta 4 mm de espesor en bobinas; estante ancho universal de 6-60 mm de espesor laminado en caliente con bordes mecanizados y alineados;
Perfil de acero: ángulos, canales, vigas en I, tes, tuberías, etc., a partir de los cuales se ensamblan varias secciones simétricas, lo que proporciona una mayor estabilidad y rentabilidad de las estructuras;
Tubos redondos sin costura laminados en caliente con un diámetro de 25-550 mm y un espesor de pared de 2,5-75 mm para postes de radio y televisión;
Tubos redondos electrosoldados, con un diámetro de 8-1620 mm y un espesor de pared de 1-16 mm; sección cuadrada y rectangular con lados de 60 a 180 mm y espesor de pared de 3 a 8 mm. Las tuberías se utilizan en la construcción de techos livianos, paredes de entramado de madera, encuadernaciones, vidrieras;
Perfiles conformados en frío hechos de cinta o tira con un espesor de 1-8 mm.Su principal área de aplicación es la construcción ligera y económica de revestimientos de edificios;
Perfiles para diversos fines: marcos de ventanas, puertas y linternas, rieles de grúas, cubiertas de perfiles galvanizados, cables de acero y alambre de alta resistencia para techos colgantes y atirantados, puentes, mástiles, estructuras de techos pretensados, tuberías, tanques, etc.
Los principales tipos de perfiles rodantes. a) chapa de acero; b) perfiles de esquina; c) canal; d), e), f) vigas en I con diferentes anchos de estante; g) vigas en I y canales de paredes delgadas; h) tubos sin soldadura y electrosoldados
Tipos de perfiles conformados en frío hechos de cinta o tira de acero con un espesor de 1 a 8 mm. a) ángulos iguales y desiguales; b) canales; c) sección arbitraria
La lista de perfiles laminados que indican la forma, las dimensiones, la masa de la unidad y las tolerancias se denomina surtido.
Los más económicos y en él son los perfiles de paredes delgadas.
Fragmentos de columnas, vigas de grúas y puentes, armaduras, vigas, arcos, techos cilíndricos y a cuatro aguas, y otras estructuras se fabrican a partir de elementos primarios en la fábrica, que luego se amplían en bloques y se montan en el sitio de construcción.
La producción e instalación de estructuras metálicas la llevan a cabo fábricas especializadas y organizaciones de instalación que garantizan una alta productividad y calidad de los productos y la instalación.
Dependiendo del propósito y las condiciones de operación de las estructuras metálicas, el grado de responsabilidad de los edificios y estructuras, se recomienda utilizar diferentes categorías de aceros, teniendo en cuenta su resistencia al frío a las temperaturas exteriores de invierno de diseño.
Todos los tipos de estructuras se dividen en 4 grupos, cuyos requisitos y, en consecuencia, los grados de acero disminuyen del primero al cuarto grupo.
Y si en los tres primeros, para las estructuras críticas principales, se recomiendan principalmente aceros aleados complejos, bien soldados y resistentes al frío, entonces en el cuarto grupo para estructuras auxiliares: aceros ordinarios VSt3sp (ps) (kp).
La aleación de aceros con pequeñas cantidades de cobre, fósforo, níquel, cromo (por ejemplo, aceros del primer y segundo grupo, 15G2AFDps, 10KhSND, 10KhNDP, 12GN2MFAYu, etc.) es especialmente eficaz para protegerlos de la corrosión atmosférica.
La capacidad de los aceros de baja aleación para formar densas películas protectoras de óxido, que consisten en amorfo - FeUN, condujo a la creación de los llamados cartens.
Se utilizan para estructuras de naves industriales, puentes, soportes y otras estructuras que operan en condiciones atmosféricas. Los cardenes no requieren pintura y no se corroen durante toda la vida útil de las estructuras. Las propiedades protectoras de la película se mejoran mediante la humectación periódica y el secado.
Composición típica de cartón 0,09% C y P; 0,4% Mn y Cu; 0,8% Cr y 0,3% Ni.
11. Estructuras de aluminio
El inicio del uso del aluminio en la construcción puede considerarse la instalación de una cornisa de aluminio en el Life Building de Montreal en 1896 y un techo de aluminio en dos edificios religiosos de Roma en 1897-1903.
Durante la reconstrucción del puente de la ciudad de Pittsburgh (EE. UU.) en 1933, por primera vez, los elementos de soporte de la calzada del puente se fabricaron con canales y láminas de aluminio, que se operaron con éxito durante 34 años.
En la construcción doméstica, las estructuras de aluminio se utilizaron por primera vez a principios de los años cincuenta en el equipamiento de la estación de investigación "Polo Norte" y la construcción de escaladores en el Cáucaso.
El aluminio es más utilizado en el extranjero, y el sector de la construcción utiliza hasta el 27% del consumo total de aluminio en estos países.
La producción de estructuras de construcción de aluminio en ellos se concentra en grandes plantas especializadas con una capacidad de 30-40 mil toneladas por año, que aseguran la producción de diversos productos de alta calidad.
Los más efectivos de ellos son:paneles de paredes exteriores y revestimientos de tipo sin marco, techos suspendidos, estructuras plegables y de láminas.
Una parte significativa del efecto económico se logra al reducir los costos de transporte y operación debido a la mayor resistencia a la corrosión y la ligereza de las estructuras de aluminio en comparación con estructuras similares hechas de acero y hormigón armado.
En estructuras portantes, el uso de aluminio no es económicamente factible, a excepción de los revestimientos de grandes luces y casos de mayor agresividad del medio ambiente.
Esto se debe al bajo módulo de elasticidad del aluminio, por lo que es necesario aumentar las dimensiones de la sección transversal de los elementos y de las propias estructuras para dotarlas de la rigidez y estabilidad necesarias.
Al mismo tiempo, la resistencia del aluminio está infrautilizada.
Además, el aluminio tiene una resistencia al ciclo y una resistencia a la temperatura reducidas en comparación con el acero.
Estas deficiencias se pueden superar (teniendo en cuenta las altas propiedades plásticas del aluminio) mediante la creación de estructuras espaciales, incluidas las estructuras colgantes y de varillas, utilizando elementos doblados, estampados y láminas corrugadas, que realizan simultáneamente funciones de carga y cerramiento.
Perfiles doblados de aluminio de chapa. a) varillas simples abiertas; b) varillas complejas abiertas; c) láminas corrugadas con varias formas de corrugación (1 - ranurado; 2 - membrana; 3 - ondulado; 4 - acanalado; 5 - canal); d), e) perfiles multicavidad cerrados
Tipos de perfiles extruidos. un sólido; b) abierto; c) semiabierto; d) hueco (cerrado); e) paneles prensados; f) conexiones de bloqueo de perfiles emparejados; g) conexiones de perfil a presión
Los bloques de ventanas de aluminio y las vidrieras no proporcionan un efecto económico significativo en comparación con los de madera, incluso en las condiciones del Extremo Norte.
A pesar de ello, poseen las mejores propiedades funcionales, apariencia y alta durabilidad, que predeterminan la conveniencia de su amplia aplicación en todo tipo de construcciones.
Las estructuras de cerramiento de paredes y revestimientos de aluminio se pueden realizar de dos formas: a partir de paneles completamente preparados en fábrica oa partir de láminas perfiladas o lisas, aisladas o no aisladas durante la construcción.
Estos últimos pertenecen a naves y almacenes industriales sin calefacción.
Ambos metodos tienen sus ventajas y desventajas.
Se contrapone la sencillez y rapidez de instalación de los paneles prefabricados a la ausencia de redistribución en fábrica en el caso de utilizar cintas planas o perfiladas. Pero la instalación de un calentador se vuelve más complicada.
En la construcción prefabricada, existe un problema de fiabilidad de las juntas, especialmente de las chapas perfiladas; con cinta - instalación y tensión de cintas para grandes luces.
En la construcción doméstica, el método del primer panel ha recibido el mayor uso hasta ahora.
Los paneles de pared y techo generalmente consisten en dos láminas delgadas, lisas o perfiladas de aluminio con aislamiento entre ellas.
A lo largo del contorno del panel, en la mayoría de los casos, se instalan nervaduras que crean un marco.
Una de las láminas de aluminio (generalmente internas) se puede reemplazar con láminas de madera contrachapada, cemento de asbesto o plástico, aglomerado y fibra.
Como calentador, se utilizan tableros de lana mineral, PSB, PVC, espuma de PSB-S y espuma de poliuretano, espumados entre las pieles durante el proceso tecnológico. El aislamiento se pega a láminas de aluminio con epoxi o cola de caucho y se incluye en el funcionamiento del panel. Las dimensiones del panel son 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m y más.
El grosor de las láminas de revestimiento de aluminio es de 1-2,5 mm. Los grados recomendados de aleaciones de aluminio para su fabricación son AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915.
En el extranjero, los marcos de tres capas encolados y los paneles sin marco del tipo "Sándwich" se preparan en una corriente en formas individuales o de forma continua en forma de cinta continua, cortada al final de una línea automática en productos de un determinado Talla.
Para aumentar la resistencia a la intemperie y mejorar la apariencia, las láminas de aluminio se anodizan o se pintan con compuestos poliméricos en diferentes colores. Para mejorar la rigidez y calidad de los paneles, las láminas de aluminio se pretensan mecánicamente.
Esto le permite incluir la piel en el trabajo del marco del panel, aumentar la distancia entre las nervaduras, eliminar la ondulación de las láminas y proporcionar un mejor contacto adhesivo con el aislamiento.
En la construcción industrial, las láminas de aluminio con perfilería longitudinal y transversal son muy utilizadas para paredes y revestimientos.
La longitud de las hojas es de 10-30 mo más, el ancho es de 0,58-1,6 m, el espesor es de 0,3-1,62 mm.
Las láminas con perfilado transversal, como "Furral", Snap-rib, Zip-rib para techos, se utilizan en la práctica de la construcción en los EE. UU., Inglaterra, Alemania, Suiza y otros países.
Para este techo se utiliza AMts de aleación de aluminio blando.
Las hojas se transportan en rollos. En la construcción, se desenrollan y se unen a una caja de madera.
Fijación de láminas del tipo "Furral" a una caja de madera. 1 - caja de madera; 2 - hojas "Furral"; 3 - tira de montaje
Aislamiento de cercas de paredes de láminas corrugadas con aislamiento de losa. 1 - hojas corrugadas; 2 - aislamiento
La experiencia nacional en la fabricación de láminas con perfilado transversal difiere de la experiencia extranjera en la preparación completa en fábrica de cercas enrolladas, incluido el aislamiento.
Particularmente efectivos son los cerramientos de naves industriales hechos de láminas de aluminio pretensadas lisas.
Su costo es 20-30% menor que los perfilados, y el área útil es 25-35% mayor.
Un aislamiento tipo espuma con una capa texturizada que actúa como barrera de vapor se pega a las láminas en la fábrica o se aplica a la superficie de las láminas durante su instalación, como, por ejemplo, en Italia y Japón, donde la espuma de poliuretano expandido o una composición espumada a base de betún con un espesor de 6 -8 mm.
Estructura del panel enrollable de tres capas:
1 - hoja corrugada (portador); 2 - aislamiento elástico; 3 - hoja decorativa (interna); a - la longitud de la hoja corrugada; b - ancho del panel; R - radio de curvatura del panel
Las estructuras plegables de aluminio se utilizan para la construcción de edificios industriales, residenciales y públicos y asentamientos de tipo urbano en áreas de difícil acceso y en el extremo norte, donde se entregan por vía aérea. En comparación con los materiales y estructuras tradicionales, la masa de los edificios se reduce casi 20 veces, el período de construcción se reduce 4 veces y el costo estimado de 1 m2 de área utilizable se reduce en un 15-20%. Con un aumento en la facturación de estructuras prefabricadas, el efecto económico aumenta significativamente.
Los techos suspendidos de aluminio en términos de indicadores técnicos y económicos y una variedad de funciones realizadas (decorativas y acústicas, planificación arquitectónica, ventilación, iluminación, sanitarias e higiénicas, etc.) se comparan favorablemente con los techos suspendidos de yeso, fibrocemento, minerales tableros de lana como "Agmigran" y otros materiales
Son más ligeros, no se deforman, no generan polvo, no requieren reparación, se prestan a cualquier anodizado de forma y color, que actúa como protección anticorrosiva.
Los tanques de aluminio están hechos de dos tipos: para el almacenamiento de sustancias agresivas líquidas (aceite ácido y productos derivados del petróleo, ácido acético, nítrico concentrado y otros); para el almacenamiento de gases licuados.
Los tanques construidos en diferentes momentos en diferentes países tienen volúmenes que van desde 500 ma 3500 m y están en buenas condiciones.
Los oleoductos a presión y sin presión fabricados en aluminio grados AMg2M, AD31T, 1915, 1915T se utilizan para el transporte de petróleo y gas, semiproductos de la industria alimentaria y química, bombeo de morteros y hormigones.
Los tubos de duraluminio con un diámetro de 38-50 mm se utilizan para andamios plegables y andamios.
Normalmente se utilizan tubos sin soldadura y electrosoldados con un diámetro de hasta 200 mm.
Cuando se colocan en suelos, las tuberías están protegidas contra la corrosión por masilla de caucho bituminoso y materiales poliméricos.
La práctica de la construcción tiene ejemplos positivos del uso del aluminio también en ventilación y chimeneas para la eliminación de gases sulfurosos, que son agresivos con el acero durante la condensación.
Se realizan conexiones de elementos de estructuras de aluminio.:
Soldadura eléctrica con arco de argón utilizando electrodos no consumibles (tungsteno) y consumibles;
- soldadura por electrocontacto (para láminas delgadas);
Remachado para elementos y piezas de aluminio templado de diferentes espesores. El remachado se realiza en frío para evitar los huecos y la corrosión intercristalina que se observan durante el remachado en caliente;
En pernos, tornillos y juntas galvanizados y cadmiados;
En cola en uniones atornilladas, cerraduras y pestillos.
A diferencia de los tratamientos térmicos químico-térmicos y termomecánicos reales, además de los efectos térmicos, se incluyen, respectivamente, efectos químicos y de deformación sobre el metal. Esto complica el panorama general de los cambios en la estructura y las propiedades durante el tratamiento térmico.
Los equipos para realizar tratamientos químico-térmicos y termomecánicos, por regla general, son más complicados que para el tratamiento térmico propiamente dicho. Además de los dispositivos de calentamiento convencionales, incluye, por ejemplo, instalaciones para crear una atmósfera controlada, equipos para deformación plástica.
A continuación consideramos los patrones generales de cambios en la estructura y propiedades durante los tratamientos químico-térmicos y termomecánicos y sus variedades.
"Teoría del tratamiento térmico de los metales",
II Novikov
Durante HTMT, la austenita se deforma en el área de su estabilidad termodinámica y luego se enfría para obtener martensita (consulte el esquema de la figura del procesamiento de acero aleado). Después del temple, se realiza un revenido bajo. El objetivo principal del tratamiento térmico convencional con calentamiento por deformación (forjado por laminación) es excluir el calentamiento especial para el endurecimiento y, por lo tanto, obtener un efecto económico. El objetivo principal de HTMT es mejorar las propiedades mecánicas...
De gran interés es el fenómeno de herencia ("reversibilidad") del endurecimiento de HTMT descubierto por ML Bernstein durante el tratamiento térmico repetido. Resultó que el endurecimiento HTMT se retiene si el acero se vuelve a endurecer con una breve exposición a la temperatura de calentamiento para el enfriamiento rápido o si el acero endurecido con HTMT se somete primero a un alto revenido y luego se vuelve a endurecer. Por ejemplo, la resistencia a la tracción del acero 37XH3A después de HTMT según el régimen...
Los procesos de TMT de aceros han sido intensamente estudiados desde mediados de la década de 1950 en relación con la búsqueda de nuevas formas de aumentar la resistencia estructural. Tratamiento termomecánico a baja temperatura (LTMT) Durante el LTMT, la austenita sobreenfriada se deforma en la región de su mayor estabilidad, pero necesariamente por debajo de la temperatura de inicio de la recristalización y luego (se convierte en martensita. Después de eso, se lleva a cabo un revenido bajo (no se muestra en la figura) Esquema de procesamiento ...
El uso de HTMT está limitado por los siguientes factores. La aleación puede diferir en un rango tan estrecho de temperaturas de calentamiento para el temple que es prácticamente imposible mantener la temperatura de trabajo caliente dentro de límites tan estrechos (por ejemplo, dentro de ± 5 °C para el duraluminio D16). El rango de temperatura óptimo para la deformación en caliente puede ser significativamente más bajo que el rango de temperatura para calentar para enfriar. Por ejemplo, al prensar aleaciones de aluminio...
La esencia de PTMT radica en el hecho de que un producto semiacabado obtenido después de la deformación en caliente en un estado no recristalizado retiene una estructura no recristalizada incluso cuando se calienta para el enfriamiento rápido. PTMT se diferencia de HTMT en que las operaciones de deformación en caliente y calentamiento para temple están separadas (ver Figura Tratamiento termomecánico de aleaciones envejecidas). PTMT se usa ampliamente en la tecnología de producción de productos semiacabados a partir de aleaciones de aluminio. Ha sido un largo tiempo...
En HTMT, se lleva a cabo la deformación en caliente, el enfriamiento por calentamiento por deformación y el envejecimiento (ver la figura del Esquema de tratamiento termomecánico de aleaciones de envejecimiento). Durante la deformación en caliente, la densidad de las dislocaciones aumenta y se produce el endurecimiento en caliente, que puede eliminarse parcial o completamente durante la deformación como resultado del desarrollo de la poligonización dinámica y la recristalización dinámica. La curva tensión-deformación tiene una sección de aumento de la tensión de flujo, ...
La figura muestra los principales esquemas de TMT de aleaciones de envejecimiento. Las líneas irregulares indican deformación plástica. Esquemas de tratamiento termomecánico de aleaciones envejecidas Tratamiento termomecánico a baja temperatura (LTMT) El LTMT de aleaciones envejecidas es el primero (30s) y el tratamiento termomecánico más utilizado en la industria. El objetivo principal de LTMT es aumentar las propiedades de resistencia. Con LTMT, la aleación se somete primero a un endurecimiento convencional, ...
Consideremos primero el efecto de la deformación por frío en el envejecimiento de la zona. Parecería que la deformación, al aumentar la densidad de dislocaciones y la concentración de vacantes, debería acelerar el envejecimiento de la zona. Pero, en primer lugar, las zonas se generan de forma homogénea, y no sobre dislocaciones, y, en segundo lugar, las dislocaciones son lugares efectivos para sumideros de vacantes. Una deformación plástica muy fuerte aumenta la concentración de vacantes (la relación entre el número de vacantes y el número de átomos) en solo 10-6, ...
La eficiencia de la aplicación de LTMT está determinada por la fase de endurecimiento que se libera durante el envejecimiento. Así, por ejemplo, el endurecimiento adicional por la introducción de la deformación antes del envejecimiento artificial para las aleaciones Al-Cu-Mg (endurecedor - fase S) es mayor que para las aleaciones Al-Cu (endurecedor - fase θ´). Cuando se calienta para el envejecimiento después de la deformación en frío, la recristalización, por regla general, no se produce, pero ...
Procesamiento termomecánico de metales. es un conjunto de operaciones de deformación, calentamiento y enfriamiento, como resultado de las cuales la formación de la estructura final y las propiedades del material se produce en condiciones de mayor densidad y distribución óptima de las imperfecciones estructurales creadas por la deformación plástica.
El procesamiento termomecánico del acero se lleva a cabo principalmente de acuerdo con tres esquemas: alta temperatura (HTMT), baja temperatura (LTMT) y tratamiento termomecánico preliminar (PTMT).
Idea principal procesamiento a alta temperatura consiste en seleccionar los modos de laminación y enfriamiento después de la laminación, lo que asegura la producción de grano fino y uniforme en el producto terminado.
Procesamiento a baja temperatura consiste en calentar el acero a 1000..L 100 °C, enfriamiento rápido a la temperatura del estado metaestable de la austenita (400 ... 600 °C) y un alto grado (hasta 90% y más) de deformación en este temperatura. Posteriormente se realiza el temple para martensita y el revenido a 100...400 °C. El resultado es un aumento significativo en la resistencia en comparación con HTMT, pero menor ductilidad y resistencia al impacto. Este método es aplicable prácticamente solo a los aceros aleados.
Tratamiento termomecánico preliminar Se caracteriza por la simplicidad del proceso tecnológico: deformación plástica en frío (aumenta la densidad de las dislocaciones), calentamiento previo a la recristalización (proporciona poligonización de la estructura de ferrita), temple y revenido.
19. Cobre y aleaciones a base de cobre. Marcado de bronce y latón. El uso de aleaciones a base de cobre en ingeniería sanitaria.
Cobre- metal viscoso maleable de color rojo (rosa en una fractura), en capas muy delgadas se ve azul verdoso a la luz.
Las propiedades obtenidas dependen de la pureza y el nivel de contenido de impurezas determina su marca: MOOk - al menos 99,99% de cobre, MOK - 99,97%, M1K - 99,95%, M2k - 99,93% de cobre, etc. grados después de la letra M ( cobre) indique el número condicional de pureza, y luego el método de letra y las condiciones para obtener cobre: k - cátodo; b - anóxico; p - desoxidado; f - desoxidado con fósforo. Las impurezas nocivas que reducen las propiedades mecánicas y tecnológicas del cobre y sus aleaciones son el plomo, el bismuto, el azufre y el oxígeno. Su contenido en cobre está estrictamente limitado: bismuto: no más del 0,005%, plomo: 0,05%, etc.
El cobre pertenece a los metales no ferrosos pesados. La densidad es de 8890 kg/m 3, el punto de fusión es de 1083 °C. El cobre puro tiene una alta conductividad eléctrica y térmica.
El cobre tiene alta ductilidad y excelente trabajabilidad en frío y en caliente, buenas propiedades de fundición y maquinabilidad satisfactoria. Las propiedades mecánicas del cobre son relativamente bajas: la resistencia a la tracción es de 150...200 MPa, el alargamiento relativo es del 15...25%.
Las aleaciones dobles o de varios componentes de cobre con zinc y otros elementos se denominan latones.
El latón está marcado con la letra L (latón), seguida de números que indican el porcentaje de cobre. Por ejemplo, la marca de latón L68 contiene 68% de cobre, el resto es zinc. Si el latón es multicomponente, luego de la letra L coloque el símbolo de otros elementos (A - aluminio, F - hierro, H - níquel, K - silicio, T - titanio, Mts - manganeso, O - estaño, C - plomo, C - zinc y etc.) y cifras que indican su porcentaje medio en la aleación. El orden de las letras y números en latón forjado y fundido es diferente. En los latones de fundición, el contenido promedio del componente de la aleación se indica inmediatamente después de la letra que indica su nombre.
Bronce- una aleación de cobre con estaño, aluminio, plomo y otros elementos, entre los cuales el zinc y el níquel no son los principales. El zinc y el níquel solo se pueden introducir en los bronces como elementos de aleación adicionales. Según su composición química, los bronces se clasifican en estaño a sin estaño.
El bronce está marcado con las letras Br, seguidas de designaciones alfabéticas y numéricas de los elementos contenidos excepto el cobre. La designación de elementos en bronce es la misma que para el marcado de latón. No se indica la presencia de cobre en el grado, y su contenido está determinado por la diferencia. En los grados de bronces procesados por presión, los nombres de los elementos de aleación se indican en orden decreciente de su concentración, y al final del grado, en la misma secuencia, se indican sus concentraciones promedio. Por ejemplo, la marca de bronce BrOTsS4-4-2.5 contiene 4 % de estaño y zinc, 2,5 % de plomo, el resto es cobre. En los grados de bronces de fundición (GOST 613 y 493), después de cada designación de un elemento de aleación, se indica su contenido. Si las composiciones de fundición y bronces tratados a presión se superponen, por ejemplo, BrA9ZhZL.
20. Aluminio y aleaciones a base de aluminio. El uso de aleaciones a base de aluminio en ingeniería sanitaria.
Aluminio es un metal ligero de color blanco plateado con una densidad de 2,7 g/cm3 y un punto de fusión de 660 °C. Caracterizado por alta conductividad térmica y eléctrica y buena resistencia a la corrosión en muchos ambientes agresivos. Cuanto más puro es el aluminio, mayor es su resistencia a la corrosión.
Dependiendo del contenido de impurezas, el aluminio se divide en grupos y grados: aluminio de alta pureza A999 - 99,999 % aluminio, grados de alta pureza: A995 - 99,995 %, A99 - 99,99 %, A97 - 99,97 %, A95 - 99,95 % aluminio, técnico pureza con un contenido de impurezas de OD5 ... 1,0%: A85, A8, A7, A6, A5, AO. Por ejemplo, el grado A85 significa que el metal contiene 99,85 % de aluminio y el grado AO significa 99 % de aluminio. El aluminio de forja técnica está etiquetado como ADO y AD1. Fe, Si, Cu, Mn, Zn, etc. pueden estar presentes como impurezas en el aluminio.
Sobre una base técnica, todas las aleaciones de aluminio se dividen en 2 clases:
Moldeado e indeformable.
duraluminio son las aleaciones más comunes de este grupo, que se basan en aluminio, cobre y magnesio. Los duraluminios se caracterizan por una combinación de alta resistencia y ductilidad, se deforman bien en condiciones de frío y calor.
Siluminas- este es el nombre general de un grupo de aleaciones fundidas a base de aluminio que contienen silicio (4 ... 13% y en algunos grados hasta 23%) y algunos otros elementos. Las siluminas tienen altas propiedades de fundición, resistencia suficientemente alta, mayor resistencia a la corrosión y se procesan bien por corte.
Prueba
Ciencia de los Materiales
Sobre el tema: "Tratamiento térmico de metales y aleaciones"
Izhevsk
1. Introducción
2. Finalidad y tipos de tratamiento térmico
4. Endurecimiento
6. Envejecimiento
7. Tratamiento de frío
8. Tratamiento termomecánico
9. Finalidad y tipos de tratamiento químico-térmico
10. Tratamiento térmico de aleaciones de metales no ferrosos
11.Conclusión
12. Literatura
Introducción
El tratamiento térmico se utiliza en varias etapas de la producción de piezas de máquinas y productos metálicos. En algunos casos, puede ser una operación intermedia que sirve para mejorar la maquinabilidad de las aleaciones por presión, corte, en otros, es la operación final que proporciona el conjunto necesario de indicadores de propiedades mecánicas, físicas y operativas de productos o semi- productos terminados. Los productos semielaborados se someten a un tratamiento térmico para mejorar la estructura, reducir la dureza (mejorar la maquinabilidad) y las piezas, para darles ciertas propiedades requeridas (dureza, resistencia al desgaste, resistencia y otras).
Como resultado del tratamiento térmico, las propiedades de las aleaciones se pueden cambiar en un amplio rango. La posibilidad de un aumento significativo de las propiedades mecánicas después del tratamiento térmico en comparación con el estado inicial permite aumentar las tensiones admisibles, reducir el tamaño y el peso de las máquinas y mecanismos, y aumentar la fiabilidad y la vida útil de los productos. La mejora de las propiedades como resultado del tratamiento térmico permite el uso de aleaciones de composiciones más simples y, por lo tanto, más económicas. Las aleaciones también adquieren algunas propiedades nuevas, en relación con las cuales se está ampliando el alcance de su aplicación.
Propósito y tipos de tratamiento térmico.
El tratamiento térmico (calor) es un proceso, cuya esencia es el calentamiento y enfriamiento de productos en ciertos modos, lo que resulta en cambios en la estructura, composición de fase, propiedades mecánicas y físicas del material, sin cambiar la composición química.
El propósito del tratamiento térmico de los metales es obtener la dureza requerida, mejorar las características de resistencia de los metales y aleaciones. El tratamiento térmico se divide en térmico, termomecánico y químico-térmico. Tratamiento térmico - solo acción térmica, termomecánico - una combinación de acción térmica y deformación plástica, químico-térmico - una combinación de efectos térmicos y químicos. El tratamiento térmico, según el estado estructural obtenido como resultado de su aplicación, se divide en recocido (primero y segundo tipo), temple y revenido.
Recocido
Recocido - tratamiento térmico, que consiste en calentar el metal a determinadas temperaturas, exposición y posterior enfriamiento muy lento junto con el horno. Se utilizan para mejorar el procesamiento de metales por corte, para reducir la dureza, para obtener una estructura granular, así como para aliviar tensiones, eliminar parcial (o completamente) todo tipo de inhomogeneidades que se introdujeron en el metal durante operaciones anteriores (mecanizado , tratamiento a presión, fundición, soldadura), mejora la estructura de acero.
Recocido del primer tipo.. Se trata de un recocido en el que no se producen transformaciones de fase y, si se producen, no afectan a los resultados finales previstos para su finalidad. Existen los siguientes tipos de recocido del primer tipo: homogeneización y recristalización.
homogeneizar- esto es un recocido con una exposición prolongada a una temperatura superior a 950ºС (generalmente 1100–1200ºС) para igualar la composición química.
recristalización- es el recocido del acero templado a una temperatura superior a la temperatura de inicio de la recristalización, con el fin de eliminar el endurecimiento y obtener un tamaño de grano determinado.
Recocido del segundo tipo.. Esto es recocido, en el que las transformaciones de fase determinan su propósito previsto. Se distinguen los siguientes tipos: completo, incompleto, difusión, isotérmico, ligero, normalizado (normalización), esferoidizante (para perlita granular).
recocido completo producido calentando el acero 30–50 °C por encima del punto crítico, manteniendo esta temperatura y enfriando lentamente hasta 400–500 °C a una velocidad de 200 °C por hora para aceros al carbono, 100 °C por hora para aceros de baja aleación y 50 °C por hora para aceros de alta aleación. La estructura de acero después del recocido es equilibrada y estable.
recocido parcial Se produce calentando el acero a una de las temperaturas en el rango de transformaciones, mantenimiento y enfriamiento lento. El recocido incompleto se utiliza para reducir las tensiones internas, disminuir la dureza y mejorar la maquinabilidad.
recocido por difusión. El metal se calienta a temperaturas de 1100–1200ºС, ya que en este caso los procesos de difusión necesarios para igualar la composición química proceden más completamente.
Recocido isotérmico es el siguiente: el acero se calienta y luego se enfría rápidamente (más a menudo transfiriéndolo a otro horno) a una temperatura que está 50-100ºC por debajo de la crítica. Se utiliza principalmente para aceros aleados. Económico, ya que la duración del recocido convencional (13 - 15) h, y el recocido isotérmico (4 - 6) h
Recocido esferoidizante (para perlita granular) consiste en calentar el acero por encima de la temperatura crítica en 20 - 30 °C, manteniéndolo a esta temperatura y enfriándolo lentamente.
recocido brillante se lleva a cabo según los modos de recocido completo o incompleto utilizando atmósferas protectoras o en hornos con vacío parcial. Se utiliza para proteger la superficie metálica de la oxidación y la descarburación.
Normalización- consiste en calentar el metal a una temperatura de (30–50) ºС por encima del punto crítico y su posterior enfriamiento en el aire. El propósito de la normalización es diferente dependiendo de la composición del acero. En lugar de recocer, los aceros de bajo carbono se normalizan. Para aceros de medio carbono, se utiliza la normalización en lugar del temple y el alto revenido. Los aceros de alto carbono se someten a normalización para eliminar la red de cementita. La normalización seguida de un alto revenido se utiliza en lugar del recocido para corregir la estructura de los aceros aleados. La normalización es una operación más económica que el recocido, ya que no requiere enfriamiento junto con el horno.
endurecimiento
endurecimiento- se trata de calentamiento a la temperatura óptima, exposición y posterior enfriamiento rápido para obtener una estructura de no equilibrio.
Como resultado del endurecimiento, la resistencia y la dureza aumentan y la ductilidad del acero disminuye. Los principales parámetros durante el endurecimiento son la temperatura de calentamiento y la velocidad de enfriamiento. La tasa de enfriamiento crítico es la tasa de enfriamiento que proporciona la formación de una estructura: martensita o martensita y austenita residual.
Dependiendo de la forma de la pieza, el grado de acero y el conjunto requerido de propiedades, se utilizan varios métodos de endurecimiento.
Endurecimiento en un enfriador. La pieza se calienta a la temperatura de endurecimiento y se enfría en un refrigerante (agua, aceite).
Endurecimiento en dos ambientes (endurecimiento intermitente)- este es el endurecimiento en el que la pieza se enfría secuencialmente en dos medios: el primer medio es un refrigerante (agua), el segundo es aire o aceite.
endurecimiento escalonado. La pieza calentada a la temperatura de endurecimiento se enfría en sales fundidas, después de mantener el tiempo necesario para igualar la temperatura en toda la sección, la pieza se enfría al aire, lo que ayuda a reducir las tensiones de endurecimiento.
Endurecimiento isotérmico al igual que el escalonado, se produce en dos medios de refrigeración. La temperatura del medio caliente (sal, nitrato o baños alcalinos) es diferente: depende de la composición química del acero, pero siempre es 20-100 °C superior al punto de transformación martensítica de un acero dado. El enfriamiento final a temperatura ambiente se lleva a cabo al aire. El endurecimiento isotérmico se usa ampliamente para piezas hechas de aceros de alta aleación. Después del endurecimiento isotérmico, el acero adquiere propiedades de alta resistencia, es decir, una combinación de alta tenacidad con resistencia.
Auto templado es ampliamente utilizado en la industria de herramientas. El proceso consiste en que las piezas se mantienen en un medio refrigerante no hasta que se enfrían por completo, sino que en un momento determinado se retiran del mismo para guardar una cierta cantidad de calor en el núcleo de la pieza, por lo que la se lleva a cabo un templado posterior.
Vacación
Vacación El acero es la operación final del tratamiento térmico, que forma la estructura y, en consecuencia, las propiedades del acero. El revenido consiste en calentar el acero a diferentes temperaturas (según el tipo de revenido, pero siempre por debajo del punto crítico), mantener a esta temperatura y enfriar a diferentes velocidades. El propósito del templado es aliviar las tensiones internas que surgen durante el proceso de endurecimiento y obtener la estructura necesaria.
Según la temperatura de calentamiento de la pieza templada, existen tres tipos de revenido: alto, medio y bajo.
altas vacaciones producido a temperaturas de calentamiento superiores a 350–600 °C, pero por debajo del punto crítico; tal templado se utiliza para aceros estructurales.
Vacaciones promedio producido a temperaturas de calentamiento de 350 - 500 °C; dicho templado se usa ampliamente para resortes y aceros para resortes.
bajas vacaciones producido a temperaturas de 150–250 °C. La dureza de la pieza después del endurecimiento casi no cambia; El templado bajo se utiliza para aceros aleados y al carbono para herramientas en los que se requiere alta dureza y resistencia al desgaste.
El control del templado se lleva a cabo mediante los colores de templado que aparecen en la superficie de la pieza.
Envejecimiento
Envejecimiento es un proceso de cambio de las propiedades de las aleaciones sin un cambio notable en la microestructura. Hay dos tipos de envejecimiento: térmico y de deformación.
Envejecimiento térmico procede como resultado de los cambios en la solubilidad del carbono en el hierro dependiendo de la temperatura.
Si el cambio de dureza, ductilidad y resistencia se produce a temperatura ambiente, dicho envejecimiento se denomina natural.
Si el proceso procede a una temperatura elevada, entonces el envejecimiento se llama artificial.
Envejecimiento por deformación (mecánica) procede después de la deformación plástica en frío.
Tratamiento frio
Un nuevo tipo de tratamiento térmico para aumentar la dureza del acero al convertir la austenita retenida del acero endurecido en martensita. Esto se hace enfriando el acero a la temperatura del punto martensítico inferior.
Métodos de endurecimiento de superficies
superficie endurecida denominado proceso de tratamiento térmico, que consiste en el calentamiento de la capa superficial de acero a una temperatura superior a la temperatura crítica y posterior enfriamiento con el fin de obtener una estructura martensítica en la capa superficial.
Existen los siguientes tipos: endurecimiento por inducción; enfriamiento en un electrolito, enfriamiento por calentamiento con corrientes de alta frecuencia (HFC), enfriamiento por calentamiento con llama.
endurecimiento por induccion se basa en un fenómeno físico, cuya esencia radica en el hecho de que una corriente eléctrica de alta frecuencia, al pasar a través de un conductor, crea un campo electromagnético a su alrededor. Las corrientes de Foucault se inducen en la superficie de una pieza colocada en este campo, lo que hace que el metal se caliente a altas temperaturas. Esto hace posible que ocurran transformaciones de fase.
Dependiendo del método de calentamiento, el endurecimiento por inducción se divide en tres tipos:
calentamiento y endurecimiento simultáneos de toda la superficie (utilizado para piezas pequeñas);
calentamiento secuencial y endurecimiento de secciones individuales (utilizado para cigüeñales y piezas similares);
Calentamiento continuo-secuencial y endurecimiento por movimiento (utilizado para piezas largas).
Endurecimiento a la llama de gas. El proceso de endurecimiento a la llama consiste en el calentamiento rápido de la superficie de la pieza con una llama de oxiacetileno, oxicombustible u oxígeno-queroseno hasta la temperatura de endurecimiento, seguido de enfriamiento con agua o una emulsión.
Endurecimiento en electrolito. El proceso de endurecimiento en un electrolito es el siguiente: la parte que se va a endurecer se sumerge en un baño con un electrolito (5-10% de solución de sal calcinada) y se hace pasar una corriente de 220-250 V. Como resultado, la pieza se calienta a altas temperaturas. La pieza se enfría en el mismo electrolito (después de desconectar la corriente) o en un tanque de endurecimiento especial.
Procesamiento termomecánico
El tratamiento termomecánico (T.M.O.) es un nuevo método para fortalecer metales y aleaciones manteniendo suficiente plasticidad, combinando la deformación plástica y el tratamiento térmico de endurecimiento (templado y revenido). Hay tres métodos principales de procesamiento termomecánico.
Procesamiento termomecánico a baja temperatura (L.T.M.O) se basa en el temple por etapas, es decir, la deformación plástica del acero se lleva a cabo a temperaturas de relativa estabilidad de la austenita, seguida de temple y revenido.
Tratamiento termomecánico de alta temperatura (H.T.M.O) al mismo tiempo la deformación plástica se lleva a cabo a las temperaturas de estabilidad de la austenita, seguida por el templado y el revenido.
Tratamiento termomecánico preliminar (P.T.M.O) la deformación en este caso se puede realizar a temperaturas N.T.M.O y V.T.M.O oa una temperatura de 20ºС. Además, se lleva a cabo el tratamiento térmico habitual: temple y revenido.
Para cambiar las características técnicas de un metal, puede crear una aleación basada en él y agregarle otros componentes. Sin embargo, hay otra forma de cambiar los parámetros de un producto metálico: el tratamiento térmico del metal. Con su ayuda, puede influir en la estructura del material y cambiar sus características.
El tratamiento térmico del metal es una serie de procesos que le permiten eliminar la tensión residual de una pieza, cambiar la estructura interna del material y mejorar el rendimiento. La composición química del metal después del calentamiento no cambia. Con un calentamiento uniforme de la pieza de trabajo, cambia el tamaño de grano de la estructura del material.
Historia
La tecnología de tratamiento térmico del metal ha sido conocida por la humanidad desde la antigüedad. Durante la Edad Media, los herreros calentaban y enfriaban los espacios en blanco de las espadas con agua. En el siglo XIX, el hombre había aprendido a procesar el hierro fundido. El herrero colocó el metal en un recipiente lleno de hielo y lo cubrió con azúcar por encima. A continuación, comienza el proceso de calentamiento uniforme, con una duración de 20 horas. Después de eso, se podría forjar el tocho de hierro fundido.
A mediados del siglo XIX, el metalúrgico ruso D.K. Chernov documentó que cuando se calienta un metal, sus parámetros cambian. De este científico salió la ciencia - la ciencia de los materiales.
¿Para qué sirve el tratamiento térmico?
Las piezas del equipo y las unidades de comunicación hechas de metal a menudo están sujetas a un estrés severo. Además de estar sometidos a presión, pueden estar expuestos a temperaturas críticas. Para soportar tales condiciones, el material debe ser resistente al desgaste, confiable y duradero.
Las estructuras metálicas compradas no siempre pueden soportar cargas durante mucho tiempo. Para que duren mucho más, los maestros metalúrgicos utilizan un tratamiento térmico. Durante y después del calentamiento, la composición química del metal permanece igual, pero las características cambian. El proceso de tratamiento térmico aumenta la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y la resistencia del material.
Ventajas del tratamiento térmico.
El tratamiento térmico de piezas en bruto de metal es un proceso obligatorio cuando se trata de la fabricación de estructuras para uso a largo plazo. Esta tecnología tiene una serie de ventajas:
- Mayor resistencia al desgaste del metal.
- Las piezas terminadas duran más, se reduce el número de espacios en blanco defectuosos.
- Mejora la resistencia a los procesos de corrosión.
Las estructuras metálicas después del tratamiento térmico soportan cargas pesadas, su vida útil aumenta.
Tipos de tratamiento térmico del acero.
En metalurgia se utilizan tres tipos de procesamiento del acero: técnico, termomecánico y químico-térmico. Cada uno de los métodos presentados de tratamiento térmico debe discutirse por separado.
Recocido
Una variación u otra etapa del procesamiento técnico del metal. Este proceso implica el calentamiento uniforme de una pieza de trabajo de metal a una temperatura determinada y su posterior enfriamiento de forma natural. Después del recocido, desaparecen las tensiones internas del metal y su falta de homogeneidad. El material se ablanda con el calor. Es más fácil de procesar más tarde.
Hay dos tipos de recocido:
- Primer tipo. Hay un ligero cambio en la red cristalina del metal.
- Segundo tipo. Comienzan los cambios de fase en la estructura del material. También se llama recocido de metal completo.
El rango de temperatura durante este proceso es de 25 a 1200 grados.
endurecimiento
Otra etapa del procesamiento técnico. El endurecimiento del metal se lleva a cabo para aumentar la resistencia de la pieza de trabajo y reducir su ductilidad. El producto se calienta a temperaturas críticas y luego se enfría rápidamente sumergiéndolo en un baño con varios líquidos. Tipos de endurecimiento:
- refrigeración en dos etapas. Inicialmente, la pieza de trabajo se enfría a 300 grados con agua. Después de eso, la pieza se coloca en un baño lleno de aceite.
- Uso de un líquido. Si se procesan piezas pequeñas, se utiliza aceite. Las piezas de trabajo grandes se enfrían con agua.
- Escalonado. Después del calentamiento, la pieza de trabajo se enfría en sales fundidas. Después de eso, se coloca al aire libre hasta que se enfríe por completo.
También se puede distinguir un tipo de endurecimiento isotérmico. Es similar a paso a paso, pero cambia el tiempo de retención de la pieza de trabajo en sales fundidas.
Procesamiento termomecánico
Este es un modo típico de tratamiento térmico de los aceros. Este proceso utiliza equipos de presurización, elementos de calentamiento y tanques de enfriamiento. A diferentes temperaturas, la pieza de trabajo se calienta y luego se produce una deformación plástica.
Vacación
Esta es la etapa final del tratamiento térmico técnico del acero. Este proceso se lleva a cabo después del endurecimiento. La viscosidad del metal aumenta, se elimina la tensión interna. El material se vuelve más duradero. Se puede realizar a varias temperaturas. Esto cambia el proceso en sí.
Procesamiento criogénico
La principal diferencia entre el tratamiento térmico y la exposición criogénica es que esta última implica el enfriamiento de la pieza de trabajo. Al final de este procedimiento, las piezas se vuelven más fuertes, no requieren templado, están mejor rectificadas y pulidas.
Al interactuar con medios de enfriamiento, la temperatura desciende a menos 195 grados. La velocidad de enfriamiento puede variar según el material. Para enfriar el producto a la temperatura deseada se utiliza un procesador que genera frío. La pieza de trabajo se enfría uniformemente y permanece en la cámara durante un cierto período de tiempo. Después de eso, se saca y se deja calentar a temperatura ambiente por sí solo.
Tratamiento químico-térmico
Otro tipo de tratamiento térmico, en el que la pieza de trabajo se calienta y se expone a varios elementos químicos. La superficie de la pieza de trabajo se limpia y se recubre con compuestos químicos. Este proceso se lleva a cabo antes del endurecimiento.
El maestro puede saturar la superficie del producto con nitrógeno. Para hacer esto, se calientan hasta 650 grados. Cuando se calienta, la pieza de trabajo debe estar en una atmósfera criogénica.
Tratamiento térmico de aleaciones no ferrosas
Los tipos presentados de tratamiento térmico de metales no son adecuados para varios tipos de aleaciones y metales no ferrosos. Por ejemplo, cuando se trabaja con cobre, se lleva a cabo un recocido de recristalización. El bronce se calienta hasta 550 grados. Trabajan con latón a 200 grados. El aluminio se endurece inicialmente, luego se recoce y envejece.
El tratamiento térmico del metal se considera un proceso necesario en la fabricación y posterior uso de estructuras y piezas para equipos industriales, máquinas, aeronaves, barcos y otros equipos. El material se vuelve más fuerte, más duradero y más resistente a los procesos de corrosión. La elección del proceso depende del metal o la aleación utilizada.