Metālu un sakausējumu termomehāniskā apstrāde. Termomehāniskā apstrāde Termiskās apstrādes mērķis un veidi

22.11.2021

SP 16.13330.2011 Tērauda konstrukcijas;SP 128.13330.2012 Alumīnija konstrukcijas;

1. Vispārīga informācija

Metāliem kā materiāliem piemīt celtniecības tehnikai vērtīgu īpašību komplekss - augsta izturība, lokanība, metināmība, izturība; spēja sacietēt un uzlabot citas īpašības termomehāniskās un ķīmiskās ietekmēs.

Tas ir iemesls to plašajam pielietojumam būvniecībā un citās tehnoloģiju jomās.

Tīrā veidā metāli tiek reti izmantoti nepietiekamas stiprības, cietības un augstas elastības dēļ. Tos galvenokārt izmanto kā sakausējumus ar citiem metāliem un nemetāliem, piemēram, oglekli.

Dzelzi un tās sakausējumus (tērauds C2,14%, čuguns C>2,14%) sauc par melnajiem metāliem, pārējos (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn uc) un to sakausējumi - krāsainie metāli.

Būvniecībā visplašāk tiek izmantoti melnie metāli.

To izmaksas ir daudz zemākas nekā krāsainiem.

Tomēr pēdējiem ir vairākas vērtīgas īpašības - augsta īpatnējā izturība, plastiskums, izturība pret koroziju un dekoratīvs efekts, paplašinot to pielietojuma jomu būvniecībā, galvenokārt arhitektūras un konstrukciju daļās un konstrukcijās, kas izgatavotas no alumīnija.

Metālu klasifikācija

Izejviela melno metālu ražošanai ir dzelzs rūdas, ko pārstāv oksīdu klases minerāli - magnetīts (FeFeO), hematīts (FeO), hromīts (FeCrO) utt.

Krāsaino metālu ražošanai izmanto boksītus; vara, niķeļa, cinka u.c. sulfīdu un karbonātu rūdas.

2. Metālu atomu-kristālu struktūra

Metāli un sakausējumi cietā stāvoklī ir kristāliski ķermeņi.

Tajos esošie atomi regulāri atrodas kristāla režģa mezglos un vibrē ar aptuveni 10 Hz frekvenci.

Saite metālos un sakausējumos ir elektrostatiska, pateicoties pievilkšanās un atgrūšanas spēkiem starp pozitīvi lādētiem joniem (atomiem) kristāla režģa mezglos un ceļojošajiem vadīšanas elektroniem, kuru blīvums ir 10-10 elektroni uz 1 cm, kas ir desmitiem tūkstošu reižu lielāks nekā atomu un molekulu saturs gaisā.

Metālu elektromagnētiskās, optiskās, termiskās un citas īpašības ir atkarīgas no vadītspējas elektronu specifiskajām īpašībām.

Atomi režģī mēdz ieņemt pozīciju, kas atbilst tās Enerģijas minimumam, veidojot blīvākos blīvējumus – kubiskā tilpuma un seju centrētus un sešstūrainus.

Kristālu režģu koordinācijas skaitļi (iepakošanas blīvums). a)kubiskā seja centrēta (K 12); b) uz ķermeni vērsts (K8);c) sešstūrains (K 12)

Iesaiņojuma blīvumu raksturo koordinācijas skaitlis, kas ir blakus esošo atomu skaits, kas atrodas vienādā un mazākajā attālumā no dotā atoma.

Jo lielāks skaitlis, jo blīvāks ir iepakojums.

Uz korpusu vērstam kubiskā iepakojumam tas ir vienāds ar 8 (K8); centrēts uz seju - 12 (K12); sešstūrains - arī 12 (K12).

Attālumu starp tuvāko atomu centriem režģī sauc par režģa periodu.

Režģa periods lielākajai daļai metālu ir diapazonā no 0,1-0,7 nm.

Daudzos metālos, atkarībā no temperatūras, notiek kristāla režģa struktūras izmaiņas.

Tātad dzelzs temperatūrā, kas zemāka par 910 ° C un virs 1392 ° C, ir uz ķermeni centrēts atomu iepakojums ar režģa periodu 0,286 nm un tiek apzīmēts ar -Fe; šo temperatūru diapazonā dzelzs kristāliskais režģis tiek pārkārtots uz sejas centrālo režģi ar periodu 0,364 nm un tiek apzīmēts ar -Fe.

Pārkristalizāciju pavada siltuma izdalīšanās dzesēšanas laikā un absorbcija karsēšanas laikā, kas tiek reģistrēta diagrammās gar horizontālām sekcijām.

Dzelzs dzesēšanas (sildīšanas) līkne

Metāli ir polikristāliski ķermeņi, kas sastāv no liela skaita mazu neregulāras formas kristālu.

Atšķirībā no regulāras formas kristāliem tos sauc par kristalītiem vai graudiņiem.

Kristalīti ir dažādi orientēti, tāpēc metālu īpašības visos virzienos ir vairāk vai mazāk vienādas, t.i. polikristāliski ķermeņi ir izotropiski.

Tomēr tai pašai kristalītu orientācijai šāda iedomāta izotropija netiks novērota.

Metālu un sakausējumu kristāliskais režģis ir tālu no ideālas struktūras.

Tajā ir defekti - vakances un dislokācijas.

3. Dzelzs un tērauda ražošanas pamati

Čuguns iegūts domnas procesā, kura pamatā ir dzelzs reducēšana no tā dabiskajiem oksīdiem, ko satur dzelzsrūdas ar koksu augstā temperatūrā.

Kokss sadedzina, veidojot oglekļa dioksīdu.

Izejot cauri karstam koksam, tas pārvēršas oglekļa monoksīdā, kas reducē dzelzi krāsns augšējā daļā pēc vispārinātas shēmas: FeOFeOFeOFe.

Dzelzs, nolaižoties krāsns apakšējā karstajā daļā, saskarē ar koksu kūst un, daļēji to izšķīdinot, pārvēršas čugunā.

Gatavais čuguns satur apmēram 93% dzelzs, līdz 5% oglekļa un nelielu daudzumu silīcija, mangāna, fosfora, sēra un dažu citu elementu, kas no čuguna ir nonākuši čugunā.

Atkarībā no oglekļa un piemaisījumu savienojuma daudzuma un formas ar dzelzi čuguniem ir dažādas īpašības, tostarp krāsa, kas atbilstoši šai pazīmei ir sadalīta baltajā un pelēkajā.

Tērauds ko iegūst no čuguna, atdalot no tā daļu oglekļa un piemaisījumu. Ir trīs galvenās tērauda ražošanas metodes: pārveidotājs, martens un elektriskā kausēšana.

Pārveidotāja pamatā ir izkausēta dzelzs pūšana lielos bumbierveida pārveidotāju traukos ar saspiestu gaisu.

Gaisa skābeklis oksidē piemaisījumus, pārvēršot tos izdedžos; ogleklis izdeg.

Ar zemu fosfora saturu čugunā pārveidotāji ir izklāti ar skābes ugunsizturīgiem materiāliem, piemēram, dinas, ar paaugstinātu saturu, ar bāzes, periklāzes ugunsizturīgiem materiāliem.

Attiecīgi tajos kausēto tēraudu tradicionāli sauc par Besemera un Tomasa tēraudu.

Pārveidotāja metodei ir raksturīga augsta produktivitāte, kas ir novedusi pie tās plašā izplatības.

Tās trūkumi ietver palielinātu metāla atkritumu daudzumu, piesārņojumu ar izdedžiem un gaisa burbuļu klātbūtni, kas pasliktina tērauda kvalitāti.

Skābekļa strūklas izmantošana gaisa vietā kopā ar oglekļa dioksīdu un ūdens tvaikiem ievērojami uzlabo pārveidotāja tērauda kvalitāti.

Martena metodi veic īpašās krāsnīs, kurās čuguns tiek sakausēts kopā ar dzelzsrūdu un metāllūžņiem (lūžņiem).

Piemaisījumu izdegšana notiek, jo krāsnī ieplūst skābeklis no gaisa kopā ar degošām gāzēm un dzelzsrūdu oksīdu sastāvā.

Tērauda sastāvs ir labi regulējams, kas ļauj iegūt augstas kvalitātes tēraudus kritiskajām konstrukcijām martena krāsnīs.

Elektriskā kausēšana ir vismodernākais veids, kā iegūt augstas kvalitātes tēraudus ar vēlamām īpašībām, taču tas prasa palielinātu elektroenerģijas patēriņu.

Saskaņā ar piegādes metodi elektriskās krāsnis ir sadalītas loka un indukcijas krāsnīs.

Metalurģijā visplašāk tiek izmantotas loka krāsnis. Elektriskās krāsnīs kausē īpašus tēraudus - vidēji un augsti leģētus, instrumentu, karstumizturīgus, magnētiskus un citus.

4. Metālu mehāniskās īpašības

Mehāniskās īpašības nosaka pēc statisko, dinamisko un noguruma (izturības) testu rezultātiem.

Statisks testus raksturo lēna un vienmērīga slodzes pielikšana. Galvenie no tiem ir: stiepes testi, cietība un izturība pret lūzumiem.

Priekš stiepes testiizmantojiet standarta paraugus ar aprēķinātu garumues= 10 d un platība 11,3 BET kur (d un BET- attiecīgi apaļa, kvadrātveida vai taisnstūrveida garo izstrādājumu parauga diametrs un šķērsgriezuma laukums.

Pārbaudes tiek veiktas uz stiepes pārbaudes iekārtām ar automātisku stiepes diagrammas ierakstīšanu.

4. attēlā parādīta šāda diagramma vidēja oglekļa tēraudam.

Līkne 1 raksturo metāla uzvedību nosacītu spriegumu iedarbībā =R/A un līkne 2 - patieso spriegumu ietekmē S=R/A, (kur BET un BET- attiecīgi parauga šķērsgriezuma laukums pirms testēšanas un katrā iekraušanas posmā līdz atteicei).

Parasti viņi izmanto nosacīto sprieguma diagrammu, lai gan līkne ir objektīvāka2.

Metāla stiepes diagrammas: a) nosacītiem (nepārtrauktas līnijas) un patiesajiem (punktētās līnijas) spriegumiem; / - elastīgās deformācijas laukums;// - tā pati plastmasa; /// - plaisu attīstības zona; b) nosacīti patiesie spriegumi

Elastības robežu nosaka spriegums, pie kura paliekošā pagarinājuma deformācija nepārsniedz 0,05%.

Teces robežu raksturo nosacītā tecēšanas robeža, pie kuras atlikušā deformācija nepārsniedz 0,2%.

Fizikālā tecēšanas robeža atbilst spriegumam, pie kura paraugs tiek deformēts, nepalielinot slodzi.

Materiāliem, kas ir trausli stiepes pārbaudē, statiskos testus izmanto kompresijai (čugunam), vērpei (rūdītiem un strukturālajiem tēraudiem) un liekšanai (pelēkajiem un kaļamā čuguna lējumiem).

Cietībametāli tos pārbauda, pie noteiktas slodzes iespiežot tajā tērauda lodi, dimanta konusu vai piramīdu un novērtē pēc radītās plastiskās deformācijas (nospieduma) daudzuma.

Atkarībā no izmantotā uzgaļa veida un vērtēšanas kritērija izšķir Brinela, Rokvela un Vikersa cietību.

Shēma cietības noteikšanai . a) saskaņā ar Brinela teikto; b) saskaņā ar Rokvelu; c) saskaņā ar Vikersu

Vickers cietība ir apzīmēta ar HV 5, HV 10 utt. Jo plānāks un cietāks ir metāls un sakausējums, jo mazākai jābūt testa slodzei.

Mazo izstrādājumu un metālu strukturālo komponentu mikrocietības noteikšanai tiek izmantota arī Vikersa metode kombinācijā ar metalogrāfisko mikroskopu.

Metālu izturības pret lūzumu testu veic standarta robainiem paraugiem ar trīspunktu lieci.

Metode dod iespēju novērtēt metāla izturību pret izplatīšanos, nevis pret plaisas vai jebkuras izcelsmes plaisai līdzīga defekta rašanos, kas metālā vienmēr ir.

Lūzuma stingrību novērtē pēc parametraUZ,kas atspoguļo sprieguma intensitātes koeficientu vai lokālo stiepes spriegumu (MPa) pieaugumu plaisas galā.

dinamisks tiek veikti metālu testi trieciena liecei ar mainīgu ciklisku slodzi. Triecienliecei tiek pārbaudīti metāla paraugi ar izmēriem (1x1x5,5) 10 m ar sprieguma koncentratoru (nogriezumu) vidū.

Testu veic ar svārsta trieciena testeri. Metāla izturību pret trieciena lieci sauc par triecienizturību un apzīmēKCU, KV un KST(kur KSir triecienizturības simbols unU, V un T -sprieguma koncentratora veids un izmērs).

Metāla izturību pret ciklisku slodzi raksturo maksimālais spriegums, ko metāls var izturēt bez iznīcināšanas noteiktā ciklu skaitā, un to sauc par izturības robežu. Izmantojiet simetriskus un asimetriskus iekraušanas ciklus.

Stresa koncentratoru klātbūtnē izturības robeža strauji samazinās.

5. Dzelzs-oglekļa sakausējumu kristalizācija un fāzes sastāvs

Kristalizācija attīstās tikai tad, ja metāls ir pārdzesēts zem līdzsvara temperatūras.

Kristalizācijas process sākas ar kristālisko kodolu (kristalizācijas centru) veidošanos un turpinās ar to augšanu.

Atkarībā no kristalizācijas apstākļiem (dzesēšanas ātruma, piemaisījumu veida un daudzuma) veidojas regulāras un neregulāras formas dažāda izmēra kristāli no 10 līdz 10 nm.

Sakausējumos atkarībā no stāvokļa izšķir šādas fāzes: šķidrie un cietie šķīdumi, ķīmiskie un starpproduktu savienojumi (intersticiālās fāzes, elektroniskie savienojumi utt.).

Fāze ir fizikāli un ķīmiski viendabīga sistēmas (metāla vai sakausējuma) daļa, kurai ir vienāds sastāvs, struktūra, vienāds agregācijas stāvoklis un kas ir atdalīta no pārējās sistēmas ar atdalošu virsmu.

Tāpēc šķidrais metāls ir vienfāzes sistēma, un divu dažādu kristālu maisījums vai vienlaicīga šķidra kausējuma un kristālu esamība attiecīgi ir divu un trīsfāžu sistēmas.

Vielas, kas veido sakausējumus, sauc par sastāvdaļām

Cietie šķīdumi ir fāzes, kurās viens no sakausējuma komponentiem saglabā savu kristālisko režģi, savukārt citu vai citu komponentu atomi atrodas pirmās sastāvdaļas (šķīdinātāja) kristāliskajā režģī, mainot tā izmērus (periodus).

Ir stabili aizstāšanas un intersticiālie risinājumi.

Pirmajā gadījumā izšķīdušā komponenta atomi aizstāj dažus šķīdinātāja atomus tā kristāla režģa vietās; otrajā tie atrodas šķīdinātāja kristāliskā režģa spraugās (tukšumos) un tajos no tiem, kur ir vairāk brīvas vietas.

Aizvietošanas šķīdumos režģa periods var palielināties vai samazināties atkarībā no šķīdinātāja un izšķīdušās sastāvdaļas atomu rādiusu attiecības; iegulšanas risinājumos - vienmēr palielināt.

Intersticiāli cietie šķīdumi rodas tikai gadījumos, kad izšķīdušās sastāvdaļas atomu diametri ir mazi.

Piemēram, dzelzē molibdēns, hroms, ogleklis, slāpeklis un ūdeņradis var izšķīst un veidot intersticiālus cietus šķīdumus. Šādiem šķīdumiem ir ierobežota koncentrācija, jo poru skaits šķīdinātāja režģī ir ierobežots.

6. Tērauda struktūras un īpašību modifikācija

Dzelzs-oglekļa sakausējumu īpašība piedzīvot fāzu pārvērtības kristalizācijas un atkārtotas uzsildīšanas-dzesēšanas laikā, mainīt struktūru un īpašības termomehānisko un ķīmisko ietekmju un modifikatoru piemaisījumu ietekmē tiek plaši izmantota metalurģijā, lai iegūtu metālus ar vēlamajām īpašībām.

Izstrādājot un projektējot ēku un būvju tērauda un dzelzsbetona konstrukcijas, tehnoloģiskās iekārtas un mašīnas (autoklāvi, cepļi, dzirnavas, spiedvadu un bezspiediena cauruļvadi dažādiem mērķiem, metāla veidnes būvizstrādājumu ražošanai, celtniecības mašīnas u.c.) , ir jāņem vērā klimatiskie, tehnoloģiskie un ārkārtas viņu darba apstākļi.

Zema negatīva temperatūra samazina aukstuma trausluma slieksni, triecienizturību un izturību pret lūzumiem.

Paaugstināta temperatūra samazina elastības moduli, stiepes izturību, tecēšanas robežu, kas skaidri izpaužas, piemēram, ugunsgrēku laikā

600 °C temperatūrā tērauds un 200 °C alumīnija sakausējumi pilnībā pāriet plastmasas stāvoklī, un slodzes pakļautās konstrukcijas zaudē savu stabilitāti.

Tāpēc neaizsargātām metāla konstrukcijām ir salīdzinoši maza ugunsizturība.

Tehnoloģiskās iekārtas - katli, cauruļvadi, autoklāvi, metāla veidnes, kā arī dzelzsbetona konstrukciju armēšana, pastāvīgi pakļauta cikliskai karsēšanai - dzesēšana temperatūras diapazonā no 20-200 ° C un vairāk ražošanas procesā, piedzīvo termisko novecošanos un zemu. -temperatūras rūdīšana, ko bieži pastiprina korozija, kas jāņem vērā, izvēloties tērauda markas īpašiem mērķiem.

Galvenās metalurģijā izmantotā tērauda struktūras un īpašību modifikācijas metodes ir:

Vielu ievadīšana izkausētajā metālā, kas veido ugunsizturīgus savienojumus, kas ir kristalizācijas centri;

Leģējošu elementu ieviešana, kas palielina ferīta un austenīta kristālisko režģu stiprību, palēninot oglekļa un karbīda izdalīšanās difūzijas procesus un dislokāciju kustību;

Tērauda termiskā un termomehāniskā apstrāde.

Tie galvenokārt ir paredzēti atdzesēta tērauda graudu slīpēšanai, atlikušo spriegumu mazināšanai un tā ķīmiskās un fiziskās viendabības palielināšanai.

Tā rezultātā palielinās tērauda rūdāmība; tiek samazināta cietība, aukstuma trausluma slieksnis, rūdīšanas trauslums, tieksme uz termisko un deformācijas novecošanos, uzlabojas tērauda plastiskās īpašības.

Šo metožu īpašās iezīmes ir aplūkotas turpmāk.

Konstrukciju tēraudos tiek ievadīti sakausējuma elementi.

Tā kā tie ir karbīdu veidojošie elementi, tie vienlaikus kalpo kā modifikācijas piedevas, kas nodrošina tērauda graudu veidošanos un attīrīšanu kausējuma kristalizācijas laikā.

Leģētā tērauda kategorijās leģējošo elementu veids un saturs ir norādīts ar burtiem un cipariem pa labi no burtiem.

Tie norāda leģējošā elementa aptuveno saturu (%); skaitļu trūkums nozīmē, ka tas nepārsniedz 1,5%.

Pieņemamie sakausējuma elementu apzīmējumi: A - slāpeklis, B - niobijs, C - volframs, D - mangāns, D - varš, E - selēns, K - kobalts, H - niķelis, M - molibdēns, P - fosfors, P - bors, C - silīcijs, T - titāns, F - vanādijs, X - hroms, C - cirkonijs, H - retzeme, Yu - alumīnijs.

Leģējošie elementi, izšķīdinot ferītā un austenītā, samazina graudu izmēru un karbīda fāzes daļiņas.

Atrodoties gar graudu robežām, tie kavē to augšanu, oglekļa un citu leģējošu elementu difūziju un palielina austenīta izturību pret pārdzesēšanu.

Tāpēc mazleģētajiem tēraudiem ir smalkgraudaina struktūra un augstāki kvalitātes rādītāji.

Termiskā un termomehāniskā apstrāde ir izplatīti veidi, kā modificēt tērauda struktūru un uzlabot īpašības.

Ir šādi to veidi: atkausēšana, normalizācija, sacietēšana un rūdīšana. Rūdīšana ietver homogenizācijas, pārkristalizācijas un atlikušo spriegumu noņemšanas procesus.

Temperatūras diapazoni dažādiem atkausēšanas veidiem: 1 - homogenizācija; 2 - zemas temperatūras rekristalizācijas atkvēlināšana (augsta atlaidināšana), lai samazinātu cietību; 3 - atkvēlināšana (rūdīšana) stresa mazināšanai; 4 - pilnīga atkausēšana ar fāzes pārkristalizāciju; 5, 6 - sub- un hipereutektoīda tērauda normalizācija; 7 - sferoidizācija; 8 - nepilnīga hipoeutektoīda tērauda atkausēšana

Leģētā tērauda lietņus 15–20 stundas pakļauj homogenizācijai 1100–1200 °C temperatūrā, lai izlīdzinātu ķīmisko sastāvu, samazinātu dendritisko un intrakristālisko segregāciju, kas spiediena apstrādes laikā izraisa trauslus lūzumus, īpašību anizotropiju, floku veidošanos un rupjgraudaina struktūra.

Rekristalizācijas rūdīšanu izmanto, lai noņemtu deformēta metāla sacietējumu, karsējot to virs rekristalizācijas sliekšņa temperatūras, mērcējot šajā temperatūrā un atdzesējot.

Ir aukstās un karstās (siltās) deformācijas.

Aukstu veic temperatūrā, kas ir zemāka par rekristalizācijas slieksni, un karstu - virs.

Rekristalizāciju aukstās deformācijas laikā sauc par statisku, bet karstās - dinamisku, ko raksturo atlikušais "karstā darba sacietējums", kas ir noderīgs sacietēšanai no velmēšanas karsēšanas.

Atkausēšanu, lai noņemtu atlikušos spriegumus, veic 550...650 °C temperatūrā vairākas stundas. Tas novērš metināto izstrādājumu deformāciju pēc griešanas, iztaisnošanas utt.

Normalizācija nodrošina garu izstrādājumu sildīšanu līdz un hipereutektoīdajam strukturālajam tēraudam, īsu iedarbību un dzesēšanu gaisā.

Tas izraisa pilnīgu tērauda fāzes pārkristalizāciju, mazina iekšējos spriegumus, palielina elastību un triecienizturību.

Paātrināta dzesēšana gaisā noved pie austenīta sadalīšanās zemākā temperatūrā.

Normalizāciju plaši izmanto, lai uzlabotu zema oglekļa satura celtniecības tēraudu īpašības, aizstājot atkausēšanu. Vidēja oglekļa un leģētajiem tēraudiem to apvieno ar augstu rūdīšanu temperatūrā, kas ir zemāka par pārkristalizācijas slieksni.

Rūdīšana un rūdīšana nodrošina tērauda stiprības un plastiski viskozu īpašību uzlabošanos, aukstuma trausluma sliekšņa samazināšanu un jutību pret sprieguma koncentratoriem.

Rūdīšana sastāv no tērauda karsēšanas, turēšanas, līdz tērauds ir pilnībā austenitizējies, un atdzesē ar ātrumu, kas nodrošina austenīta pāreju uz martensītu.

Tāpēc martensīta kristāliskais režģis ir ļoti deformēts un piedzīvo spriegumus strukturālo īpašību dēļ un martensīta īpatnējā tilpuma palielināšanos salīdzinājumā ar austenītu par 4...4,25%.

Martensīts ir trausls, ciets un stiprs. Tomēr pietiekami pilnīga martensīta transformācija ir iespējama tikai augsta oglekļa satura un leģētajiem tēraudiem, kuriem ir paaugstināta pārdzesēta austenīta stabilitāte.

Mazoglekļa un mazleģētā celtniecības tēraudā tas ir mazs, tāpēc rūdīšanas laikā, pat strauji atdzesējot ar ūdeni, martensīts vai nu neveidojas, vai arī veidojas mazākā daudzumā savienojumā ar beinītu.

Celtniecības tēraudu ar zemu oglekļa saturu (C0,25%) straujas dzesēšanas laikā (rūdīšana no velmēšanas karsēšanas) austenīts sadalās un veidojas ļoti izkliedēta perlīta-sorbīta un troostīta ferīta-cementīta struktūra vai zema oglekļa satura martensīts un cementīts.

Šo struktūru sauc par bainītu.

Tam ir palielināta izturība, cietība un izturība, salīdzinot ar austenīta sadalīšanās produktiem perlīta reģionā - sorbītu un proostītu, vienlaikus saglabājot augstu plastiskumu, viskozitāti un samazinātu aukstuma kapacitātes slieksni.

Tērauda sacietēšana rūdīšanas rezultātā no velmēšanas karsēšanas ir saistīta ar to, ka dinamiskā pārkristalizācija velmēšanas karsēšanas laikā ir nepilnīga un bainīts pārmanto lielu deformācijas blīvumu, kas veidojas deformētā austenītā.

Tērauda plastiskās deformācijas kombinācija austenīta stāvoklī ar rūdīšanu un rūdīšanu var ievērojami palielināt tā stiprību, elastību un stingrību, novērst trausluma rūdīšanas tendenci, kas novērojama leģētā tērauda rūdīšanas laikā vidējā temperatūrā 300...400 °. C.

Rūdīšana ir tērauda termiskās apstrādes beigu darbība, pēc kuras tas iegūst vajadzīgās īpašības.

Tas sastāv no rūdīta tērauda karsēšanas, turēšanas noteiktā temperatūrā un dzesēšanas ar noteiktu ātrumu.

Rūdīšanas mērķis ir samazināt iekšējo spriegumu līmeni un palielināt izturību pret iznīcināšanu.

Ir trīs tā veidi: zemas temperatūras (zema) ar uzsildīšanu līdz 250 °C; vidēja temperatūra (vidēja) ar karsēšanu diapazonā no 350-500 °C un augsta temperatūra (augsta) ar karsēšanu 500-600 °C.

Oglekļa tērauda novecošanās izpaužas tā īpašību izmaiņās laika gaitā bez ievērojamām mikrostruktūras izmaiņām.

Stiprības un aukstuma trausluma slieksnis palielinās, plastiskums un triecienizturība samazinās.

Ir divu veidu novecošana – termiskā un deformējošā (mehāniskā).

Deformācijas (mehāniskā) novecošana notiek pēc plastiskās deformācijas temperatūrā, kas zemāka par pārkristalizācijas slieksni.

Galvenais šāda veida novecošanās iemesls ir arī C un N atomu uzkrāšanās dislokācijās, kas kavē to kustību.

Būvnieki saskaras ar tērauda rūdīšanas trausluma un novecošanas faktiem stiegrojuma elektrotermiskās spriegošanas metodes laikā spriegota dzelzsbetona konstrukciju ražošanas procesā.

7. Čuguns

Kā minēts iepriekš, dzelzs-oglekļa sakausējumus, kas satur vairāk nekā 2,14% C, sauc par čugunu.

Eutektikas klātbūtne čuguna struktūrā nosaka tā izmantošanu tikai kā liešanas sakausējumu. Ogleklis čugunā var būt cementīta un grafīta vai abu formā.

Cementīts piešķir lūzumam gaišu krāsu un raksturīgu spīdumu; grafīts - pelēka krāsa bez spīduma.

Čuguns, kurā viss ogleklis ir cementīta formā, tiek saukts par baltu, bet cementīta un brīvā grafīta formā - par pelēku.

Atkarībā no grafīta formas un veidošanās apstākļiem ir: pelēks, augstas stiprības ar mezglainu grafītu un kaļamais čuguns.

Čuguna fāzes sastāvu un īpašības izšķiroši ietekmē oglekļa, silīcija un citu piemaisījumu saturs tajā, kā arī dzesēšanas un atkausēšanas režīms.

Oglekļa un silīcija satura ietekme uz čuguna struktūru (ēnotais laukums - visizplatītākie čuguni):

I - baltā čuguna laukums; II - puse čuguna; III - perlītiskais pelēkais čuguns; IV - ferīta-perlīta čuguns; V - ferīta pelēkais čuguns;L - ledeburīts; P - perlīts; C - cementīts; G - grafīts; F - ferīts

Baltajam čugunam ir augsta cietība un izturība (HB 4000-5000 MPa), tas ir slikti apstrādāts griežot un ir trausls.

To izmanto kā pārveidi par tēraudu vai kaļamu čugunu.

Atdzesētam čugunam virsmas slānī ir baltā čuguna struktūra, bet kodolā - pelēkā čuguna struktūra, kas no tā izgatavotajiem izstrādājumiem piešķir paaugstinātu nodilumizturību un izturību.

Aptuvenais baltā čuguna sastāvs: C=2,8-3,6%; Si=0,5-0,8%; Mn=0,4-0,6%.

Pelēkais čuguns ir Fe-Si-C sakausējums ar neizbēgamiem Mn, P un S piemaisījumiem.

Vislabākās īpašības ir hipoeutektiskajiem čuguniem, kas satur 2,4-3,8% C, no kuriem daļa, līdz 0,7%, ir cementīta formā.

Silīcijs veicina čuguna grafitizāciju, mangāns, gluži pretēji, to novērš, bet palielina čuguna tendenci balināties.

Sērs ir kaitīgs piemaisījums, kas pasliktina čuguna mehāniskās un liešanas īpašības.

Fosfors 0,2-0,5% daudzumā neietekmē grafitizāciju, palielina plūstamību, bet palielina čuguna trauslumu.

Čuguna mehāniskās un plastmasas īpašības nosaka tā struktūra, galvenokārt grafīta sastāvdaļa. Jo mazāk grafīta ieslēgumu, jo mazāks, vairāk sazarots un vairāk izolēts viens no otra, jo stiprāks un kaļamāks čuguns.

Čuguna metāla pamatnes struktūra ir hipoeutektoīds jeb eitektoīds tērauds, t.i. ferīts + perlīts vai perlīts. Vislielākā izturība, cietība un nodilumizturība ir pelēkajam čugunam ar aptuvenā sastāva metāla pamatnes perlīta struktūru: C = 3,2-3,4%; Si - 1,4-2,2%; Mn=0,7-1,0%; P, S 0,15-0,2%.

Metāla pamatnes un grafīta ieslēgumu formas ietekme uz čuguna mehāniskajām un tehnoloģiskajām īpašībām

Dažādu konstrukciju čuguna fizikālās un mehāniskās īpašības

Čuguna nosaukums	Čuguna marka	Metāla pamatnes konstrukcija	grafīta forma	Cietība HB, MPa	Stiepes izturība, MPa	Relatīvais paplašinājums, %
Pelēks	MF-10; SCH-15		Liela un vidēja izmēra šķīvji	1200-2400	100-150	-
Pelēks	MF-18; MF-21; MF-24; MF-25; MF-30; SCH-40	Perlīts (sorbīts)	Mazas virpuļojošas plāksnes	2550-2900	180-400	-
Ļoti izturīgs	VCh35-22; VCh40-15; VCh45-10	Ferīta un ferīta-perlīta	sfērisks	1400-1700; 1400-2020; 1400-2250;
	VCh50-8;	perlīts	sfērisks	1530-2450;
	VCh60-3;			1920-2770;
	VCh70-2;			2280-3020;
	VCh80-2;			2480-3510;
	VCh100-2			2700-3600	1000
Kaļama	KCh30-6;	ferīta	pārslains	1630
	KCH33-8
	KCh35-10
	KCH37-12
	KCh50-4;	perlīts	pārslains	2410-2690
	KCh56-4;
	KCh60-3;
	KCh63-2

Grafīta ieslēgumi, strauji samazinot pelēkā čuguna stiepes izturību, praktiski neietekmē tā spiedes izturību, lieces un cietību; padarīt to nejutīgu pret sprieguma koncentratoriem, uzlabot apstrādājamību.

Pelēkais čuguns ir apzīmēts ar burtiem C - pelēks un H - čuguns.

Cipari aiz tiem norāda vidējo stiepes izturību (kg/mm).

Perlīta čuguns ietver modificētu čuguna markas SCh30-SCh35, kas satur modifikācijas piedevas - grafītu, ferosilīciju, silīcija kalciju 0,3-0,8% apmērā utt.

Lai mazinātu iekšējos spriegumus, lējumus atkvēlina 500–600°C temperatūrā, kam seko lēna dzesēšana.

Modifikācija un atkausēšana palielina čuguna elastību, stingrību un izturību

Ievadot kompozīcijā pelēko dzelzi magnija kausēšanas laikā 0,03-0,07% apmērā, grafīts kristalizācijas procesā iegūst sfērisku, nevis slāņainu formu.

Šādam čugunam ir augsta izturība, kas ir salīdzināma ar čugunu, labas liešanas īpašības un elastība, mehāniskā apstrāde un nodilumizturība.

Kaļamā čuguna markas ir apzīmētas ar burtiem un cipariem.

Pēdējais nozīmē stiepes izturību (kg/mm) un relatīvo pagarinājumu (%).

Kaļamais čuguns tiek iegūts, ilgstoši karsējot (atkausējot) baltā čuguna lējumus.

Atlaidināšanu veic divos posmos, pakļaujot katru no tiem līdz pilnīgai ledeburīta (I posms), austenīta un cementīta (II stadija) sadalīšanās un ferīta un grafīta veidošanās.

Pēdējais šajā gadījumā izceļas pārslu veidā, piešķirot čugunam augstu elastību.

Tā lūzums ir samtaini melns.

Ja atdzesēšana tiek paātrināta, veidojas kaļamais čuguns ar perlīta pamatni, kas samazina elastību un piešķir lūzumam vieglu (tērauda) izskatu. Atzīmējiet to tāpat kā augstas stiprības čugunu.

Termins "kaļamais čuguns" ir nosacīts un raksturo čuguna plastmasu, nevis tehnoloģiskās īpašības, jo izstrādājumus no tā, tāpat kā no citiem čuguniem, iegūst liejot, nevis kaljot.

Būvniecībā tiek izmantoti visu veidu aplūkotie čuguni ar grafīta ieslēgumiem.

Pelēko čugunu izmanto statiskās slodzes konstrukcijās (kolonnas, pamatu plātnes, kopņu pamatnes plāksnes, sijas, kanalizācijas caurules, lūkas, ventiļi); Kaļamais un kaļamais čuguns ar paaugstinātu stiprību, plastiskumu un stingrību tiek izmantots konstrukcijās, kas pakļautas dinamiskai un vibrācijas slodzei un nodilumam (rūpniecisko ēku grīdas, smagas kalšanas un presēšanas iekārtu pamati, dzelzceļa un autoceļu tiltu kopņu balsti, caurules kritisko stiprināšanai transporta tuneļi pazemē, kalnos).

8. Krāsainie metāli

No krāsainajiem metāliem būvniecībā visvairāk tiek izmantots alumīnijs, kuram ir augsta īpatnējā izturība, lokanība, izturība pret koroziju un ekonomiskā efektivitāte.

Sudrabs, zelts, varš, cinks, titāns, magnijs, alva, svins un citi galvenokārt tiek izmantoti kā leģējošās piedevas un sakausējuma komponenti, un tāpēc tiem ir īpašs un ierobežots pielietojums celtniecībā (īpaši stikla veidi, unikāli objekti - piemiņas zīmes Mamajeva Kurganam g. Volgogradā, Poklonnaja Gorā, obelisks par godu kosmosa iekarošanai Maskavā un citos, kuros plaši tiek izmantots titāns, varš un to sakausējumi; slēgvārsti un vadības vārsti un ierīces santehnikai un apkurei, ēku elektriskās sistēmas un struktūras).

Tīrā veidā krāsainie metāli, piemēram, dzelzs, tiek reti izmantoti to zemās stiprības un cietības dēļ.

Alumīnijs- sudrabbalts metāls, blīvums 2700 kg/m3 un kušanas temperatūra 658 °С. Tā kristāla režģis ir seju centrēts kubs ar periodu 0,40412 nm.

Īstiem alumīnija graudiem, tāpat kā dzelzs graudiem, ir bloku struktūra un līdzīgi defekti - vakances, intersticiālie atomi, dislokācijas, zema un augsta leņķa robežas starp graudiem.

Stiprības palielinājums tiek panākts, leģējot Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, kā arī plastisko deformāciju (smags darbs), sacietēšanu un novecošanu. Visi alumīnija sakausējumi ir sadalīti kaltos un lietos.

Savukārt kalti sakausējumi tiek iedalītitermiski rūdīts un nerūdīts .

Termiski rūdītie sakausējumi ietver Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; termiski nerūdīts - tehniskais alumīnijs un divkomponentu sakausējumi Al-Mn un Al-Mg (maglia).

Varš- sakausējumu galvenā leģējošā piedeva - duralumīns, palielina izturību, bet samazina alumīnija elastību un pretkorozijas īpašības.

Mangāns un magnijs palielina izturību un pretkorozijas īpašības; silīcijs - plūstamība un kausējamība, bet pasliktina plastiskumu.

Cinks, īpaši ar magniju, palielina izturību, bet samazina izturību pret koroziju.

Lai uzlabotu alumīnija sakausējumu īpašības, tie ievieš nelielu daudzumu hroma, vanādija, titāna, cirkonija un citu elementu. Dzelzs (0,3-0,7%) ir nevēlams, bet neizbēgams piemaisījums.

Sastāvdaļu attiecība sakausējumos tiek izvēlēta, pamatojoties uz nosacījumiem, lai pēc termiskās apstrādes un novecošanas tie sasniegtu augstu izturību, apstrādājamību un izturību pret koroziju.

Sakausējumus apzīmē pēc markām, kurām ir alfabētisks un ciparu apzīmējums, kas raksturo sakausējuma sastāvu un stāvokli: M - atkvēlināts (mīksts); H - auksti apstrādāts; H2 - daļēji sacietējis; T - rūdīts un dabiski izturēts; T1 - rūdīts un mākslīgi izturēts; T4 - nav pilnībā rūdīts un mākslīgi novecots.

Termiski rūdītiem sakausējumiem raksturīgi strādīgi un pusstrādīgi; cietināšana un novecošana - termiski rūdītam.

Tehniskā alumīnija markas: AD, AD1 (A - alumīnijs, D - duralumīnija tipa sakausējums, 1 - raksturo alumīnija tīrības pakāpi - 99,3%; AD zīmolā - 98,8 A1); augstas stiprības - B95, B96, kalšana - AK6, AK8 (skaitļi norāda kopējo galveno un papildu sakausējuma elementu saturu sakausējumā (%).

Termiski nerūdīto alumīnija sakausējumu markas: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M - mīksts, Mts - mangāns, Mg2 - magnijs ar 2% saturu sakausējumā).

Alumīnija sakausējuma marku skaitliskais apzīmējums: 1915, 1915T, M925, 1935T (pirmais cipars norāda sakausējuma pamatu - alumīniju; otrais - sastāvdaļu sastāvu; 0 - komerciāli tīrs alumīnijs, 1 - Al-Cu-Mg, 3 - Al-Mg-Si, 4 - Al-Mn, 5- Al-Mg, 9 - Al-Mg-Zn; pēdējie divi ir tās grupas sakausējuma sērijas numurs).

Galvenie alumīnija sakausējumu termiskās apstrādes veidi ir atkausēšana, sacietēšana un novecošana (rūdīšana)

Rūdīšana notiek bez fāzu transformācijām un tiek izmantota stresa mazināšanai, homogenizācijai, pārkristalizācijai un atjaunošanai.

Pēdējā gadījumā notiek sakausējuma sākotnējo fizikālo un mehānisko īpašību atjaunošana, stiprības samazināšanās, elastības un triecienizturības palielināšanās, kas ir nepieciešami tehnoloģiskiem nolūkiem.

9. Tērauda stiegrojums dzelzsbetona konstrukcijām

Dzelzsbetona konstrukciju pastiprināšanai izmanto gluda un periodiska profila stieņu un stiepļu stiegrojumu un troses, kas izgatavotas no zema oglekļa satura un mazleģētiem tēraudiem, kas rūdīti, rūdot no velmēšanas karsēšanas, aukstās vai siltās deformācijas.

Šīs prasības vairāk apmierina augstas stiprības stienis (A-1V - AV1; At-1VC (K) - At-V1C (K) utt.), stieple (B-II, Vr-II) un virve (K- 7, K-9) stiegrojums ar tecēšanas robežu 590-1410 MPa un relatīvo pagarinājumu attiecīgi 8-14%, ko izmanto spriegota dzelzsbetona konstrukciju ražošanai.

Tajā pašā laikā, palielinoties konstrukciju izturībai un izturībai pret plaisām par 20-30%, tiek samazināts stiegrojuma patēriņš salīdzinājumā ar nespriegotu A-I (A-240), A-II (A-300) , A-III (A-400) , Vp-I.

Tomēr no korozijas izturēšanās viedokļa augstas stiprības, īpaši iepriekš nospriegotas stiegrojums, ir potenciāli neaizsargātāks.

Armatūras korozijas izturēšanos betonā galvenokārt raksturo stiprības, elastības un lūzuma rakstura izmaiņas, kā arī korozijas bojājumu dziļums (mm/gadā) vai svara zudums (g/m dienā vai g/m h).

Armatūras pasīvo stāvokli betonā, kas ir termodinamiski pakļauts oksidācijas reakcijām, nodrošina vides izteikti sārmains raksturs (pH12) un pietiekami biezs (0,01-0,035 m) un blīvs betona aizsargslānis.

Saskaņā ar oksīda plēves teoriju stiegrojuma pasīvais stāvoklis oksidējošā vidē rodas sakarā ar plānas oksīda plēves veidošanos uz metāla virsmas.

Šādas plēves veidošanās līdzsvara potenciāls ir pozitīvs un ir aptuveni 0,63 V, bet dzelzs aktīvajā stāvoklī ir aptuveni - 0,4 V.

Tiklīdz metāla anoda sekciju polarizācija sasniedz oksīda plēves veidošanās potenciālu, šķīdināšanas strāvas blīvums strauji samazinās un metāls pāriet pasīvā stāvoklī.

Šo raksturīgo potenciālu sauc par Flade potenciālu..

Armatūras pasivēšana betonā 20 ± 5 ° C temperatūrā tiek pabeigta 32-36 stundās ne tikai ar tīru virsmu, bet arī ar rūsu.

Taču vides pH vērtība neviennozīmīgi raksturo stiegrojuma stāvokli betonā; to lielā mērā nosaka aktivējošo jonu klātbūtne, kas novirza metāla šķīšanas potenciālu negatīvā virzienā; pēc tam metāls nonāk aktīvā stāvoklī.

Objektīvi spriest par stiegrojuma elektroķīmisko stāvokli betonā var tikai pēc tā polarizējamības, t.i. elektrodu potenciāla un strāvas blīvuma izmaiņas.

Ne visiem betoniem ir raksturīga augsta pH vērtība.

Autoklāvās, ģipsis un betoni ar aktīvām minerālu piedevām no to izgatavošanas brīža pH<12.

Šādos betonos stiegrojumam nepieciešams aizsargpārklājums.

Armatūras depasvācija var notikt arī betona karbonizētajā aizsargslānī (kur atrodas stiegrojums), īpaši plaisu vietās, kas jāņem vērā, piešķirot aizsargslāņa biezumu un blīvumu atkarībā no veida, mērķa, dzelzsbetona konstrukciju ekspluatācijas apstākļi un kalpošanas laiks.

Lokalizēti metāla virsmas korozijas bojājumi darbojas līdzīgi kā sprieguma koncentratori.

Kaļamos mīkstajos tēraudos šo bojājumu centru tuvumā notiek spriegumu pārdale, kā rezultātā tēraudu mehāniskās īpašības praktiski nemainās.

Augstas stiprības zemas lokanības tēraudos ar gludu un periodisku profilu, piemēram, V-II un Vr-II, kas piedzīvo stiepes spriegumus, kas ir tuvu tecēšanas robežai (un šī iemesla dēļ ir mazāk pakļauti anodiskajai polarizācijai), lokāla korozija. bojājums izraisa lielu vāji atslābinošu spriegumu koncentrāciju un kļūst trausla lūzuma iespējamība.

Tāpēc spriegotajām konstrukcijām ieteicamie augstas stiprības stiegrojuma tēraudi, kā likums, ir kompleksi leģēti, ir pakļauti termiskai un termomehāniski apstrādei, normalizēšanai un augstai rūdīšanai 600-650 °C temperatūrā.

Neliela daudzuma leģējošu piedevu Cr, Mn, Si, Cu, P, Al un citu ievadīšana stiegrojuma tēraudā kopā ar termisko un termomehānisko apstrādi būtiski uzlabo tēraudu mehāniskās un 2-3 reizes labākas pretkorozijas īpašības.

10. Tērauda konstrukcijas

Tērauda konstrukciju galvenās konstrukcijas formas un mērķis ir:rūpnieciskās ēkas, sabiedrisko ēku rāmji un liela laiduma pārsegumi, tilti un estakādes, torņi un masti, vitrāžas, logu un durvju pildījumi, piekaramie griesti un utt.

Ēku konstrukciju primārie elementi ir:

Tērauda lokšņu biezums karsti velmēts 4-160 mm biezs, 6-12 m garš, 0,5-3,8 m plats, piegādāts lokšņu un ruļļu veidā; plāni karsti un auksti velmēti, līdz 4 mm biezi ruļļos; platu plauktu universāls 6-60 mm biezs karsti velmēts ar apstrādātām, izlīdzinātām malām;

Profila tērauds - leņķi, kanāli, I-sijas, tējas, caurules utt., no kurām tiek montētas dažādas simetriskas sekcijas, nodrošinot paaugstinātu konstrukciju stabilitāti un rentabilitāti;

Karsti velmētas bezšuvju apaļas caurules ar diametru 25-550 mm un sieniņu biezumu 2,5-75 mm radio un televīzijas stabiem;

Caurules elektrometinātas apaļas, ar diametru 8-1620 mm un sieniņu biezumu 1-16 mm; kvadrātveida un taisnstūrveida sekcija ar malām no 60 līdz 180 mm un sienu biezumu no 3 līdz 8 mm. Caurules izmanto vieglo jumtu, pildrežģu sienu, stiprinājumu, vitrāžu būvniecībā;

Auksti formēti profili no lentes vai lentes 1-8 mm biezumā, kuru galvenā pielietojuma joma ir viegla, ekonomiska ēku pārsegumu konstrukcija;

Profili dažādiem mērķiem - logu, durvju un laternu rāmji, celtņa sliedes, cinkota profila ieklāšana, tērauda troses un augstas stiprības stieple piekaramiem un vanšu jumtiem, tiltiem, mastiem, nospriegotām jumta konstrukcijām, caurulēm, rezervuāriem u.c.

Galvenie velmēšanas profilu veidi. a) lokšņu tērauds; b) stūra profili; c) kanāls; d), e), f) I-sijas ar dažādu plauktu platumu; g) plānsienu I veida sijas un kanāli; h) bezšuvju un elektriski metinātas caurules

Aukstās formas profilu veidi, kas izgatavoti no tērauda lentes vai lentes ar biezumu no 1 līdz 8 mm. a) nevienlīdzīgi un vienādi leņķi; b) kanāli; c) patvaļīga sadaļa

Velmēto profilu sarakstu, kas norāda vienības formu, izmērus, masu un pielaides, sauc par sortimentu

Ekonomiskākie un tajā ir plānsienu profili.

No primārajiem elementiem rūpnīcā tiek izgatavoti kolonnu, celtņu un tiltu siju, kopņu, siju, arku, cilindrisku un gūžas jumtu un citu konstrukciju fragmenti, kas pēc tam tiek palielināti blokos un uzstādīti būvlaukumā.

Metāla konstrukciju ražošanu un uzstādīšanu veic specializētas rūpnīcas un uzstādīšanas organizācijas, kas nodrošina augstu produkcijas un uzstādīšanas produktivitāti un kvalitāti.

Atkarībā no metāla konstrukciju mērķa un ekspluatācijas apstākļiem, ēku un būvju atbildības pakāpes, ieteicams izmantot dažādu kategoriju tēraudus, ņemot vērā to aukstumizturību pie projektētās ziemas āra temperatūras.

Visu veidu konstrukcijas ir iedalītas 4 grupās, kurām prasības un attiecīgi tērauda markas samazinās no pirmās uz ceturto grupu.

Un, ja pirmajās trīs no tām galvenajām kritiskajām konstrukcijām ir ieteicami galvenokārt sarežģīti leģēti tēraudi, labi metināti un aukstumizturīgi, tad ceturtajā grupā palīgkonstrukcijām - parastie tēraudi VSt3sp (ps) (kp).

Tēraudu sakausēšana ar nelielu daudzumu vara, fosfora, niķeļa, hroma (piemēram, pirmās un otrās grupas tēraudi, 15G2AFDps, 10KhSND, 10KhNDP, 12GN2MFAYu u.c.) ir īpaši efektīva, lai tos aizsargātu no atmosfēras korozijas.

Mazleģēto tēraudu spēja veidot blīvas aizsargājošas rūsas plēves, kas sastāv no amorfas - FeUN, noveda pie tā saukto kartenu izveidošanas.

Tos izmanto rūpniecisko ēku konstrukcijām, tiltiem, balstiem un citām konstrukcijām, kas darbojas atmosfēras apstākļos. Kardēniem nav nepieciešama krāsošana un tie nerūsē visā konstrukciju kalpošanas laikā. Plēves aizsargājošās īpašības pastiprina periodiska mitrināšana – žāvēšana.

Tipisks carten sastāvs 0,09% C un P; 0,4% Mn un Cu; 0,8% Cr un 0,3% Ni.

11. Alumīnija konstrukcijas

Par alumīnija izmantošanas sākumu būvniecībā var uzskatīt alumīnija karnīzes uzstādīšanu Life Building Monreālā 1896. gadā un alumīnija jumta uzstādīšanu divām reliģiskām ēkām Romā 1897.-1903.

Pilsētas tilta rekonstrukcijas laikā Pitsburgā (ASV) 1933. gadā pirmo reizi tilta brauktuves nesošie elementi tika izgatavoti no alumīnija kanāliem un loksnes, kas veiksmīgi tika ekspluatēti 34 gadus.

Mājas celtniecībā alumīnija konstrukcijas pirmo reizi tika izmantotas piecdesmito gadu sākumā pētniecības stacijas "Ziemeļpols" aprīkojumā un alpīnistu ēkā Kaukāzā.

Alumīniju plašāk izmanto ārvalstīs, un būvniecības sektors šajās valstīs izmanto līdz 27% no kopējā alumīnija patēriņa.

Alumīnija būvkonstrukciju ražošana tajās ir koncentrēta lielās specializētās rūpnīcās ar jaudu 30-40 tūkstoši tonnu gadā, kas nodrošina dažādu augstas kvalitātes produktu ražošanu.

Visefektīvākie no tiem ir:bezrāmju tipa ārsienu paneļi un pārsegumi, piekaramie griesti, saliekamās un lokšņu konstrukcijas.

Ievērojama ekonomiskā efekta daļa tiek panākta, samazinot transportēšanas un ekspluatācijas izmaksas, jo alumīnija konstrukcijām ir paaugstināta izturība pret koroziju un vieglums, salīdzinot ar līdzīgām konstrukcijām no tērauda un dzelzsbetona.

Nesošajās konstrukcijās alumīnija izmantošana nav ekonomiski izdevīga, izņemot liela laiduma pārklājumus un paaugstinātas vides agresivitātes gadījumus.

Tas ir saistīts ar alumīnija zemo elastības moduli, kā rezultātā ir jāpalielina elementu sekciju un pašu konstrukciju izmēri, lai nodrošinātu tiem nepieciešamo stingrību un stabilitāti.

Tajā pašā laikā alumīnija izturība tiek izmantota nepietiekami.

Turklāt alumīnijam ir samazināta cikla izturība un temperatūras izturība salīdzinājumā ar tēraudu.

Šos trūkumus var novērst (ņemot vērā alumīnija augstās plastiskās īpašības), veidojot telpiskas konstrukcijas, tai skaitā stieņu un piekarināmās konstrukcijas, izmantojot locītus elementus, štancējumus un gofrētās loksnes, kas vienlaikus pilda arī nesošās funkcijas līdz ar norobežojošām.

Alumīnija liekti profili no lokšņu metāla. a) atvērti vienkārši stieņi; b) atvērti kompleksie stieņi; c) gofrētas loksnes ar dažāda veida rievojumu (1 - rievotas; 2 - membrānas; 3 - viļņotas; 4 - rievotas; 5 - sile); d), e) slēgti vairāku dobumu profili

Ekstrudēto profilu veidi. a) ciets; b) atvērts; c) pusatvērts; d) doba (slēgta); e) presēti paneļi; f) sapāroto profilu bloķēšanas savienojumi; g) uzspiežamie profila savienojumi

Alumīnija logu bloki un vitrāžas nenodrošina būtisku ekonomisko efektu, salīdzinot ar koka, arī Tālo Ziemeļu apstākļos.

Neskatoties uz to, tiem ir labākās funkcionālās īpašības, izskats un augsta izturība, kas nosaka to plašā pielietojuma lietderību visu veidu konstrukcijās.

Sienu un pārklājumu norobežojošās alumīnija konstrukcijas var izgatavot divos veidos: no pilnas rūpnīcas gatavības paneļiem vai no profilētām vai gludām loksnēm, siltinātām vai neizolētām būvniecības laikā.

Pēdējie pieder pie neapsildāmām rūpniecības ēkām un noliktavām.

Abām metodēm ir savas priekšrocības un trūkumi.

Saliekamo paneļu uzstādīšanas vienkāršība un ātrums ir pretrunā ar rūpnīcas pārdales neesamību, ja tiek izmantotas plakanas vai profilētas lentes. Bet sildītāja uzstādīšana kļūst sarežģītāka.

Saliekamajās konstrukcijās rodas šuvju uzticamības problēma, īpaši profilētās loksnes; ar lenti - lentu uzstādīšana un nospriegošana lieliem laidumiem.

Mājas būvniecībā līdz šim visvairāk izmantota pirmā paneļu metode.

Sienu un jumta paneļi parasti sastāv no divām plānām, gludām vai profilētām alumīnija loksnēm ar izolāciju starp tām.

Gar paneļa kontūru vairumā gadījumu ir uzstādītas ribas, kas veido rāmi.

Vienu no alumīnija loksnēm (parasti iekšējo) var aizstāt ar saplāksni, azbestcementa vai plastmasas loksnēm, skaidu plātni un kokšķiedru plātni.

Kā sildītājs tiek izmantotas minerālvates plātnes, PSB, PVC, PSB-S putas un poliuretāna putas, kas tehnoloģiskā procesā putotas starp mizām. Izolācija tiek pielīmēta pie alumīnija loksnēm ar epoksīda vai gumijas līmi un ir iekļauta paneļa darbībā. Paneļa izmēri ir 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m un vairāk.

Alumīnija apvalka loksnes biezums ir 1-2,5 mm. Ieteicamās alumīnija sakausējumu markas to ražošanai ir AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915. gads.

Ārzemēs "Sendviča" tipa līmētos trīsslāņu rāmis un bezrāmju paneļi tiek sagatavoti uz plūsmas atsevišķās formās vai nepārtrauktā veidā nepārtrauktas lentes veidā, kas automātiskas līnijas galā tiek sagriezti noteiktā izstrādājumos. Izmērs.

Lai palielinātu izturību pret laikapstākļiem un uzlabotu izskatu, alumīnija loksnes tiek anodētas vai krāsotas ar dažādu krāsu polimēru savienojumiem. Lai uzlabotu paneļu stingrību un kvalitāti, alumīnija loksnes tiek mehāniski nospriegotas.

Tas ļauj paneļa rāmja darbā iekļaut ādu, palielināt attālumu starp ribām, novērst lokšņu viļņošanos un nodrošināt labāku līmes kontaktu ar izolāciju.

Rūpnieciskajā celtniecībā sienām un pārklājumiem plaši izmanto alumīnija loksnes ar garenvirziena un šķērsprofilēšanu.

Lokšņu garums ir 10-30 m vai vairāk, platums 0,58-1,6 m, biezums 0,3-1,62 mm.

Loksnes ar šķērsprofilēšanu, piemēram, "Furral", Snap-rib, Zip-rib jumta segumam, tiek izmantotas būvniecības praksē ASV, Anglijā, Vācijā, Šveicē un citās valstīs.

Šim jumtam izmantots mīkstais alumīnija sakausējums AMts.

Loksnes transportē ruļļos. Būvniecības laikā tie tiek izrullēti un piestiprināti pie koka kastes.

"Furral" tipa loksnes stiprinājumam pie koka kastes. 1 - koka kaste; 2 - loksnes "Furral"; 3 - montāžas sloksne

Sienas žogu siltināšana no gofrētām loksnēm ar plātņu izolāciju. 1 - gofrētas loksnes; 2 - izolācija

Pašmāju pieredze lokšņu ar šķērsprofilēšanu ražošanā atšķiras no ārvalstu pieredzes ar velmētu žogu pilnīgu rūpnīcas gatavību, ieskaitot izolāciju.

Īpaši efektīvi ir rūpniecisko ēku žogi, kas izgatavoti no gludām iepriekš nospriegotām alumīnija loksnēm.

To izmaksas ir par 20-30% mazākas nekā profilētajām, un lietderīgā platība ir par 25-35% lielāka.

Putu tipa izolācija ar teksturētu slāni, kas darbojas kā tvaika barjera, tiek uzlīmēta uz loksnēm rūpnīcā vai uzklāta uz lokšņu virsmas to uzstādīšanas laikā, kā, piemēram, Itālijā un Japānā, kur putu poliuretāna putas vai putu kompozīcija uz bitumena bāzes ar biezumu 6-8 mm.

Trīsslāņu ruļļu paneļa struktūra: 1 - gofrēta loksne (nesējs); 2 - elastīga izolācija; 3 - dekoratīvā loksne (iekšējā); a - gofrētās loksnes garums; b - paneļa platums; R - paneļa lieces rādiuss

Saliekamās alumīnija konstrukcijas tiek izmantotas rūpniecisko, dzīvojamo un sabiedrisko ēku un pilsētas tipa apmetņu celtniecībai grūti sasniedzamās vietās un Tālajos Ziemeļos, kur tās tiek piegādātas ar gaisa transportu. Salīdzinot ar tradicionālajiem materiāliem un konstrukcijām, ēku masa tiek samazināta gandrīz 20 reizes, būvniecības laiks tiek samazināts 4 reizes, un paredzamās izmaksas par 1 m2 izmantojamās platības tiek samazinātas par 15-20%. Pieaugot saliekamo konstrukciju apgrozījumam, ievērojami palielinās ekonomiskais efekts.

Alumīnija piekaramie griesti pēc tehniskajiem un ekonomiskajiem rādītājiem un veikto funkciju daudzveidības (dekoratīvās un akustiskās, arhitektoniskās plānošanas, ventilācijas, apgaismojuma, sanitāri higiēniskās u.c.) ir labvēlīgi salīdzināmi ar ģipša, azbestcementa, minerālu piekaramajiem griestiem. vilnas dēļi, piemēram, "Agmigran" un citi materiāli

Tie ir vieglāki, nelokājas, nerada putekļus, neprasa remontu, ir piemēroti jebkādai formēšanai un krāsas anodēšanai, kas darbojas kā pretkorozijas aizsardzība.

Alumīnija tvertnes ir izgatavotas no divu veidu: šķidru agresīvu vielu (skābās eļļas un naftas produktu, etiķskābes, koncentrētas slāpekļskābes un citu skābju) uzglabāšanai; sašķidrināto gāzu uzglabāšanai.

Dažādos laikos dažādās valstīs būvēto cisternu tilpums ir no 500 m līdz 3500 m, un tās ir labā stāvoklī.

Spiediena un bezspiediena cauruļvadi no alumīnija markas AMg2M, AD31T, 1915, 1915T tiek izmantoti naftas un gāzes, pārtikas un ķīmiskās rūpniecības pusproduktu, javu un betonu atsūknēšanai.

Saliekamām sastatnēm un sastatnēm tiek izmantotas duralumīnija caurules ar diametru 38-50 mm.

Parasti tiek izmantotas bezšuvju un elektriski metinātas caurules ar diametru līdz 200 mm.

Ieklājot augsnēs, caurules no korozijas aizsargā bitumena-gumijas mastiku un polimēru materiāli.

Būvniecības praksē ir pozitīvi piemēri alumīnija izmantošanai arī ventilācijā un dūmvados sēra gāzu izvadīšanai, kas kondensācijas laikā ir agresīvas pret tēraudu.

Tiek veikti alumīnija konstrukciju elementu savienojumi:

Argona loka elektriskā metināšana, izmantojot nelietojamus (volframa) un patērējamos elektrodus;
- elektrokontakta metināšana (plānām loksnēm);

Kniedēts dažāda biezuma rūdīta alumīnija elementiem un detaļām. Kniedēšana tiek veikta aukstā stāvoklī, lai izvairītos no spraugām un starpkristāliskās korozijas, kas novērota karstās kniedēšanas laikā;

Uz cinkotām un ar kadmiju pārklātām skrūvēm, skrūvēm un blīvēm;

Uz līmes skrūvju savienojumos, slēdzenēs un aizbīdņos.

Atšķirībā no faktiskās termiskās ķīmiskās-termiskās un termomehāniskās apstrādes, papildus termiskajai iedarbībai ietver attiecīgi ķīmisko un deformācijas ietekmi uz metālu. Tas sarežģī kopējo priekšstatu par struktūras un īpašību izmaiņām termiskās apstrādes laikā.

Iekārtas ķīmiski termiskās un termomehāniskās apstrādes veikšanai, kā likums, ir sarežģītākas nekā faktiskajai termiskai apstrādei. Papildus parastajām sildierīcēm tajā ietilpst, piemēram, instalācijas kontrolētas atmosfēras radīšanai, aprīkojums plastiskai deformācijai.

Tālāk ir aplūkoti vispārīgie struktūras un īpašību izmaiņu modeļi ķīmiski termiskās un termomehāniskās apstrādes laikā un to šķirnes.

"Metālu termiskās apstrādes teorija",
I. I. Novikovs

HTMT laikā austenīts tiek deformēts tā termodinamiskās stabilitātes zonā un pēc tam tiek rūdīts, lai iegūtu martensītu (skatīt attēlu Leģētā tērauda apstrādes shēmu). Pēc rūdīšanas tiek veikta zema rūdīšana. Parastās termiskās apstrādes ar deformācijas (velmēšanas) karsēšanu galvenais mērķis ir izslēgt īpašu karsēšanu sacietēšanai un tādējādi iegūt ekonomisku efektu. HTMT galvenais mērķis ir uzlabot mehāniskās īpašības...

Lielu interesi rada HTMT sacietēšanas pārmantojamības ("atgriezeniskuma") fenomens, ko ML Bernstein atklāja atkārtotas termiskās apstrādes laikā. Izrādījās, ka HTMT rūdījums tiek saglabāts, ja tērauds tiek atkārtoti rūdīts ar īsu ekspozīciju karsēšanas temperatūrā rūdīšanai vai ja HTMT rūdītais tērauds vispirms tiek pakļauts augstai rūdīšanai un pēc tam atkārtoti rūdīts. Piemēram, tērauda 37XH3A stiepes izturība pēc HTMT saskaņā ar režīmu ...

Tēraudu TMT procesi ir intensīvi pētīti kopš 50. gadu vidus saistībā ar jaunu veidu meklējumiem konstrukcijas stiprības palielināšanai. Zemas temperatūras termomehāniskā apstrāde (LTMT) LTMT laikā pārdzesēts austenīts tiek deformēts tā paaugstinātās stabilitātes zonā, bet obligāti zem pārkristalizācijas sākuma temperatūras un pēc tam (pārvēršas par martensītu. Pēc tam tiek veikta zemā rūdīšana (nevis). parādīts attēlā). Apstrādes shēma ...

HTMT izmantošanu ierobežo šādi faktori. Sakausējums var atšķirties tik šaurā rūdīšanas temperatūras diapazonā, ka praktiski nav iespējams uzturēt karstās darba temperatūru tik šaurās robežās (piemēram, ± 5 ° C robežās D16 duralumīnijam). Optimālais temperatūras diapazons karstai deformācijai var būt ievērojami zemāks par temperatūras diapazonu karsēšanai rūdīšanai. Piemēram, presējot alumīnija sakausējumus…

PTMT būtība slēpjas apstāklī, ka pusfabrikāts, kas iegūts pēc karstās deformācijas nepārkristalizētā stāvoklī, saglabā nepārkristalizētu struktūru pat karsējot dzēšanai. PTMT atšķiras no HTMT ar to, ka ir atdalītas karstās deformācijas un karsēšanas operācijas rūdīšanai (sk. attēlu Novecojošu sakausējumu termomehāniskā apstrāde). PTMT plaši izmanto alumīnija sakausējumu pusfabrikātu ražošanas tehnoloģijā. Ir pagājis ilgs laiks...

HTMT tiek veikta karstā deformācija, rūdīšana no deformācijas karsēšanas un novecošana (sk. Novecojošo sakausējumu termomehāniskās apstrādes shēmas attēlu). Karstās deformācijas laikā palielinās dislokāciju blīvums un notiek karstā sacietēšana, ko var daļēji vai pilnībā noņemt pašas deformācijas laikā dinamiskās poligonizācijas un dinamiskās rekristalizācijas attīstības rezultātā. Sprieguma un deformācijas līknei ir plūsmas sprieguma pieauguma sadaļa, ...

Attēlā parādītas galvenās novecojošo sakausējumu TMT shēmas. Robainas līnijas norāda uz plastisko deformāciju. Novecojošo sakausējumu termomehāniskās apstrādes shēmas Zemas temperatūras termomehāniskā apstrāde (LTMT) Novecojošo sakausējumu LTMT ir pirmā (30s) un rūpniecībā visplašāk izmantotā termomehāniskā apstrāde. LTMT galvenais mērķis ir paaugstināt stiprības īpašības. Izmantojot LTMT, sakausējums vispirms tiek pakļauts parastajai sacietēšanai, ...

Vispirms apskatīsim aukstās deformācijas ietekmi uz zonas novecošanos. Šķiet, ka deformācijai, palielinot dislokāciju blīvumu un vakanču koncentrāciju, būtu jāpaātrina zonas novecošanās. Bet, pirmkārt, zonas tiek ģenerētas viendabīgi, nevis uz dislokācijām, un, otrkārt, dislokācijas ir efektīvas vietas vakanču izlietnēm. Ļoti spēcīga plastiskā deformācija palielina vakanču koncentrāciju (vakanču skaita attiecību pret atomu skaitu) tikai par 10-6, ...

LTMT uzklāšanas efektivitāti nosaka tā, kura cietēšanas fāze izdalās novecošanas laikā. Tā, piemēram, papildu sacietēšana no deformācijas ieviešanas pirms mākslīgās novecošanas Al-Cu-Mg sakausējumiem (cietinātājs - fāze S) ir lielāka nekā Al-Cu sakausējumiem (cietinātājs - fāze θ´). Karsējot novecošanai pēc aukstās deformācijas, pārkristalizācija, kā likums, nenotiek, bet ...

Metālu termomehāniskā apstrāde ir deformācijas, sildīšanas un dzesēšanas darbību kopums, kā rezultātā materiāla galīgās struktūras un īpašību veidošanās notiek paaugstināta blīvuma un plastiskās deformācijas radīto strukturālo nepilnību optimāla sadalījuma apstākļos.

Tērauda termomehāniskā apstrāde tiek veikta galvenokārt pēc trim shēmām: augstas temperatūras (HTMT), zemas temperatūras (LTMT) un sākotnējās termomehāniskās apstrādes (PTMT).

Galvenā doma augstas temperatūras apstrāde sastāv no velmēšanas un atdzesēšanas režīmu izvēles pēc velmēšanas, kas nodrošina smalku un viendabīgu graudu veidošanos gatavajā produktā.

Apstrāde zemā temperatūrā sastāv no tērauda uzsildīšanas līdz 1000..L 100 °C, ātras dzesēšanas līdz austenīta metastabilā stāvokļa temperatūrai (400 ... 600 °C) un augstas deformācijas pakāpes (līdz 90% un augstāka) šajā gadījumā. temperatūra. Pēc tam veic rūdīšanu martensītam un rūdīšanu 100...400 °C temperatūrā. Rezultāts ir ievērojams stiprības pieaugums salīdzinājumā ar HTMT, bet zemāka elastība un triecienizturība. Šī metode ir piemērojama praktiski tikai leģētiem tēraudiem.

Iepriekšēja termomehāniskā apstrāde To raksturo tehnoloģiskā procesa vienkāršība: aukstā plastiskā deformācija (palielina dislokāciju blīvumu), pirmsrekristalizācijas karsēšana (nodrošina ferīta struktūras poligonizāciju), cietināšana un rūdīšana.

19. Varš un sakausējumi uz vara bāzes. Bronzas un misiņa marķējums. Vara sakausējumu izmantošana sanitārtehnikā.

Varš- kaļams viskozs metāls sarkanā (lūzumā rozā) krāsā, ļoti plānās kārtās gaismā izskatās zaļgani zils.

Iegūtās īpašības ir atkarīgas no tīrības pakāpes, un piemaisījumu satura līmenis nosaka tā zīmolu: MOOk - vismaz 99,99% vara, MOK - 99,97%, M1K - 99,95%, M2k - 99,93% vara utt. pakāpes aiz burta M ( varš) norāda nosacīto tīrības numuru un pēc tam burtu metodi un nosacījumus vara iegūšanai: k - katods; b - bezskābekļa; p - deoksidēts; f - deoksidēts ar fosforu. Kaitīgie piemaisījumi, kas samazina vara un tā sakausējumu mehāniskās un tehnoloģiskās īpašības, ir svins, bismuts, sērs un skābeklis. To saturs varā ir stingri ierobežots: bismuts - ne vairāk kā 0,005%, svins - 0,05% utt.

Varš pieder pie smagajiem krāsainajiem metāliem. Blīvums ir 8890 kg / m 3, kušanas temperatūra ir 1083 ° C. Tīram vara ir augsta elektriskā un siltuma vadītspēja.

Varam ir augsta lokanība un lieliska aukstā un karstā apstrāde, labas liešanas īpašības un apmierinoša apstrādājamība. Vara mehāniskās īpašības ir salīdzinoši zemas: stiepes izturība ir 150...200 MPa, relatīvais pagarinājums ir 15...25%.

Tiek saukti divkomponentu vai daudzkomponentu vara sakausējumi ar cinku un citiem elementiem misiņi.

Misiņš ir apzīmēts ar burtu L (misiņš), kam seko cipari, kas norāda vara procentuālo daudzumu. Piemēram, misiņa zīmols L68 satur 68% vara, pārējais ir cinks. Ja misiņš ir daudzkomponentu, tad aiz burta L ievietojiet citu elementu simbolu (A - alumīnijs, F - dzelzs, H - niķelis, K - silīcijs, T - titāns, Mts - mangāns, O - alva, C - svins, C - cinks utt.) un skaitļi, kas norāda to vidējo procentuālo daudzumu sakausējumā. Burtu un ciparu secība kaltā un lietajā misiņā ir atšķirīga. Lietuvju misiņos sakausējuma komponenta vidējo saturu norāda uzreiz aiz burta, kas apzīmē tā nosaukumu.

Bronza- vara sakausējums ar alvu, alumīniju, svinu un citiem elementiem, starp kuriem cinks un niķelis nav galvenie. Cinku un niķeli var ievadīt bronzās tikai kā papildu sakausējuma elementus. Pamatojoties uz to ķīmisko sastāvu, bronzas iedala alvas uz bezalvas.

Bronza ir apzīmēta ar burtiem Br, kam seko ietverto elementu alfabētiskie un ciparu apzīmējumi, izņemot varu. Elementu apzīmējums bronzā ir tāds pats kā misiņa marķēšanai. Vara klātbūtne pakāpē nav norādīta, un tā saturu nosaka atšķirība. Ar spiedienu apstrādātās bronzas kategorijās sakausējošo elementu nosaukumi ir norādīti to koncentrācijas dilstošā secībā, un šķiras beigās tādā pašā secībā ir norādītas to vidējās koncentrācijas. Piemēram, bronzas zīmola BrOTsS4-4-2,5 sastāvā ir 4% alvas un cinka, 2,5% svina, pārējais ir varš. Liešanas bronzas kategorijās (GOST 613 un 493) pēc katra leģējošā elementa apzīmējuma norāda tā saturu. Ja lietuves un ar spiedienu apstrādātās bronzas sastāvi pārklājas, piemēram, BrA9ZhZL.

20. Alumīnijs un sakausējumi uz alumīnija bāzes. Alumīnija sakausējumu izmantošana sanitārtehnikā.

Alumīnijs ir sudrabaini balts viegls metāls ar blīvumu 2,7 g/cm3 un kušanas temperatūru 660°C. Raksturīga ar augstu siltuma un elektrovadītspēju un labu izturību pret koroziju daudzās agresīvās vidēs. Jo tīrāks alumīnijs, jo augstāka tā izturība pret koroziju.

Atkarībā no piemaisījumu satura alumīniju iedala grupās un pakāpēs: augstas tīrības pakāpes alumīnijs A999 - 99,999% alumīnijs, augstas tīrības pakāpes: A995 - 99,995%, A99 - 99,99%, A97 - 99,97%, A95 - 99,95 % alumīnijs, tehniskais tīrība ar piemaisījumu saturu OD5 ... 1,0%: A85, A8, A7, A6, A5, AO. Piemēram, A85 marka nozīmē, ka metāls satur 99,85% alumīnija, bet AO klase nozīmē 99% alumīnija. Tehniski kalts alumīnijs ir marķēts ar ADO un AD1. Alumīnijā kā piemaisījumi var būt Fe, Si, Cu, Mn, Zn utt.

Tehniski visi alumīnija sakausējumi ir sadalīti 2 klases:

Lietie un nedeformējami.

Duralumīnijs ir visizplatītākie šīs grupas sakausējumi, kuru pamatā ir alumīnijs, varš un magnijs. Duralumīniju raksturo augsta izturības un elastības kombinācija, tie labi deformējas karstā un aukstā laikā.

Silumīns- tas ir vispārīgs nosaukums lieto sakausējumu grupai, kuru pamatā ir alumīnijs, kas satur silīciju (4 ... 13% un dažās kategorijās līdz 23%) un dažus citus elementus. Silumīniem ir augstas liešanas īpašības, pietiekami augsta izturība, paaugstināta izturība pret koroziju, un tie ir labi apstrādāti griežot.

Pārbaude

Materiālzinātne

Par tēmu: "Metālu un sakausējumu termiskā apstrāde"

Iževska

1. Ievads

2. Termiskās apstrādes mērķis un veidi

4. Rūdīšana

6.Novecošanās

7. Aukstuma ārstēšana

8. Termomehāniskā apstrāde

9. Ķīmiski termiskās apstrādes mērķis un veidi

10. Krāsaino metālu sakausējumu termiskā apstrāde

11.Secinājums

12. Literatūra

Ievads

Termiskā apstrāde tiek izmantota dažādos mašīnu detaļu un metāla izstrādājumu ražošanas posmos. Dažos gadījumos tā var būt starpposma darbība, kas kalpo sakausējumu apstrādājamības uzlabošanai ar spiedienu, griešanu, citos tā ir pēdējā darbība, kas nodrošina nepieciešamo izstrādājumu vai pusfabrikātu mehānisko, fizikālo un ekspluatācijas īpašību rādītāju kopumu. gatavie izstrādājumi. Pusfabrikāti tiek pakļauti termiskai apstrādei, lai uzlabotu struktūru, samazinātu cietību (uzlabotu apstrādājamību), bet detaļas - lai tiem piešķirtu noteiktas nepieciešamās īpašības (cietība, nodilumizturība, izturība un citas).

Termiskās apstrādes rezultātā sakausējumu īpašības var mainīties plašā diapazonā. Iespēja ievērojami palielināt mehāniskās īpašības pēc termiskās apstrādes, salīdzinot ar sākotnējo stāvokli, ļauj palielināt pieļaujamos spriegumus, samazināt mašīnu un mehānismu izmērus un svaru, kā arī palielināt izstrādājumu uzticamību un kalpošanas laiku. Īpašību uzlabošana termiskās apstrādes rezultātā ļauj izmantot vienkāršāku sastāvu sakausējumus, tātad arī lētākus. Sakausējumi iegūst arī dažas jaunas īpašības, saistībā ar kurām paplašinās to pielietojuma joma.

Termiskās apstrādes mērķis un veidi

Termiskā (termiskā) apstrāde ir process, kura būtība ir izstrādājumu karsēšana un dzesēšana noteiktos režīmos, kā rezultātā mainās materiāla struktūra, fāzes sastāvs, mehāniskās un fizikālās īpašības, nemainot ķīmisko sastāvu.

Metālu termiskās apstrādes mērķis ir iegūt nepieciešamo cietību, uzlabot metālu un sakausējumu stiprības raksturlielumus. Termiskā apstrāde ir sadalīta termiskajā, termomehāniskajā un ķīmiski termiskajā. Termiskā apstrāde - tikai termiskā darbība, termomehāniskā - termiskās iedarbības un plastiskās deformācijas kombinācija, ķīmiski termiskā - termiskās un ķīmiskās iedarbības kombinācija. Termiskā apstrāde atkarībā no strukturālā stāvokļa, kas iegūta tās pielietošanas rezultātā, tiek sadalīta atlaidināšanā (pirmā un otrā veida), cietināšanā un rūdīšanā.

Atkausēšana

Atkausēšana - termiskā apstrāde, kas sastāv no metāla uzsildīšanas līdz noteiktām temperatūrām, pakļaušana iedarbībai un tai sekojošai ļoti lēnai dzesēšanai kopā ar krāsni. Tos izmanto metālu apstrādes uzlabošanai griežot, cietības samazināšanai, granulētas struktūras iegūšanai, kā arī spriedzes mazināšanai, daļēji (vai pilnībā) likvidē visa veida neviendabības, kas metālā tika ieviestas iepriekšējo darbību (apstrādes) laikā. , spiediena apstrāde, liešana, metināšana), uzlabo tērauda konstrukciju.

Pirmā veida atkausēšana. Tā ir atkausēšana, kuras laikā nenotiek fāzu pārvērtības, un, ja tās notiek, tās neietekmē gala rezultātus, kas paredzēti paredzētajam mērķim. Ir šādi pirmā veida atkausēšanas veidi: homogenizācija un pārkristalizācija.

Homogenizēšana- tā ir atkausēšana ar ilgstošu iedarbību temperatūrā virs 950ºС (parasti 1100–1200ºС), lai izlīdzinātu ķīmisko sastāvu.

Pārkristalizācija- tā ir rūdīta tērauda atkausēšana temperatūrā, kas pārsniedz rekristalizācijas sākuma temperatūru, lai novērstu sacietēšanu un iegūtu noteiktu graudu izmēru.

Otrā veida atkausēšana. Tā ir atkausēšana, kurā fāzes transformācijas nosaka tās paredzēto mērķi. Izšķir šādus veidus: pilnīgs, nepilnīgs, difūzais, izotermisks, viegls, normalizēts (normalizācija), sferoidizējošs (granulētam perlītam).

Pilna atkausēšana ražo, karsējot tēraudu par 30–50 °C virs kritiskā punkta, turot šajā temperatūrā un lēnām atdzesējot līdz 400–500 °C ar ātrumu 200 °C stundā oglekļa tēraudiem, 100 °C stundā – mazleģētiem tēraudiem. un 50 °C stundu augstu leģētiem tēraudiem. Tērauda konstrukcija pēc atkausēšanas ir līdzsvarota un stabila.

Daļēja atkausēšana To ražo, karsējot tēraudu līdz vienai no transformāciju diapazona temperatūrām, turot un lēni atdzesējot. Nepilnīgu atlaidināšanu izmanto, lai samazinātu iekšējos spriegumus, samazinātu cietību un uzlabotu apstrādājamību.

Difūzijas atkausēšana. Metāls tiek uzkarsēts līdz 1100–1200ºС temperatūrai, jo šajā gadījumā difūzijas procesi, kas nepieciešami ķīmiskā sastāva izlīdzināšanai, norit pilnīgāk.

Izotermiskā atkausēšana ir šāds: tēraudu uzkarsē un pēc tam ātri atdzesē (bieži vien pārnesot uz citu krāsni) līdz temperatūrai, kas zemāka par kritisko temperatūru par 50–100ºС. Galvenokārt izmanto leģētiem tēraudiem. Ekonomisks, jo ilgst parastā atkausēšana (13 - 15) h un izotermiskā atkausēšana (4 - 6) h

Sferoidizējošā atkausēšana (granulētam perlītam) sastāv no tērauda karsēšanas virs kritiskās temperatūras par 20–30 °C, turēšanu šajā temperatūrā un lēnu dzesēšanu.

spilgta atkausēšana tiek veikta saskaņā ar pilnīgas vai nepilnīgas atkausēšanas režīmiem, izmantojot aizsargatmosfēru vai krāsnīs ar daļēju vakuumu. To izmanto, lai aizsargātu metāla virsmu no oksidēšanās un dekarbonizācijas.

Normalizācija- sastāv no metāla karsēšanas līdz temperatūrai (30–50) ºС virs kritiskā punkta un sekojošas dzesēšanas gaisā. Normalizācijas mērķis ir atšķirīgs atkarībā no tērauda sastāva. Atlaidināšanas vietā zema oglekļa satura tēraudi tiek normalizēti. Vidēja oglekļa tēraudiem rūdīšanas un augstas rūdīšanas vietā izmanto normalizāciju. Tēraudi ar augstu oglekļa saturu tiek pakļauti normalizēšanai, lai likvidētu cementīta tīklu. Leģēto tēraudu struktūras labošanai atkausēšanas vietā tiek izmantota normalizēšana, kam seko augsta rūdīšana. Normalizācija ir ekonomiskāka darbība nekā atkausēšana, jo tai nav nepieciešama dzesēšana kopā ar krāsni.

sacietēšana

sacietēšana- tā ir uzsildīšana līdz optimālajai temperatūrai, iedarbība un sekojoša ātra dzesēšana, lai iegūtu nelīdzsvarotu struktūru.

Rūdīšanas rezultātā palielinās tērauda stiprība un cietība un samazinās tērauda elastība. Galvenie parametri sacietēšanas laikā ir sildīšanas temperatūra un dzesēšanas ātrums. Kritiskais dzēšanas ātrums ir dzesēšanas ātrums, kas nodrošina struktūras veidošanos - martensītu vai martensītu un atlikušo austenītu.

Atkarībā no detaļas formas, tērauda markas un nepieciešamā īpašību kopuma tiek izmantotas dažādas rūdīšanas metodes.

Rūdīšana vienā dzesētājā. Detaļa tiek uzkarsēta līdz sacietēšanas temperatūrai un atdzesēta vienā dzesēšanas šķidrumā (ūdens, eļļa).

Sacietēšana divās vidēs (intermitējoša sacietēšana)- tā ir sacietēšana, kurā daļa tiek atdzesēta secīgi divos medijos: pirmā barotne ir dzesēšanas šķidrums (ūdens), otrā ir gaiss vai eļļa.

soli sacietēšana. Līdz sacietēšanas temperatūrai uzkarsēto detaļu atdzesē izkausētajos sāļos, noturot laiku, kas nepieciešams temperatūras izlīdzināšanai visā sekcijā, daļa tiek atdzesēta gaisā, kas palīdz samazināt cietēšanas spriegumus.

Izotermiska sacietēšana tāpat kā pakāpju, tas tiek ražots divos dzesēšanas līdzekļos. Karstās vides (sāls, nitrātu vai sārmu vannu) temperatūra ir dažāda: tā ir atkarīga no tērauda ķīmiskā sastāva, taču tā vienmēr ir par 20–100 °C augstāka par martensīta transformācijas punktu konkrētam tēraudam. Galīgo dzesēšanu līdz istabas temperatūrai veic gaisā. Izotermisko rūdīšanu plaši izmanto detaļām, kas izgatavotas no augstas leģētā tērauda. Pēc izotermiskās sacietēšanas tērauds iegūst augstas stiprības īpašības, tas ir, augstas stingrības un stiprības kombināciju.

Pašrūdīšana tiek plaši izmantots instrumentu rūpniecībā. Process sastāv no tā, ka detaļas tiek turētas dzesēšanas vidē nevis līdz pilnīgai atdzišanai, bet noteiktā brīdī tās tiek izņemtas no tās, lai detaļas kodolā saglabātu noteiktu siltuma daudzumu, kā rezultātā tiek veikta turpmāka rūdīšana.

Atvaļinājums

Atvaļinājums tērauds ir termiskās apstrādes beigu darbība, kas veido tērauda struktūru un līdz ar to arī īpašības. Rūdīšana sastāv no tērauda karsēšanas līdz dažādām temperatūrām (atkarībā no rūdīšanas veida, bet vienmēr zem kritiskā punkta), turēšanu šajā temperatūrā un dzesēšanu ar dažādu ātrumu. Rūdīšanas mērķis ir noņemt iekšējos spriegumus, kas rodas rūdīšanas procesā, un iegūt nepieciešamo struktūru.

Atkarībā no rūdītās daļas sildīšanas temperatūras ir trīs rūdīšanas veidi: augsta, vidēja un zema.

augsts atvaļinājums ražots apkures temperatūrā virs 350–600 °C, bet zem kritiskā punkta; šādu rūdīšanu izmanto konstrukciju tēraudiem.

Vidējais atvaļinājums ražots sildīšanas temperatūrā 350 - 500 °C; šādu rūdīšanu plaši izmanto atsperu un atsperu tēraudiem.

zems atvaļinājums ražots 150-250 °C temperatūrā. Detaļas cietība pēc sacietēšanas gandrīz nemainās; Zemu rūdīšanu izmanto oglekļa un leģētiem instrumentu tēraudiem, kur nepieciešama augsta cietība un nodilumizturība.

Rūdīšanas kontroli veic rūdīšanas krāsas, kas parādās uz detaļas virsmas.

Novecošana

Novecošana ir sakausējumu īpašību maiņas process bez ievērojamām mikrostruktūras izmaiņām. Ir divu veidu novecošanās: termiskā un deformācijas.

Termiskā novecošana rodas oglekļa šķīdības dzelzē izmaiņu rezultātā atkarībā no temperatūras.

Ja cietības, lokanības un stiprības izmaiņas notiek istabas temperatūrā, tad šādu novecošanu sauc dabisks.

Ja process notiek paaugstinātā temperatūrā, tad sauc par novecošanu mākslīgs.

Deformācijas (mehāniskā) novecošana rodas pēc aukstās plastiskās deformācijas.

Aukstā ārstēšana

Jauna veida termiskā apstrāde, lai palielinātu tērauda cietību, pārvēršot rūdīta tērauda saglabāto austenītu martensītā. To veic, atdzesējot tēraudu līdz zemākā martensīta punkta temperatūrai.

Virsmas sacietēšanas metodes

virsma sacietējusi sauc par termiskās apstrādes procesu, kas ir tērauda virsmas slāņa karsēšana līdz temperatūrai virs kritiskās temperatūras un sekojoša atdzesēšana, lai virsmas slānī iegūtu martensīta struktūru.

Ir šādi veidi: indukcijas rūdīšana; dzēšana elektrolītā, dzēšana karsējot ar augstfrekvences strāvām (HFC), dzēšana ar liesmas karsēšanu.

indukcijas sacietēšana pamatā ir fiziska parādība, kuras būtība slēpjas tajā, ka augstfrekvences elektriskā strāva, ejot cauri vadītājam, rada ap to elektromagnētisko lauku. Šajā laukā novietotās detaļas virsmā tiek izraisītas virpuļstrāvas, izraisot metāla uzkaršanu līdz augstām temperatūrām. Tas ļauj notikt fāzu transformācijām.

Atkarībā no sildīšanas metodes indukcijas rūdīšanu iedala trīs veidos:

vienlaicīga visas virsmas karsēšana un sacietēšana (izmanto mazām detaļām);

atsevišķu sekciju secīga sildīšana un rūdīšana (izmanto kloķvārpstām un līdzīgām detaļām);

nepārtraukta-secīga karsēšana un sacietēšana ar kustību (izmanto garajām daļām).

Gāzes liesmas sacietēšana. Gāzes liesmas cietēšanas process sastāv no detaļas virsmas ātras uzsildīšanas ar skābekli-acetilēna, skābekļa-degvielas vai skābekļa-petrolejas liesmu līdz sacietēšanas temperatūrai, kam seko dzesēšana ar ūdeni vai emulsiju.

Sacietēšana elektrolītā. Sacietēšanas process elektrolītā ir šāds: rūdāmo daļu nolaiž vannā ar elektrolītu (5–10% kalcinētā sāls šķīdums) un caur to izlaiž 220–250 V strāvu. daļa tiek uzkarsēta līdz augstām temperatūrām. Detaļa tiek atdzesēta vai nu tajā pašā elektrolītā (pēc strāvas izslēgšanas), vai speciālā cietināšanas tvertnē.

Termomehāniskā apstrāde

Termomehāniskā apstrāde (T.M.O.) ir jauna metode metālu un sakausējumu stiprināšanai, vienlaikus saglabājot pietiekamu plastiskumu, apvienojot plastisko deformāciju un cietināšanas termisko apstrādi (rūdīšanu un rūdīšanu). Ir trīs galvenās termomehāniskās apstrādes metodes.

Zemas temperatūras termomehāniskā apstrāde (L.T.M.O) ir balstīta uz pakāpenisku rūdīšanu, tas ir, tērauda plastisko deformāciju veic austenīta relatīvās stabilitātes temperatūrā, kam seko sacietēšana un rūdīšana.

Augstas temperatūras termomehāniskā apstrāde (H.T.M.O) vienlaikus plastiskā deformācija tiek veikta austenīta stabilitātes temperatūrās, kam seko rūdīšana un rūdīšana.

Iepriekšēja termomehāniskā apstrāde (P.T.M.O) deformāciju šajā gadījumā var veikt N.T.M.O un V.T.M.O temperatūrā vai 20ºС temperatūrā. Tālāk tiek veikta parastā termiskā apstrāde: sacietēšana un rūdīšana.

Lai mainītu metāla tehniskos parametrus, uz tā bāzes var izveidot sakausējumu un pievienot tam citas sastāvdaļas. Tomēr ir vēl viens veids, kā mainīt metāla izstrādājuma parametrus - metāla termiskā apstrāde. Ar tās palīdzību jūs varat ietekmēt materiāla struktūru un mainīt tā īpašības.

Metāla termiskā apstrāde ir virkne procesu, kas ļauj noņemt detaļas atlikušo spriegumu, mainīt materiāla iekšējo struktūru un uzlabot veiktspēju. Metāla ķīmiskais sastāvs pēc karsēšanas nemainās. Vienmērīgi karsējot sagatavi, mainās materiāla struktūras graudu izmērs.

Stāsts

Metāla termiskās apstrādes tehnoloģija cilvēcei ir zināma kopš seniem laikiem. Viduslaikos kalēji zobenu sagataves sildīja un atdzesēja ar ūdeni. Līdz 19. gadsimtam cilvēks bija iemācījies apstrādāt čugunu. Kalējs ievietoja metālu traukā, kas bija pilns ar ledu, un pārklāja to ar cukuru. Tālāk sākas vienmērīgas sildīšanas process, kas ilgst 20 stundas. Pēc tam čuguna sagatavi varēja kalt.

19. gadsimta vidū krievu metalurgs D.K.Černovs dokumentēja, ka, karsējot metālu, mainās tā parametri. No šī zinātnieka aizgāja zinātne - materiālu zinātne.

Kam paredzēta termiskā apstrāde?

Iekārtu daļas un sakaru vienības, kas izgatavotas no metāla, bieži tiek pakļautas nopietnai slodzei. Papildus tam, ka tie tiek pakļauti spiedienam, tie var tikt pakļauti kritiskai temperatūrai. Lai izturētu šādus apstākļus, materiālam jābūt nodilumizturīgam, uzticamam un izturīgam.

Iegādātās metāla konstrukcijas ne vienmēr spēj ilgstoši izturēt slodzes. Lai tie kalpotu daudz ilgāk, metalurģijas meistari izmanto termisko apstrādi. Karsēšanas laikā un pēc tam metāla ķīmiskais sastāvs paliek nemainīgs, bet īpašības mainās. Termiskās apstrādes process palielina materiāla izturību pret koroziju, nodilumizturību un izturību.

Termiskās apstrādes priekšrocības

Metāla sagatavju termiskā apstrāde ir obligāts process, ja runa ir par konstrukciju izgatavošanu ilgstošai lietošanai. Šai tehnoloģijai ir vairākas priekšrocības:

Paaugstināta metāla nodilumizturība.
Gatavās detaļas kalpo ilgāk, tiek samazināts bojāto sagatavju skaits.
Uzlabo izturību pret korozijas procesiem.

Metāla konstrukcijas pēc termiskās apstrādes iztur lielas slodzes, palielinās to kalpošanas laiks.

Tērauda termiskās apstrādes veidi

Metalurģijā tiek izmantoti trīs tērauda apstrādes veidi: tehniskā, termomehāniskā un ķīmiski termiskā. Katra no piedāvātajām termiskās apstrādes metodēm ir jāapspriež atsevišķi.

Atkausēšana

Metāla tehniskās apstrādes variācija vai cits posms. Šis process ietver vienmērīgu metāla sagataves karsēšanu līdz noteiktai temperatūrai un sekojošu dzesēšanu dabiskā veidā. Pēc atkausēšanas izzūd metāla iekšējais spriegums un tā neviendabīgums. Materiāls mīkstina ar karstumu. Vēlāk to ir vieglāk apstrādāt.

Ir divu veidu atkausēšana:

Pirmais veids. Metāla kristāla režģī ir nelielas izmaiņas.
Otrais veids. Sākas materiāla struktūras fāzes izmaiņas. To sauc arī par pilnu metāla atkausēšanu.

Temperatūras diapazons šī procesa laikā ir no 25 līdz 1200 grādiem.

sacietēšana

Vēl viens tehniskās apstrādes posms. Metāla sacietēšana tiek veikta, lai palielinātu sagataves izturību un samazinātu tās elastību. Produkts tiek uzkarsēts līdz kritiskajai temperatūrai un pēc tam ātri atdzesēts, iemērcot vannā ar dažādiem šķidrumiem. Sacietēšanas veidi:

divpakāpju dzesēšana. Sākotnēji apstrādājamo priekšmetu atdzesē līdz 300 grādiem ar ūdeni. Pēc tam daļu ievieto vannā, kas piepildīta ar eļļu.
Viena šķidruma lietošana. Ja tiek apstrādātas mazas detaļas, tiek izmantota eļļa. Lielas sagataves atdzesē ar ūdeni.
Pakāpās. Pēc karsēšanas apstrādājamo priekšmetu atdzesē izkausētajos sāļos. Pēc tam to izklāj svaigā gaisā, līdz tas pilnībā atdziest.

Var atšķirt arī izotermisku sacietēšanas veidu. Tas ir līdzīgi kā pakāpeniski, bet mainās sagataves turēšanas laiks izkausētajos sāļos.

Termomehāniskā apstrāde

Tas ir tipisks tēraudu termiskās apstrādes veids. Šajā procesā tiek izmantotas spiediena iekārtas, sildelementi un dzesēšanas tvertnes. Dažādās temperatūrās sagatave tiek uzkarsēta, un pēc tam notiek plastiskā deformācija.

Atvaļinājums

Šis ir tērauda tehniskās termiskās apstrādes pēdējais posms. Šis process tiek veikts pēc sacietēšanas. Metāla viskozitāte palielinās, iekšējais spriegums tiek noņemts. Materiāls kļūst izturīgāks. Var veikt dažādās temperatūrās. Tas maina pašu procesu.

Kriogēnā apstrāde

Galvenā atšķirība starp termisko apstrādi un kriogēno iedarbību ir tāda, ka pēdējā nozīmē sagataves dzesēšanu. Šīs procedūras beigās detaļas kļūst stiprākas, tām nav nepieciešama rūdīšana, tās ir labāk noslīpētas un pulētas.

Mijiedarbojoties ar dzesēšanas līdzekļiem, temperatūra pazeminās līdz mīnus 195 grādiem. Dzesēšanas ātrums var atšķirties atkarībā no materiāla. Lai atdzesētu produktu līdz vajadzīgajai temperatūrai, tiek izmantots procesors, kas ģenerē aukstumu. Apstrādājamā detaļa tiek vienmērīgi atdzesēta un noteiktu laiku paliek kamerā. Pēc tam to ņem ārā un ļauj pašam sasilt līdz istabas temperatūrai.

Ķīmiski termiskā apstrāde

Cits termiskās apstrādes veids, kurā sagatave tiek uzkarsēta un pakļauta dažādiem ķīmiskiem elementiem. Apstrādājamās detaļas virsmu notīra un pārklāj ar ķīmiskiem savienojumiem. Šis process tiek veikts pirms sacietēšanas.

Meistars var piesātināt izstrādājuma virsmu ar slāpekli. Lai to izdarītu, tie sasilda līdz 650 grādiem. Sildot, sagatavei jāatrodas kriogēnā atmosfērā.

Krāsaino metālu sakausējumu termiskā apstrāde

Piedāvātie metālu termiskās apstrādes veidi nav piemēroti dažāda veida sakausējumiem un krāsainajiem metāliem. Piemēram, strādājot ar varu, tiek veikta rekristalizācijas atkausēšana. Bronza uzsilst līdz 550 grādiem. Viņi strādā ar misiņu 200 grādos. Alumīnijs sākotnēji tiek rūdīts, pēc tam atkvēlināts un novecots.

Metāla termiskā apstrāde tiek uzskatīta par nepieciešamu procesu rūpniecisko iekārtu, mašīnu, lidmašīnu, kuģu un citu iekārtu konstrukciju un detaļu ražošanā un turpmākajā izmantošanā. Materiāls kļūst stiprāks, izturīgāks un izturīgāks pret korozijas procesiem. Procesa izvēle ir atkarīga no izmantotā metāla vai sakausējuma.