Termomekanisk bearbetning av metaller och legeringar. Termomekanisk behandling Syfte och typer av värmebehandling

22.11.2021

SP 16.13330.2011 Stålkonstruktioner;SP 128.13330.2012 Aluminiumkonstruktioner;

1. Allmän information

Metaller, som material, har ett komplex av egenskaper värdefulla för byggutrustning - hög hållfasthet, duktilitet, svetsbarhet, uthållighet; förmågan att härda och förbättra andra egenskaper under termomekanisk och kemisk påverkan.

Detta är anledningen till deras breda tillämpning inom konstruktion och andra teknikområden.

I sin rena form används metaller sällan på grund av otillräcklig styrka, hårdhet och hög duktilitet. De används främst som legeringar med andra metaller och icke-metaller, såsom kol.

Järn och dess legeringar (stål C2,14%, gjutjärn C>2,14%) kallas järnmetaller, resten (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, etc.) och deras legeringar - icke-järn.

Järnhaltiga metaller används mest i konstruktion.

Deras kostnad är mycket lägre än färgade.

De senare har dock ett antal värdefulla egenskaper - hög specifik hållfasthet, duktilitet, korrosionsbeständighet och dekorativ effekt, vilket utökar tillämpningsområdet för deras konstruktion, främst arkitektoniska och konstruktionsdelar och strukturer gjorda av aluminium.

Metallklassificering

Råmaterialet för produktion av järnmetaller är järnmalmer, representerade av mineraler av oxidklassen - magnetit (FeFeO), hematit (FeO), kromit (FeCrO), etc.

För produktion av icke-järnmetaller används bauxiter; sulfid- och karbonatmalmer av koppar, nickel, zink, etc.

2. Atomkristallstruktur av metaller

Metaller och legeringar i fast tillstånd är kristallina kroppar.

Atomerna i dem finns regelbundet i kristallgittrets noder och vibrerar med en frekvens på cirka 10 Hz.

Bindningen i metaller och legeringar är elektrostatisk, på grund av attraktions- och repulsionskrafterna mellan positivt laddade joner (atomer) i kristallgittrets noder och ambulerande ledningselektroner, vars densitet är 10-10 elektroner per 1 cm, vilket är tiotusentals gånger högre än innehållet av atomer och molekyler i luften.

Elektromagnetiska, optiska, termiska och andra egenskaper hos metaller beror på de specifika egenskaperna hos ledningselektroner.

Atomer i gittret tenderar att inta en position som motsvarar minimum av dess energi, och bildar de tätaste packningarna - kubisk volym- och ansiktscentrerad och hexagonal.

Koordinationsnummer (packningsdensitet) för kristallgitter. a)kubisk ansiktscentrerad (K 12); b) kroppscentrerad (K8);c) sexkantig (K 12)

Packningsdensiteten kännetecknas av koordinationstalet, vilket är antalet angränsande atomer som är på lika och minsta avstånd från en given atom.

Ju högre siffra, desto tätare packning.

För kroppscentrerad kubisk packning är det lika med 8 (K8); ansiktscentrerad - 12 (K12); sexkantig - även 12 (K12).

Avståndet mellan mitten av de närmaste atomerna i gittret kallas gitterperioden.

Gitterperioden för de flesta metaller ligger i intervallet 0,1-0,7 nm.

Många metaller, beroende på temperaturen, genomgår strukturella förändringar i kristallgittret.

Så järn vid temperaturer under 910 ° C och över 1392 ° C har en kroppscentrerad packning av atomer med en gitterperiod på 0,286 nm och betecknas -Fe; inom området för dessa temperaturer omarrangeras järnets kristallgitter till ett ansiktscentrerat med en period av 0,364 nm, och betecknas -Fe.

Omkristallisation åtföljs av värmeavgivning under kylning och absorption under uppvärmning, vilket registreras på diagrammen längs horisontella sektioner.

Järnkylning (värme) kurva

Metaller är polykristallina kroppar som består av ett stort antal små kristaller med oregelbunden form.

Till skillnad från regelbundna kristaller kallas de kristalliter eller korn.

Kristalliter är olika orienterade, därför är egenskaperna hos metaller mer eller mindre desamma i alla riktningar, dvs. polykristallina kroppar är isotropa.

Men för samma orientering av kristalliter kommer en sådan imaginär isotropi inte att observeras.

Kristallgittret av metaller och legeringar är långt ifrån en idealisk struktur.

Den innehåller defekter - vakanser och förskjutningar.

3. Grunderna för järn- och stålproduktion

Gjutjärn erhålls under loppet av en masugnsprocess baserad på reduktion av järn från dess naturliga oxider i järnmalm med koks vid hög temperatur.

Koks brinner för att bilda koldioxid.

När den passerar genom varm koks förvandlas den till kolmonoxid, vilket reducerar järn i den övre delen av ugnen enligt det allmänna schemat: FeOFeOFeOFe.

När det sjunker ner i den nedre varma delen av ugnen, smälter järnet i kontakt med koksen och förvandlas delvis till gjutjärn.

Det färdiga gjutjärnet innehåller cirka 93% järn, upp till 5% kol och en liten mängd föroreningar av kisel, mangan, fosfor, svavel och några andra grundämnen som har passerat in i gjutjärn från gång.

Beroende på mängden och formen av bindning av kol och föroreningar med järn, har gjutjärn olika egenskaper, inklusive färg, uppdelat enligt denna egenskap i vitt och grått.

Stål erhålls från gjutjärn genom att avlägsna en del av kolet och föroreningar från det. Det finns tre huvudsakliga metoder för stålproduktion: omvandlare, öppen härd och elektrisk smältning.

Konverteraren bygger på att man blåser smält järn i stora päronformade konverterkärl med tryckluft.

Luftsyre oxiderar föroreningar och omvandlar dem till slagg; kol brinner ut.

Med en låg halt av fosfor i gjutjärn är omvandlarna fodrade med sura eldfasta material, till exempel dinas, med ett ökat innehåll, med basiska, periklas eldfasta material.

Följaktligen kallas stålet som smälts i dem traditionellt Bessemer och Thomas stål.

Omvandlarmetoden kännetecknas av hög produktivitet, vilket har lett till dess breda distribution.

Dess nackdelar inkluderar ökat metallavfall, slaggförorening och närvaron av luftbubblor som försämrar stålkvaliteten.

Användningen av syrgasblåsning istället för luft i kombination med koldioxid och vattenånga förbättrar avsevärt kvaliteten på konverterstål.

Öppen härdmetoden utförs i speciella ugnar där tackjärn smälts samman med järnmalm och metallskrot (skrot).

Utbränning av föroreningar uppstår på grund av att syre från luften kommer in i ugnen tillsammans med brännbara gaser och järnmalm i sammansättningen av oxider.

Stålets sammansättning lämpar sig väl för reglering, vilket gör det möjligt att erhålla högkvalitativa stål för kritiska strukturer i ugnar med öppen spis.

Elsmältning är det mest avancerade sättet att få högkvalitativa stål med önskade egenskaper, men det kräver en ökad förbrukning av el.

Enligt metoden för dess leverans är elektriska ugnar uppdelade i båge och induktion.

Ljusbågsugnar används mest inom metallurgi. I elektriska ugnar smälts speciella typer av stål - medium och höglegerade, verktyg, värmebeständiga, magnetiska och andra.

4. Mekaniska egenskaper hos metaller

Mekaniska egenskaper bestäms från resultaten av statiska, dynamiska och utmattnings- (uthållighets) tester.

Statisk tester kännetecknas av långsam och smidig applicering av belastningen. De viktigaste är: dragprov, hårdhet och brottseghet.

För dragprovanvänd standardprover med en beräknad längdjag= 10 d och ett område på 11,3 MEN var (d och MEN- respektive diameter och tvärsnittsarea för ett prov av långa produkter med rund, kvadratisk eller rektangulär sektion.

Testerna utförs på dragprovningsmaskiner med automatisk registrering av dragdiagram.

Figur 4 visar ett sådant diagram för medelkolstål.

Kurva 1 kännetecknar metallens beteende under inverkan av villkorliga spänningar =R/A och kurvan 2 - under inverkan av verkliga spänningar, S=R/A, (var MEN och MEN- respektive provets tvärsnittsarea före testning och vid varje laddningsstadium fram till fel).

Vanligtvis använder de det betingade spänningsdiagrammet, även om kurvan är mer objektiv2.

Metalldragdiagram: a) för villkorade (heldragna linjer) och sanna (streckade linjer) spänningar; / - område med elastisk deformation;// - samma plast; /// - område för sprickutveckling; b) villkorligt sanna påfrestningar

Den elastiska gränsen bestäms av spänningen vid vilken den permanenta töjningsdeformationen inte överstiger 0,05 %.

Sträckgränsen kännetecknas av den villkorade flytgränsen, vid vilken restdeformationen inte överstiger 0,2%.

Den fysiska sträckgränsen motsvarar den spänning vid vilken provet deformeras utan ytterligare ökning av belastningen.

För material som är spröda vid dragprovning används statiska kompressionstester (för gjutjärn), torsionstester (för härdade och konstruktionsstål) och böjprov (för gjutgods av grå och segjärn).

Hårdhetmetaller de testas genom att trycka in en stålkula, diamantkon eller pyramid under en viss belastning och utvärderas av mängden plastisk deformation (avtryck) som produceras.

Beroende på vilken typ av spets som används och utvärderingskriteriet särskiljs Brinell, Rockwell och Vickers hårdhet.

Schema för bestämning av hårdhet . a) enligt Brinell; b) enligt Rockwell; c) enligt Vickers

Vickers hårdhet betecknas HV 5, HV 10, etc. Ju tunnare och hårdare metall och legering är, desto lägre bör testbelastningen vara.

För att bestämma mikrohårdheten hos små produkter och strukturella komponenter av metaller används Vickers-metoden även i kombination med ett metallografiskt mikroskop.

Brottseghetstestet av metaller utförs på standardprover med skåror med trepunktsböjning.

Metoden gör det möjligt att utvärdera en metalls motståndskraft mot utbredning, snarare än mot initiering av en spricka eller en sprickliknande defekt av något ursprung, som alltid finns i metallen.

Brottsegheten uppskattas av parameternTILL,representerar spänningsintensitetsfaktorn eller lokal ökning av dragspänningar (MPa) vid sprickspetsen.

Dynamisk tester av metaller utförs för slagböjning genom alternerande cyklisk belastning. För slagböjning testas metallprover med dimensioner (1x1x5,5) 10 m med en spänningskoncentrator (skåra) i mitten

Testet utförs på en pendelslagprovare. En metalls motståndskraft mot stötböjning kallas slaghållfasthet och betecknasKCU, KV och KST(var KSär symbolen för slagstyrka, ochU, V och T -typ och storlek på spänningskoncentratorn).

En metalls motståndskraft mot cyklisk belastning kännetecknas av den maximala påkänning som en metall kan motstå utan förstörelse under ett givet antal cykler och kallas uthållighetsgränsen. Applicera symmetriska och asymmetriska laddningscykler.

Uthållighetsgränsen minskar kraftigt i närvaro av stresskoncentratorer.

5. Kristallisation och fassammansättning av järn-kol-legeringar

Kristallisering utvecklas endast när metallen underkylas under jämviktstemperaturen.

Kristalliseringsprocessen börjar med bildandet av kristallina kärnor (kristallisationscentra) och fortsätter med deras tillväxt.

Beroende på kristallisationsförhållandena (avkylningshastighet, typ och mängd av föroreningar) bildas kristaller av olika storlekar från 10 till 10 nm med regelbunden och oregelbunden form.

I legeringar, beroende på tillstånd, särskiljs följande faser: flytande och fasta lösningar, kemiska och mellanliggande föreningar (mellanliggande faser, elektroniska föreningar, etc.).

En fas är en fysikaliskt och kemiskt homogen del av ett system (metall eller legering) som har samma sammansättning, struktur, samma aggregationstillstånd och är separerad från resten av systemet av en separerande yta.

Därför är en flytande metall ett enfassystem, och en blandning av två olika kristaller eller den samtidiga förekomsten av en flytande smälta respektive kristaller är två- och trefassystem.

Ämnen som bildar legeringar kallas komponenter

Fasta lösningar är faser där en av legeringskomponenterna behåller sitt kristallgitter, medan atomerna i en annan eller andra komponenter är belägna i kristallgittret av den första komponenten (lösningsmedlet), och ändrar dess dimensioner (perioder).

Det finns solida lösningar för substitution och interstitial.

I det första fallet ersätter atomerna i den upplösta komponenten några av lösningsmedelsatomerna vid ställena för dess kristallgitter; i den andra är de belägna i mellanrummen (hålrummen) i lösningsmedlets kristallgitter och i de av dem där det finns mer ledigt utrymme.

I substitutionslösningar kan gitterperioden öka eller minska beroende på förhållandet mellan lösningsmedlets atomradier och den lösta komponenten; i inbäddningslösningar – öka alltid.

Interstitiell fasta lösningar uppstår endast i de fall då diametrarna för atomerna i den upplösta komponenten är små.

Till exempel i järn kan molybden, krom, kol, kväve och väte lösas upp och bilda mellanliggande fasta lösningar. Sådana lösningar har en begränsad koncentration, eftersom antalet porer i lösningsmedelsgittret är begränsat.

6. Modifiering av stålets struktur och egenskaper

Egenskapen hos järn-kol-legeringar att uppleva fasomvandlingar under kristallisation och återuppvärmning-kylning, att förändra strukturen och egenskaperna under påverkan av termomekaniska och kemiska influenser och modifierande föroreningar används i stor utsträckning inom metallurgi för att erhålla metaller med önskade egenskaper.

Vid utveckling och konstruktion av stål- och armerade betongkonstruktioner av byggnader och strukturer, teknisk utrustning och maskiner (autoklaver, ugnar, kvarnar, tryck- och icke-tryckrörledningar för olika ändamål, metallformar för tillverkning av byggprodukter, entreprenadmaskiner, etc.) , är det nödvändigt att ta hänsyn till klimat, tekniska och nödsituationer deras arbetsförhållanden.

Låga negativa temperaturer sänker tröskeln för kall sprödhet, slaghållfasthet och brottseghet.

Förhöjd temperatur minskar elasticitetsmodulen, draghållfastheten, sträckgränsen, vilket tydligt manifesteras till exempel vid bränder

Vid 600 °C övergår stål och vid 200 °C aluminiumlegeringar fullständigt till ett plastiskt tillstånd och strukturer under belastning förlorar sin stabilitet.

Det är därför oskyddade metallkonstruktioner har relativt lite brandmotstånd.

Teknisk utrustning - pannor, rörledningar, autoklaver, metallformar, såväl som förstärkning av armerade betongkonstruktioner, ständigt utsatta för cyklisk uppvärmning - kylning i temperaturområdet 20-200 ° C och mer under produktionsprocessen, upplev termisk åldring och låg -temperaturhärdning, ofta förvärrad av korrosion, vilket är nödvändigt att ta hänsyn till vid val av stålsorter för specifika ändamål.

De viktigaste metoderna för att modifiera strukturen och egenskaperna hos stål som används inom metallurgi är:

Införande i den smälta metallen av ämnen som bildar eldfasta föreningar, som är centra för kristallisation;

Införandet av legeringselement som ökar styrkan hos kristallgittren av ferrit och austenit, saktar ner diffusionsprocesserna för kol- och karbidfrisättning och rörelsen av dislokationer;

Termisk och termomekanisk behandling av stål.

De syftar främst till att slipa kornen av kylt stål, lindra kvarvarande spänningar och öka dess kemiska och fysiska homogenitet.

Som ett resultat ökar härdbarheten hos stål; hårdhet, kallsprödhetströskel, tempereringssprödhet, benägenhet till termisk och deformationsåldring reduceras, stålets plastiska egenskaper förbättras.

De specifika egenskaperna hos dessa metoder diskuteras nedan.

Legeringselement införs i konstruktionsstål.

Eftersom de är karbidbildande element fungerar de samtidigt som modifierande tillsatser som säkerställer kärnbildning och förfining av stålkorn under smältkristallisation.

I legerade stålsorter anges typen och innehållet av legeringselement med bokstäver och siffror till höger om bokstäverna.

De anger det ungefärliga innehållet (%) av legeringselementet; avsaknaden av siffror innebär att den inte överstiger 1,5 %.

Godkända beteckningar på legeringselement: A - kväve, B - niob, C - volfram, D - mangan, D - koppar, E - selen, K - kobolt, H - nickel, M - molybden, P - fosfor, P - bor, C - kisel, T - titan, F - vanadin, X - krom, C - zirkonium, H - sällsynta jordartsmetaller, Yu - aluminium.

Legeringselement, som löses upp i ferrit och austenit, minskar kornstorleken och partiklarna i karbidfasen.

Eftersom de ligger längs korngränserna hindrar de deras tillväxt, diffusion av kol och andra legeringselement och ökar austenitens motståndskraft mot underkylning.

Därför har låglegerade stål en finkornig struktur och högre kvalitetsindikatorer.

Termisk och termomekanisk bearbetning är vanliga sätt att modifiera strukturen och förbättra stålets egenskaper.

Det finns följande typer av dem: glödgning, normalisering, härdning och härdning. Glödgning inkluderar processerna homogenisering, omkristallisation och avlägsnande av kvarvarande spänningar.

Temperaturintervall för olika typer av glödgning: 1 - homogenisering; 2 - lågtemperatur omkristallisationsglödgning (hög anlöpning) för att minska hårdheten; 3 - glödgning (tempering) för avspänning; 4 - fullständig glödgning med fasomkristallisation; 5, 6 - normalisering av sub- och hypereutektoid stål; 7 - sfäroidisering; 8 - ofullständig glödgning av hypoeutektoid stål

Tackor av legerat stål utsätts för homogenisering vid 1100–1200 °C i 15–20 timmar för att utjämna den kemiska sammansättningen, minska dendritisk och intrakristallin segregation, vilket orsakar en spröd fraktur under tryckbehandling, anisotropi av egenskaper, bildning av flockar och en grovkornig struktur.

Omkristallisationsglödgning används för att avlägsna härdning av en deformerad metall genom att värma den över temperaturen för omkristallisationströskeln, blötläggning vid denna temperatur och kylning.

Det finns kalla och varma (varma) deformationer.

Kall utförs vid en temperatur under omkristallisationströskeln och varm - över.

Omkristallisation under kall deformation kallas statisk, och under varm - dynamisk, kännetecknad av kvarvarande "varmarbete härdning", användbar för härdning från rullande uppvärmning.

Glödgning för att avlägsna restspänningar utförs vid 550...650 °C under flera timmar. Det förhindrar skevhet av svetsade produkter efter skärning, uträtning, etc.

Normalisering ger uppvärmning av långa produkter till - och hypereutektoid konstruktionsstål, en kort exponering och kylning i luft.

Det orsakar fullständig fasrekristallisering av stål, lindrar inre spänningar, ökar duktiliteten och slaghållfastheten.

Accelererad kylning i luft leder till nedbrytning av austenit vid lägre temperaturer.

Normalisering används i stor utsträckning för att förbättra egenskaperna hos byggnadsstål med låg kolhalt, och ersätter glödgning. För medelstora kolstål och legerade stål kombineras det med hög anlöpning vid temperaturer under omkristallisationströskeln.

Härdning och härdning ger förbättring av stålets hållfasthet och plastviskösa egenskaper, minskning av tröskeln för kall sprödhet och känslighet för spänningskoncentratorer.

Härdning består i att värma stålet, hålla det tills stålet är fullständigt austenitiserat och kyla det i en takt som säkerställer övergången av austenit till martensit.

Därför är martensitens kristallgitter kraftigt förvrängt och utsätts för spänningar på grund av strukturella egenskaper och en ökning av den specifika volymen av martensit jämfört med austenit med 4...4,25 %.

Martensit är spröd, hård och stark. En tillräckligt fullständig martensitisk omvandling är dock endast möjlig för högkolhaltiga och legerade stål, som har en ökad stabilitet av underkyld austenit.

I lågkolhaltiga och låglegerade konstruktionsstål är det litet och därför bildas vid härdning, även vid snabb kylning med vatten, martensit antingen inte eller bildas i mindre mängd i kombination med bainit.

Vid snabb kylning av lågkolhaltiga byggnadsstål (C0,25%) (släckning från rullvärme) sönderdelas austenit och en högdispergerad ferrit-cementitstruktur av perlit-sorbit och troostit eller lågkolhaltig martensit och cementit bildas.

Denna struktur kallas bainit.

Den har ökad styrka, hårdhet och uthållighet jämfört med nedbrytningsprodukterna av austenit i perlitområdet - sorbitol och proostit, samtidigt som den bibehåller hög plasticitet, viskositet och en reducerad kylkapacitetströskel.

Härdning av stål genom härdning från valsande uppvärmning beror på att dynamisk omkristallisation under valsuppvärmning är ofullständig och bainit ärver en hög täthet av dislokationer som bildas i deformerad austenit.

Kombinationen av plastisk deformation av stål i austenitiskt tillstånd med härdning och härdning kan avsevärt öka dess hållfasthet, duktilitet och seghet, eliminera tendensen till anlöpande sprödhet, som observeras under medeltemperaturhärdning av legerat stål vid 300...400 ° C.

Härdning är den slutliga operationen av värmebehandling av stål, varefter den får de nödvändiga egenskaperna.

Det består i att värma härdat stål, hålla det vid en given temperatur och kyla det i en viss hastighet.

Syftet med härdning är att minska nivån av inre spänningar och öka motståndet mot förstörelse.

Det finns tre typer av det: låg temperatur (låg) med uppvärmning upp till 250 °C; medeltemperatur (medium) med uppvärmning i intervallet 350-500 °C och hög temperatur (hög) med uppvärmning vid 500-600 °C.

Åldrandet av kolstål manifesteras i en förändring av dess egenskaper över tid utan en märkbar förändring i mikrostrukturen.

Styrkan och kallsprödhetströskeln ökar, plasticiteten och slaghållfastheten minskar.

Det finns två typer av åldrande - termisk och deformationell (mekanisk).

Deformation (mekanisk) åldring fortsätter efter plastisk deformation vid en temperatur under omkristallisationströskeln.

Huvudorsaken till denna typ av åldrande är också ackumuleringen av C- och N-atomer vid dislokationer, vilket hindrar deras rörelse.

Byggare möter fakta om temperament sprödhet och åldrande av stål under den elektrotermiska metoden för att spänna armering i processen att tillverka förspända armerade betongkonstruktioner.

7. Gjutjärn

Som nämnts ovan kallas järn-kol-legeringar som innehåller mer än 2,14% C gjutjärn.

Närvaron av eutektik i strukturen av gjutjärn bestämmer dess användning uteslutande som en gjutlegering. Kol i gjutjärn kan vara i form av cementit och grafit, eller båda.

Cementit ger sprickan en ljus färg och en karakteristisk glans; grafit - grå färg utan glans.

Gjutjärn, där allt kol är i form av cementit, kallas vitt, och i form av cementit och fri grafit - grått

Beroende på formen av grafit och villkoren för dess bildning finns det: grå, höghållfast med nodulär grafit och formbara gjutjärn.

Fassammansättningen och egenskaperna hos gjutjärn påverkas avgörande av innehållet av kol, kisel och andra föroreningar i det, såväl som sättet för kylning och glödgning.

Påverkan av kol- och kiselinnehåll på gjutjärnsstrukturen (skuggat område - de vanligaste gjutjärnen):

I - område av vitt gjutjärn; II - halvgjutjärn; III - perlitiskt grått gjutjärn; IV - ferritisk-perlitiskt gjutjärn; V - ferritiskt grått gjutjärn;L - ledeburite; P - perlit; C - cementit; G - grafit; F - ferrit

Vitt gjutjärn har hög hårdhet och styrka (HB 4000-5000 MPa), är dåligt bearbetat genom skärning och är sprött.

Det används som omvandling till stål eller segjärn.

Kylt gjutjärn har en struktur av vitt gjutjärn i ytskiktet och grått gjutjärn i kärnan, vilket ger produkter tillverkade av det ökad slitstyrka och uthållighet.

Ungefärlig sammansättning av vitt gjutjärn: C=2,8-3,6%; Si=0,5-0,8%; Mn=0,4-0,6%.

Grått gjutjärn är en legering av Fe-Si-C, med de oundvikliga föroreningarna Mn, P och S.

De bästa egenskaperna är hypoeutektiska gjutjärn innehållande 2,4-3,8% C, varav en del, upp till 0,7%, är i form av cementit.

Kisel bidrar till grafitisering av gjutjärn, mangan, tvärtom, förhindrar det, men ökar gjutjärnets tendens att bleka.

Svavel är en skadlig förorening som försämrar de mekaniska och gjutna egenskaperna hos gjutjärn.

Fosfor i en mängd av 0,2-0,5% påverkar inte grafitiseringen, ökar fluiditeten, men ökar gjutjärnets sprödhet.

De mekaniska och plastiska egenskaperna hos gjutjärn bestäms av dess struktur, främst av grafitkomponenten. Ju färre grafitinneslutningar, desto mindre, mer grenade och mer isolerade från varandra, desto starkare och mer segt gjutjärn.

Strukturen av metallbasen av gjutjärn är hypoeutektoid eller eutektoid stål, dvs. ferrit + perlit eller perlit. Den största styrkan, hårdheten och slitstyrkan har grått gjutjärn med en perlitstruktur av metallbasen av den ungefärliga sammansättningen: C = 3,2-3,4%; Si - 1,4-2,2%; Mn=0,7-1,0%; P, S 0,15-0,2%.

Inverkan av metallbasen och formen av grafitinneslutningar på de mekaniska och tekniska egenskaperna hos gjutjärn

Fysiska och mekaniska egenskaper hos gjutjärn av olika strukturer

Namn på gjutjärn	Gjutjärnskvalitet	Metallbasens struktur	grafitform	Hårdhet HB, MPa	Draghållfasthet, MPa	Relativ förlängning, %
Grå	MF-10; SCH-15		Stora och medelstora tallrikar	1200-2400	100-150	-
Grå	MF-18; MF-21; MF-24; MF-25; MF-30; SCh-40	Perlit (sorbitol)	Små virvlande tallrikar	2550-2900	180-400	-
Mycket hållbar	VCh35-22; VCh40-15; VCh45-10	Ferritisk och ferritisk-perlitisk	sfärisk	1400-1700; 1400-2020; 1400-2250;
	VCh50-8;	perlit	sfärisk	1530-2450;
	VCh60-3;			1920-2770;
	VCh70-2;			2280-3020;
	VCh80-2;			2480-3510;
	VCh100-2			2700-3600	1000
Formbar	KCh30-6;	ferritisk	fjällig	1630
	KCH33-8
	KCh35-10
	KCH37-12
	KCh50-4;	perlit	fjällig	2410-2690
	KCh56-4;
	KCh60-3;
	KCh63-2

Grafitinneslutningar, som kraftigt minskar draghållfastheten hos grått gjutjärn, påverkar praktiskt taget inte dess tryckhållfasthet, böjning och hårdhet; göra den okänslig för stresskoncentratorer, förbättra bearbetbarheten.

Grått gjutjärn är märkt med bokstäverna C - grått och H - gjutjärn.

Siffrorna efter dem anger den genomsnittliga draghållfastheten (kg/mm).

Pearlitgjutjärn inkluderar modifierade gjutjärnskvaliteter SCH30-SCH35, som innehåller modifierande tillsatser - grafit, ferrokisel, kiselkalcium i mängden 0,3-0,8%, etc.

För att lindra inre spänningar glödgas gjutgods vid 500–600°C, följt av långsam kylning.

Modifiering och glödgning ökar duktiliteten, segheten och uthålligheten hos gjutjärn

Med införandet av grått gjutjärn under sin smältning av magnesium i en mängd av 0,03-0,07%, får grafit i kristallisationsprocessen en sfärisk form istället för en lamellär.

Sådant gjutjärn har hög hållfasthet, jämförbar med den hos gjutstål, goda gjutegenskaper och formbarhet, bearbetbarhet och slitstyrka.

Duktila järnkvaliteter betecknas med bokstäver och siffror.

Det senare betyder draghållfasthet (kg/mm) och relativ töjning (%).

Segjärn erhålls genom långvarig uppvärmning (glödgning) av vita gjutjärnsgjutgods.

Glödgning utförs i två steg med exponering för var och en av dem tills fullständig nedbrytning av ledeburit (steg I), austenit och cementit (steg II) och bildandet av ferrit och grafit.

Den senare sticker ut i det här fallet i form av flingor, vilket ger gjutjärn hög duktilitet.

Dess brott är sammetssvart.

Om kylningen accelereras bildas formbart gjutjärn med en perlitisk bas, vilket minskar duktiliteten och ger brottet ett lätt (stål) utseende. Märk det på samma sätt som höghållfast gjutjärn.

Termen "duktilt järn" är villkorad och kännetecknar plasten och inte de tekniska egenskaperna hos gjutjärn, eftersom produkter från det, liksom från andra gjutjärn, erhålls genom gjutning och inte genom smide.

I konstruktionen används alla typer av de övervägda gjutjärnen med grafitinneslutningar.

Grå gjutjärn används i strukturer som arbetar under statisk belastning (pelare, grundplattor, basplattor för takstolar, balkar, avloppsrör, brunnar, ventiler); Duktila och formbara gjutjärn med ökad hållfasthet, duktilitet och seghet används i strukturer som utsätts för dynamisk och vibrationsbelastning och slitage (golv i industribyggnader, fundament för tung smide och pressutrustning, fackverksstöd för järnvägs- och vägbroar, rör för fastsättning av kritiska transporttunnlar under jord, i bergen).

8. Icke-järnmetaller

Av de icke-järnhaltiga metallerna har aluminium den största användningen i konstruktion, med hög specifik hållfasthet, duktilitet, korrosionsbeständighet och ekonomisk effektivitet.

Silver, guld, koppar, zink, titan, magnesium, tenn, bly och andra används främst som legeringstillsatser och legeringskomponenter och har därför en speciell och begränsad användning inom konstruktion (speciella typer av glas, unika föremål - minnesmärken på Mamaev Kurgan i Volgograd, på Poklonnaya Gora, en obelisk för att hedra erövringen av rymden i Moskva och andra, där titan, koppar och deras legeringar används i stor utsträckning; avstängnings- och kontrollventiler och anordningar för VVS och värme, elektriska system i byggnader och strukturer).

I sin rena form används icke-järnmetaller, som järn, sällan på grund av deras låga hållfasthet och hårdhet.

Aluminium- silvervit metall, densitet 2700 kg/m3 och smältpunkt 658 °C. Dess kristallgitter är en ansiktscentrerad kub med en period på 0,40412 nm.

Äkta aluminiumkorn, som järnkorn, har en blockstruktur och liknande defekter - vakanser, interstitiella atomer, dislokationer, låg- och högvinkelgränser mellan korn.

En ökning av styrkan uppnås genom legering av Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, samt plastisk deformation (hårt arbete), härdning och åldring. Alla aluminiumlegeringar är uppdelade i smidda och gjutna.

Smideslegeringar är i sin tur indelade itermiskt härdade och icke-härdade .

De värmehärdade legeringarna inkluderar Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; termiskt ohärdade - tekniskt aluminium och tvåkomponentslegeringar Al-Mn och Al-Mg (maglia).

Koppar- den huvudsakliga legeringstillsatsen av legeringar - duralumin, ökar styrkan, men minskar duktiliteten och anti-korrosionsegenskaperna hos aluminium.

Mangan och magnesium ökar styrkan och anti-korrosionsegenskaperna; kisel - flytbarhet och smältbarhet, men försämrar plasticiteten.

Zink, särskilt med magnesium, ökar styrkan men minskar motståndskraften mot spänningskorrosion.

För att förbättra egenskaperna hos aluminiumlegeringar introducerar de en liten mängd krom, vanadin, titan, zirkonium och andra element. Järn (0,3-0,7%) är en oönskad men oundviklig förorening.

Förhållandet mellan komponenter i legeringarna väljs baserat på villkoren för deras uppnående efter värmebehandling och åldring av hög hållfasthet, bearbetbarhet och korrosionsbeständighet.

Legeringar betecknas av kvaliteter som har en alfabetisk och numerisk beteckning som kännetecknar legeringens sammansättning och tillstånd: M - glödgat (mjuk); H - kallbearbetad; H2 - halvhärdad; T - härdad och naturligt åldrad; T1 - härdad och artificiellt åldrad; T4 - inte helt härdad och artificiellt åldrad.

Hårt arbetande och halvhårt arbetande är typiska för termiskt härdade legeringar; härdning och åldring - för termiskt härdad.

Kvaliteter av tekniskt aluminium: AD, AD1 (A - aluminium, D - legering av duraluminiumtyp, 1 - kännetecknar renhetsgraden av aluminium - 99,3%; i AD-märket - 98,8 A1); höghållfasthet - B95, B96, smide - AK6, AK8 (siffrorna anger det totala innehållet av huvud- och ytterligare legeringselement i legeringen (%).

Märken av termiskt ohärdade aluminiumlegeringar: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M - mjuk, Mts - mangan, Mg2 - magnesium med en halt på 2% i legeringen).

Numerisk beteckning för aluminiumlegeringskvaliteter: 1915, 1915T, M925, 1935T (den första siffran anger grunden för legeringen - aluminium; den andra - sammansättningen av komponenterna; 0 - kommersiellt rent aluminium, 1 - Al-Cu-Mg, 3 - Al-Mg-Si, 4 - Al-Mn, 5- Al-Mg, 9 - Al-Mg-Zn; de två sista är serienumret för legeringen i sin grupp).

De viktigaste typerna av värmebehandling av aluminiumlegeringar är glödgning, härdning och åldring (härdning)

Glödgning sker utan fasomvandlingar och används för spänningsavlastning, homogenisering, omkristallisering och återhämtning.

I det senare fallet sker en återställning av legeringens initiala fysiska och mekaniska egenskaper, en minskning av styrkan, en ökning av duktiliteten och slaghållfastheten, som är nödvändiga för tekniska ändamål.

9. Stålarmering för armerade betongkonstruktioner

För att förstärka armerade betongkonstruktioner används stång- och trådarmering av en jämn och periodisk profil och rep tillverkade av lågkolhaltiga och låglegerade stål, härdade genom härdning från rullande uppvärmning, kall eller varm deformation.

Dessa krav är mer uppfyllda av höghållfasta spö (A-1V - AV1; At-1VC (K) - At-V1C (K), etc.), vajer (B-II, Vr-II) och rep (K- 7, K-9) armering med en sträckgräns på 590-1410 MPa respektive en relativ töjning på 8-14%, som används för tillverkning av förspända armerade betongkonstruktioner.

Samtidigt, tillsammans med en ökning av hållfastheten och sprickbeständigheten hos strukturer med 20-30%, minskar förbrukningen av armeringsstål jämfört med icke-spända A-I (A-240), A-II (A-300) A-III (A-400), Vp-I.

Ur korrosionsbeteendesynpunkt är dock höghållfasthet, särskilt förspänd armering, potentiellt mer sårbar.

Korrosionsbeteendet hos armering i betong kännetecknas huvudsakligen av förändringen i hållfasthet, plasticitet och arten av dess brott, såväl som djupet av korrosionsskada (mm/år) eller viktminskning (g/m dag eller g/m h)

Det passiva tillståndet för armering i betong, som är termodynamiskt utsatt för oxidationsreaktioner, tillhandahålls av mediets mycket alkaliska natur (pH12) och ett tillräckligt tjockt (0,01-0,035 m) och tätt skyddande betongskikt.

I enlighet med oxidfilmteorin uppstår det passiva tillståndet av armering i en oxiderande miljö på grund av bildandet av en tunn oxidfilm på metallytan.

Jämviktspotentialen för bildandet av en sådan film är positiv och är cirka 0,63 V, och järn i det aktiva tillståndet är cirka - 0,4 V.

Så snart polariseringen av metallens anodsektioner når potentialen för bildning av en oxidfilm, minskar upplösningsströmtätheten kraftigt och metallen övergår i ett passivt tillstånd.

Denna karakteristiska potential kallas Flade potential..

Passiveringen av armering i betong vid en temperatur på 20 ± 5 ° C slutförs på 32-36 timmar, inte bara med en ren yta utan också med rost.

Emellertid kännetecknar mediets pH-värde tvetydigt armeringens tillstånd i betong; det bestäms till stor del av närvaron av aktiverande joner, som förskjuter metallens upplösningspotential i negativ riktning; metallen går sedan in i ett aktivt tillstånd.

Det är möjligt att objektivt bedöma det elektrokemiska tillståndet för armering i betong endast genom dess polariserbarhet, d.v.s. förändring i elektrodpotential och strömtäthet.

Alla betonger kännetecknas inte av ett högt pH-värde.

I autoklaverad, gips och betong med aktiva mineraltillsatser från tillverkningstillfället pH<12.

I sådana betonger kräver förstärkning en skyddande beläggning.

Armeringsdepassivering kan också förekomma i det förkolnade skyddsskiktet av betong (där armeringen är placerad), särskilt på platser med sprickor, vilket måste beaktas vid tilldelning av skyddsskiktets tjocklek och densitet, beroende på typ, syfte, driftsförhållanden och livslängd för armerade betongkonstruktioner.

Lokaliserade korrosionsskador på metallytan verkar på samma sätt som spänningskoncentratorer.

I duktila mjuka stål, nära centrum av dessa lesioner, uppstår en omfördelning av spänningar, vilket resulterar i att stålens mekaniska egenskaper praktiskt taget inte förändras.

I höghållfasta lågduktilitetsstål med jämn och periodisk profil, till exempel V-II och Vr-II, som upplever dragspänningar nära sträckgränsen (och av denna anledning är mindre mottagliga för anodpolarisation), lokal korrosion skada orsakar en stor koncentration av svagt avslappnande påfrestningar och sannolikheten för spröd fraktur blir.

Därför är höghållfasta armeringsstål som rekommenderas för förspända strukturer som regel komplext legerade, har genomgått termisk och termomekanisk behandling, normalisering och hög anlöpning, vid 600-650 °C.

Införandet av en liten mängd legeringstillsatser Cr, Mn, Si, Cu, P, Al och andra i armeringsstål, tillsammans med termisk och termomekanisk behandling, förbättrar avsevärt de mekaniska och 2-3 gånger de korrosionsskyddande egenskaperna hos stål

10. Stålkonstruktioner

De huvudsakliga strukturformerna och syftet med stålkonstruktioner är:industribyggnader, ramar och stora beläggningar av offentliga byggnader, broar och överfarter, torn och master, fönster av målat glas, fönster- och dörrfyllningar, undertak och så vidare.

De primära delarna av byggnadsstrukturer är:

Stålplåttjock varmvalsad 4-160 mm tjock, 6-12 m lång, 0,5-3,8 m bred, levereras i form av plåt och rullar; tunn varm- och kallvalsad, upp till 4 mm tjock i rullar; bredhylla universal 6-60 mm tjock varmvalsad med bearbetade, inriktade kanter;

Profilstål - vinklar, kanaler, I-balkar, T-stycken, rör etc., från vilka olika symmetriska sektioner monteras, vilket ger ökad stabilitet och kostnadseffektivitet hos strukturer;

Varmvalsade sömlösa runda rör med en diameter på 25-550 mm och en väggtjocklek på 2,5-75 mm för radio- och tv-stolpar;

Rör elektrosvetsade runda, med en diameter på 8-1620 mm och en väggtjocklek på 1-16 mm; kvadratisk och rektangulär sektion med sidor från 60 till 180 mm och väggtjocklek från 3 till 8 mm. Rör används vid konstruktion av lätta tak, korsvirkesväggar, bindningar, målat glasfönster;

Kallformade profiler gjorda av tejp eller remsa med en tjocklek på 1-8 mm. Deras huvudsakliga användningsområde är lätt, ekonomisk konstruktion av byggnadsbeläggningar;

Profiler för olika ändamål - fönster-, dörr- och lyktkarmar, kranskenor, galvaniserade profildäck, stållinor och höghållfast vajer för häng- och stagtak, broar, master, förspända takkonstruktioner, rör, tankar m.m.

Huvudtyperna av rullande profiler. a) stålplåt; b) hörnprofiler; c) kanal; d), e), f) I-balkar med olika hyllbredd; g) tunnväggiga I-balkar och kanaler; h) sömlösa och elektriskt svetsade rör

Typer av kallformade profiler gjorda av stålband eller band med en tjocklek på 1 till 8 mm. a) ojämna och lika vinklar; b) kanaler; c) godtycklig sektion

Listan över rullade profiler som anger form, dimensioner, massa på enheten och toleranser kallas sortimentet

Den mest ekonomiska och i den finns tunnväggiga profiler.

Fragment av pelare, kran- och brobalkar, takstolar, balkar, valv, cylindriska tak och valmtak och andra strukturer tillverkas av primära element på fabriken, som sedan förstoras till block och monteras på byggarbetsplatsen.

Produktionen och installationen av metallkonstruktioner utförs av specialiserade fabriker och installationsorganisationer som säkerställer hög produktivitet och kvalitet på produkter och installation.

Beroende på syfte och driftsförhållanden för metallkonstruktioner, graden av ansvar för byggnader och strukturer, rekommenderas det att använda olika kategorier av stål, med hänsyn till deras köldbeständighet vid designade vinter utomhustemperaturer.

Alla typer av strukturer är indelade i 4 grupper, kraven för vilka och följaktligen stålkvaliteter minskar från den första till den fjärde gruppen.

Och om i de tre första av dem, för de viktigaste kritiska strukturerna, rekommenderas huvudsakligen komplexa legerade stål, välsvetsade och köldbeständiga, så i den fjärde gruppen för hjälpstrukturer - vanliga stål VSt3sp (ps) (kp).

Legering av stål med små mängder koppar, fosfor, nickel, krom (till exempel stål från den första och andra gruppen, 15G2AFDps, 10KhSND, 10KhNDP, 12GN2MFAYu, etc.) är särskilt effektiv för att skydda dem från atmosfärisk korrosion.

Förmågan hos låglegerade stål att bilda täta skyddande rostfilmer, bestående av amorfa - FeUN, ledde till skapandet av så kallade cartens.

De används för strukturer av industribyggnader, broar, stöd och andra strukturer som fungerar under atmosfäriska förhållanden. Cardens kräver inte målning och korroderar inte under hela konstruktionens livslängd. Filmens skyddande egenskaper förbättras genom periodisk fuktning - torkning.

Typisk kartongkomposition 0,09% C och P; 0,4 % Mn och Cu; 0,8 % Cr och 0,3 % Ni.

11. Aluminiumkonstruktioner

Början av användningen av aluminium i konstruktion kan betraktas som installationen av en aluminiumgesims på Life Building i Montreal 1896 och ett aluminiumtak på två religiösa byggnader i Rom 1897-1903.

Under återuppbyggnaden av stadsbron i Pittsburgh (USA) 1933, för första gången, var de bärande elementen på brons körbana gjorda av aluminiumkanaler och -plåt, som drevs framgångsrikt i 34 år.

I inhemsk konstruktion användes aluminiumstrukturer först i början av femtiotalet i utrustningen för forskningsstationen "Nordpolen" och byggandet av klättrare i Kaukasus.

Aluminium används mer utomlands och byggsektorn använder upp till 27 % av den totala aluminiumförbrukningen i dessa länder.

Produktionen av aluminiumbyggnadskonstruktioner i dem är koncentrerad till stora specialiserade anläggningar med en kapacitet på 30-40 tusen ton per år, vilket säkerställer produktionen av olika högkvalitativa produkter.

De mest effektiva av dem är:paneler av ytterväggar och beläggningar av ramlös typ, undertak, hopfällbara och plåtkonstruktioner.

En betydande del av den ekonomiska effekten uppnås genom att minska transport- och driftskostnaderna på grund av den ökade korrosionsbeständigheten och lättheten hos aluminiumkonstruktioner jämfört med liknande strukturer gjorda av stål och armerad betong.

I bärande konstruktioner är användningen av aluminium inte ekonomiskt genomförbar, med undantag för beläggningar med stora spännvidder och fall av ökad aggressivitet i miljön.

Detta beror på den låga elasticitetsmodulen hos aluminium, som ett resultat av vilket det är nödvändigt att öka dimensionerna på elementens sektioner och själva strukturerna för att ge dem den nödvändiga styvheten och stabiliteten.

Samtidigt är styrkan i aluminium underutnyttjad.

Dessutom har aluminium en minskad cykeluthållighet och temperaturbeständighet jämfört med stål.

Dessa brister kan övervinnas (med hänsyn till aluminiumets höga plastegenskaper) genom att skapa rumsliga strukturer, inklusive stång och hängande strukturer, med hjälp av böjda element, stansningar och korrugerade plåtar, som samtidigt utför bärande funktioner tillsammans med omslutande.

Aluminiumböjda profiler av plåt. a) öppna enkla stavar; b) öppna komplexa stavar; c) korrugerade plåtar med olika former av korrugering (1 - räfflad; 2 - membran; 3 - vågig; 4 - räfflad; 5 - tråg); d), e) slutna profiler med flera kaviteter

Typer av extruderade profiler. en fast; b) öppen; c) halvöppen; d) ihålig (stängd); e) pressade paneler; f) låsande anslutningar av parade profiler; g) Snap-on profilanslutningar

Fönsterblock av aluminium och målade glasfönster ger ingen betydande ekonomisk effekt jämfört med trä, inklusive under förhållandena i Fjärran Norden.

Trots detta har de de bästa funktionella egenskaperna, utseendet och hög hållbarhet, vilket förutbestämmer lämpligheten av deras breda tillämpning i alla typer av konstruktion.

Omslutande aluminiumstrukturer av väggar och beläggningar kan göras på två sätt: från paneler med full fabriksberedskap eller från profilerade eller släta plåtar, isolerade eller inte isolerade under konstruktionen.

De senare tillhör ouppvärmda industribyggnader och lager.

Båda metoderna har sina fördelar och nackdelar.

Enkelhet och snabb installation av prefabricerade paneler motsätter sig frånvaron av fabriksomfördelning vid användning av platta eller profilerade tejper. Men installationen av en värmare blir mer komplicerad.

I prefabricerad konstruktion finns det ett problem med tillförlitligheten av fogar, speciellt profilerade plåtar; med tejp - installation och spänning av tejper för stora spännvidder.

Inom husbyggen har den första panelmetoden fått den största användningen hittills.

Vägg- och takpaneler består vanligtvis av två tunna, släta eller profilerade aluminiumplåtar med isolering mellan dem.

Längs panelens kontur installeras i de flesta fall ribbor som skapar en ram.

En av aluminiumplåtarna (vanligen invändigt) kan ersättas med plywood, asbestcement eller plastskivor, spånskivor och fiberskivor.

Som värmare används mineralullskivor, PSB, PVC, PSB-S-skum och polyuretanskum, skummade mellan skinnen under den tekniska processen. Isoleringen limmas på aluminiumplåt med epoxi- eller gummilim och ingår i panelens drift. Panelmåtten är 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m och mer.

Tjockleken på mantelplåtar av aluminium är 1-2,5 mm. De rekommenderade kvaliteterna av aluminiumlegeringar för deras tillverkning är AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915.

Utomlands förbereds limmade treskiktsram och ramlösa paneler av typen "Sandwich" på en ström i individuella former eller på ett kontinuerligt sätt i form av en kontinuerlig tejp, skuren i slutet av en automatisk linje till produkter av en given storlek.

För att öka väderbeständigheten och förbättra utseendet anodiseras eller målas aluminiumplåtar med polymerföreningar i olika färger. För att förbättra styvheten och kvaliteten på panelerna förspänns aluminiumplåtar mekaniskt.

Detta gör att du kan inkludera huden i panelramens arbete, öka avståndet mellan ribborna, eliminera arkens vågighet och ge bättre adhesiv kontakt med isoleringen.

Inom industriell konstruktion används aluminiumplåtar med längsgående och tvärgående profilering i stor utsträckning för väggar och beläggningar.

Längden på arken är 10-30 m eller mer, bredden är 0,58-1,6 m, tjockleken är 0,3-1,62 mm.

Plåtar med tvärgående profilering, såsom "Furral", Snap-rib, Zip-rib för takläggning, används i byggpraxis i USA, England, Tyskland, Schweiz och andra länder.

Mjuk aluminiumlegering AMts används för detta tak.

Ark transporteras i rullar. Vid byggandet rullas de ut och fästs i en trälåda.

Fäst ark av typen "Furral" till en trälåda. 1 - trälåda; 2 - ark "Furral"; 3 - monteringslist

Isolering av väggstängsel från korrugerad plåt med plattisolering. 1 - korrugerade plåtar; 2 - isolering

Inhemsk erfarenhet av tillverkning av plåt med tvärgående profilering skiljer sig från utländsk erfarenhet av den kompletta fabriksberedskapen av rullade stängsel, inklusive isolering.

Särskilt effektiva är stängsel av industribyggnader gjorda av släta förspända aluminiumplåtar.

Deras kostnad är 20-30% mindre än profilerade, och det användbara området är 25-35% mer.

En isolering av skumtyp med ett strukturerat skikt som fungerar som en ångspärr limmas på plåtarna på fabriken eller appliceras på ytan av plåtarna under installationen, som t.ex. i Italien och Japan, där skummad polyuretanskum resp. en skummad komposition baserad på bitumen med en tjocklek på 6 -8 mm.

Trelagers rullpanelstruktur: 1 - korrugerad plåt (bärare); 2 - elastisk isolering; 3 - dekorativt ark (internt); a - längden på den korrugerade plåten; b - panelbredd; R - panelens böjningsradie

Hopfällbara aluminiumkonstruktioner används för konstruktion av industri-, bostads- och offentliga byggnader och tätortsliknande bosättningar i svåråtkomliga områden och i Fjärran Norden, där de levereras med flyg. Jämfört med traditionella material och strukturer minskas massan av byggnader med nästan 20 gånger, byggtiden minskas med 4 gånger och den beräknade kostnaden för 1 m2 användbar yta minskas med 15-20%. Med en ökning av omsättningen av prefabricerade konstruktioner ökar den ekonomiska effekten avsevärt.

Undertak gjorda av aluminium när det gäller tekniska och ekonomiska indikatorer och en mängd utförda funktioner (dekorativ och akustisk, arkitektonisk planering, ventilation, belysning, sanitet och hygien, etc.) kan jämföras med undertak gjorda av gips, asbestcement, mineral ullskivor som "Agmigran" och andra material

De är lättare, deformeras inte, genererar inte damm, kräver ingen reparation, lämpar sig för formning och färganodisering, vilket fungerar som ett korrosionsskydd.

Aluminiumtankar är gjorda av två typer: för lagring av flytande aggressiva ämnen (sur olja och oljeprodukter, ättiksyra, koncentrerad salpetersyra och andra syror); för lagring av flytande gaser.

Tankar byggda vid olika tidpunkter i olika länder har volymer från 500 m till 3500 m och är i gott skick.

Tryck- och icke-trycksrörledningar gjorda av aluminiumkvaliteterna AMg2M, AD31T, 1915, 1915T används för transport av olja och gas, halvprodukter från livsmedels- och kemisk industri, pumpning av murbruk och betong.

Duraluminrör med en diameter på 38-50 mm används för hopfällbara ställningar och ställningar.

Vanligtvis används sömlösa och elektriskt svetsade rör med en diameter på upp till 200 mm.

Vid läggning i jord skyddas rören från korrosion av bitumengummimastik och polymermaterial.

Konstruktionspraktiken har positiva exempel på användning av aluminium även i ventilation och skorstenar för att avlägsna svavelhaltiga gaser, som är aggressiva mot stål vid kondensation.

Anslutningar av element av aluminiumstrukturer utförs:

argonbågsvetsning med icke-förbrukningsbara (volfram) och förbrukningsbara elektroder;
- elektrokontaktsvetsning (för tunna plåtar);

Nitmonterad för härdade aluminiumelement och delar av olika tjocklek. Nitningen utförs i kallt tillstånd för att undvika spalter och interkristallin korrosion som observeras under varmnitning;

På galvaniserade och kadmiumpläterade bultar, skruvar och packningar;

På lim i skruvförband, lås och spärrar.

Till skillnad från de faktiska termiska kemisk-termiska och termomekaniska behandlingarna inkluderar förutom termiska effekter kemiska respektive deformationseffekter på metallen. Detta komplicerar helhetsbilden av förändringar i struktur och egenskaper vid värmebehandling.

Utrustning för kemisk-termisk och termomekanisk behandling är som regel mer komplicerad än för faktisk värmebehandling. Förutom konventionella uppvärmningsanordningar inkluderar det till exempel installationer för att skapa en kontrollerad atmosfär, utrustning för plastisk deformation.

Nedan överväger vi de allmänna mönstren för förändringar i struktur och egenskaper under kemisk-termiska och termomekaniska behandlingar och deras varianter.

"Teori om värmebehandling av metaller",
I.I. Novikov

Under HTMT deformeras austenit i området för dess termodynamiska stabilitet och släcks sedan för martensit (se figurschema för bearbetning av legerat stål). Efter släckning utförs en låg anlöpning. Huvudmålet med konventionell värmebehandling med deformation (rullsmide) uppvärmning är att utesluta speciell uppvärmning för härdning och därigenom få en ekonomisk effekt. Huvudmålet med HTMT är att förbättra mekaniska egenskaper...

Av stort intresse är fenomenet arv ("reversibilitet") av härdning från HTMT som upptäckts av ML Bernstein under upprepad värmebehandling. Det visade sig att HTMT-härdningen bibehålls om stålet återhärdas med en kort exponering vid uppvärmningstemperaturen för härdning eller om det HTMT-härdade stålet först utsätts för hög anlöpning och sedan återhärdas. Till exempel, draghållfastheten för stål 37XH3A efter HTMT enligt regimen ...

TMT-processerna av stål har studerats intensivt sedan mitten av 1950-talet i samband med sökandet efter nya sätt att öka den strukturella hållfastheten. Lågtemperatur termomekanisk behandling (LTMT) Under LTMT deformeras underkyld austenit i området för dess ökade stabilitet, men nödvändigtvis under temperaturen för början av omkristallisationen och sedan (förvandlas till martensit. Därefter utförs låghärdning (ej visas i figuren). Bearbetningsschema ...

Användningen av HTMT begränsas av följande faktorer. Legeringen kan skilja sig i ett så smalt intervall av uppvärmningstemperaturer för härdning att det är praktiskt taget omöjligt att hålla den heta arbetstemperaturen inom så smala gränser (till exempel inom ± 5 ° C för D16 duralumin). Det optimala temperaturområdet för het deformation kan vara betydligt lägre än temperaturområdet för uppvärmning för härdning. Till exempel, när man pressar aluminiumlegeringar...

Kärnan i PTMT ligger i det faktum att en halvfabrikat som erhålls efter het deformation i ett icke-omkristalliserat tillstånd bibehåller en icke-omkristalliserad struktur även när den värms upp för härdning. PTMT skiljer sig från HTMT genom att operationerna för varmdeformation och uppvärmning för härdning är separerade (se figur Termomekanisk behandling av åldrande legeringar). PTMT används ofta i tekniken för produktion av halvfabrikat av aluminiumlegeringar. Det var längesedan...

Vid HTMT utförs het deformation, släckning från deformationsuppvärmning och åldring (se figuren i Schema för termomekanisk behandling av åldrande legeringar). Under varmdeformation ökar tätheten av dislokationer och varmhärdning uppstår, som delvis eller helt kan avlägsnas under själva deformationen som ett resultat av utvecklingen av dynamisk polygonisering och dynamisk omkristallisering. Spännings-töjningskurvan har ett avsnitt av flödesspänningsökning, ...

Figuren visar huvudscheman för TMT för åldrande legeringar. Spåriga linjer indikerar plastisk deformation. System för termomekanisk behandling av åldrande legeringar Lågtemperatur termomekanisk behandling (LTMT) LTMT av åldrande legeringar är den första (30-talet) och den mest använda termomekaniska behandlingen inom industrin. Huvudsyftet med LTMT är att öka hållfasthetsegenskaperna. Med LTMT utsätts legeringen först för konventionell härdning, ...

Låt oss först överväga effekten av kall deformation på zonens åldrande. Det verkar som att deformation, genom att öka tätheten av dislokationer och koncentrationen av vakanser, borde påskynda zonens åldrande. Men för det första genereras zonerna homogent och inte på dislokationer, och för det andra är dislokationer effektiva platser för vakanssänkor. Mycket stark plastisk deformation ökar koncentrationen av vakanser (förhållandet mellan antalet vakanser och antalet atomer) med endast 10-6, ...

Effektiviteten av LTMT applicering bestäms av vilken härdningsfas som frigörs under åldring. Så till exempel är ytterligare härdning från införandet av deformation före artificiell åldring för Al-Cu-Mg-legeringar (härdare - fas S) större än för Al-Cu-legeringar (härdare - fas θ´). Vid upphettning för åldring efter kall deformation fortsätter omkristallisering som regel inte, men ...

Termomekanisk bearbetning av metallerär en uppsättning operationer för deformation, uppvärmning och kylning, som ett resultat av vilket bildandet av den slutliga strukturen och materialets egenskaper sker under förhållanden med ökad densitet och optimal fördelning av strukturella brister skapade av plastisk deformation.

Termomekanisk bearbetning av stål utförs huvudsakligen enligt tre scheman: hög temperatur (HTMT), låg temperatur (LTMT) och preliminär termomekanisk behandling (PTMT).

Huvudtanken hög temperatur bearbetning består i valet av valsnings- och kylningslägen efter valsning, vilket säkerställer produktionen av fint och enhetligt spannmål i den färdiga valsade produkten.

Lågtemperaturbearbetning består i att värma stålet till 1000..L 100 °C, snabb kylning till temperaturen för det metastabila tillståndet av austenit (400 ... 600 °C) och en hög grad (upp till 90% och mer) av deformation vid detta temperatur. Därefter utförs släckning för martensit och anlöpning vid 100...400 °C. Resultatet är en signifikant ökning av styrkan jämfört med HTMT, men lägre duktilitet och slaghållfasthet. Denna metod är praktiskt taget endast tillämpbar på legerade stål.

Preliminär termomekanisk behandling Det kännetecknas av enkelheten i den tekniska processen: kall plastisk deformation (ökar densiteten av dislokationer), förkristallisationsuppvärmning (ger polygonisering av ferritstrukturen), härdning och härdning.

19. Koppar och kopparbaserade legeringar. Märkning av brons och mässing. Användningen av kopparbaserade legeringar inom sanitetsteknik.

Koppar- formbar viskös metall av röd (rosa i en fraktur) färg, i mycket tunna lager ser det grönblått ut i ljuset.

De erhållna egenskaperna beror på renheten, och nivån av föroreningsinnehåll bestämmer dess varumärke: MOOk - minst 99,99% koppar, MOK - 99,97%, M1K - 99,95%, M2k - 99,93% koppar, etc. kvaliteter efter bokstaven M ( koppar) anger det villkorade numret av renhet, och sedan bokstavsmetoden och villkoren för att erhålla koppar: k - katod; b - anoxisk; p - deoxiderad; f - deoxiderad med fosfor. Skadliga föroreningar som minskar de mekaniska och tekniska egenskaperna hos koppar och dess legeringar är bly, vismut, svavel och syre. Deras innehåll i koppar är strikt begränsat: vismut - inte mer än 0,005%, bly - 0,05%, etc.

Koppar tillhör tunga icke-järnmetaller. Densiteten är 8890 kg / m 3, smältpunkten är 1083 ° C. Ren koppar har hög elektrisk och termisk ledningsförmåga.

Koppar har hög duktilitet och utmärkt kall- och varmbearbetbarhet, goda gjutegenskaper och tillfredsställande bearbetbarhet. De mekaniska egenskaperna hos koppar är relativt låga: draghållfastheten är 150...200 MPa, relativ töjning är 15...25%.

Dubbel- eller flerkomponentlegeringar av koppar med zink och andra element kallas mässing.

Mässing är märkt med bokstaven L (mässing), följt av siffror som anger procentandelen koppar. Till exempel innehåller mässingsmärket L68 68% koppar, resten är zink. Om mässingen är multikomponent, sätt efter bokstaven L symbolen för andra element (A - aluminium, F - järn, H - nickel, K - kisel, T - titan, Mts - mangan, O - tenn, C - bly, C - zink och etc.) och siffror som anger deras genomsnittliga andel i legeringen. Ordningen på bokstäver och siffror i smidd och gjuten mässing är olika. I gjuterimässing anges den genomsnittliga halten av legeringskomponenten omedelbart efter bokstaven som anger dess namn.

Brons- en legering av koppar med tenn, aluminium, bly och andra element, bland vilka zink och nickel inte är de viktigaste. Zink och nickel kan endast införas i brons som ytterligare legeringselement. Baserat på deras kemiska sammansättning klassificeras brons i plåt till plåtlös.

Brons är märkt med bokstäverna Br, följt av alfabetiska och numeriska beteckningar för de ingående elementen förutom koppar. Beteckningen på element i brons är densamma som för märkning av mässing. Närvaron av koppar i betyget anges inte, och dess innehåll bestäms av skillnaden. I kvaliteter av brons som bearbetas med tryck, anges namnen på legeringselementen i fallande ordning efter deras koncentration, och i slutet av betyget, i samma sekvens, anges deras genomsnittliga koncentrationer. Till exempel innehåller bronsmärket BrOTsS4-4-2.5 4% tenn och zink, 2,5% bly, resten är koppar. I kvaliteter av gjuteribrons (GOST 613 och 493), efter varje beteckning av ett legeringselement, anges dess innehåll. Om kompositionerna av gjuteri och tryckbehandlade bronser överlappar, till exempel, BrA9ZhZL.

20. Aluminium och aluminiumbaserade legeringar. Användningen av aluminiumbaserade legeringar inom sanitetsteknik.

Aluminiumär en silvervit lättmetall med en densitet på 2,7 g/cm3 och en smältpunkt på 660°C. Kännetecknas av hög termisk och elektrisk ledningsförmåga och god korrosionsbeständighet i många aggressiva miljöer. Ju renare aluminium desto högre korrosionsbeständighet.

Beroende på innehållet av föroreningar delas aluminium in i grupper och kvaliteter: högrent aluminium A999 - 99,999% aluminium, högrenhetsgrader: A995 - 99,995%, A99 - 99,99%, A97 - 99,97%, A95 - %aluminium, A95 - %aluminium, renhet med en föroreningshalt av OD5 ... 1,0 %: A85, A8, A7, A6, A5, AO. Till exempel betyder A85-kvaliteten att metallen innehåller 99,85% aluminium och AO-kvaliteten betyder 99% aluminium. Tekniskt bearbetat aluminium är märkt ADO och AD1. Fe, Si, Cu, Mn, Zn, etc. kan förekomma som föroreningar i aluminium.

På teknisk basis är alla aluminiumlegeringar indelade i 2 klasser:

Gjuten och icke-deformerbar.

Duraluminiumär de vanligaste legeringarna i denna grupp, som är baserade på aluminium, koppar och magnesium. Duraluminer kännetecknas av en kombination av hög hållfasthet och duktilitet, de deformeras väl i varma och kalla förhållanden.

Siluminer- detta är det allmänna namnet för en grupp gjutna legeringar baserade på aluminiuminnehållande kisel (4 ... 13% och i vissa kvaliteter upp till 23%) och några andra element. Siluminer har höga gjutegenskaper, tillräckligt hög hållfasthet, ökad korrosionsbeständighet och är väl bearbetade genom skärning.

Testa

Materialvetenskap

På ämnet: "Värmebehandling av metaller och legeringar"

Izhevsk

1. Introduktion

2. Syfte och typer av värmebehandling

4. Härdning

6.Åldrande

7. Kylbehandling

8. Termomekanisk behandling

9. Syfte och typer av kemisk-termisk behandling

10. Värmebehandling av icke-järnmetallegeringar

11.Slutsats

12. Litteratur

Introduktion

Värmebehandling används i olika stadier av tillverkningen av maskindelar och metallprodukter. I vissa fall kan det vara en mellanoperation som tjänar till att förbättra bearbetbarheten av legeringar genom tryck, skärning, i andra är det den slutliga operationen som ger den nödvändiga uppsättningen indikatorer för mekaniska, fysiska och operativa egenskaper hos produkter eller halvfabrikat. färdiga produkter. Halvfabrikat utsätts för värmebehandling för att förbättra strukturen, minska hårdheten (förbättra bearbetbarheten) och delar - för att ge dem vissa erforderliga egenskaper (hårdhet, slitstyrka, styrka och andra).

Som ett resultat av värmebehandling kan legeringarnas egenskaper förändras över ett brett område. Möjligheten till en betydande ökning av mekaniska egenskaper efter värmebehandling i jämförelse med initialtillståndet gör det möjligt att öka de tillåtna spänningarna, minska storleken och vikten på maskiner och mekanismer och öka produkternas tillförlitlighet och livslängd. Förbättring av egenskaper som ett resultat av värmebehandling tillåter användning av legeringar av enklare sammansättningar, och därför billigare. Legeringar förvärvar också några nya fastigheter, i samband med att deras tillämpningsområde utökas.

Syfte och typer av värmebehandling

Termisk (värme) behandling är en process, vars essens är uppvärmning och kylning av produkter i vissa lägen, vilket resulterar i förändringar i strukturen, fassammansättningen, mekaniska och fysikaliska egenskaper hos materialet, utan att ändra den kemiska sammansättningen.

Syftet med värmebehandling av metaller är att erhålla den erforderliga hårdheten, förbättra hållfasthetsegenskaperna hos metaller och legeringar. Värmebehandling är uppdelad i termisk, termomekanisk och kemisk-termisk. Värmebehandling - endast termisk verkan, termomekanisk - en kombination av termisk verkan och plastisk deformation, kemisk-termisk - en kombination av termiska och kemiska effekter. Värmebehandling, beroende på det strukturella tillståndet som erhålls som ett resultat av dess applicering, är uppdelat i glödgning (första och andra typen), härdning och härdning.

Glödgning

Glödgning - värmebehandling, som består i att värma metallen till vissa temperaturer, exponering och efterföljande mycket långsam nedkylning tillsammans med ugnen. De används för att förbättra bearbetningen av metaller genom skärning, för att minska hårdheten, för att erhålla en granulär struktur, samt för att lindra stress, eliminerar delvis (eller helt) alla typer av inhomogeniteter som infördes i metallen under tidigare operationer (bearbetning). , tryckbehandling, gjutning, svetsning), förbättrar stålkonstruktionen.

Glödgning av det första slaget. Detta är glödgning under vilken fastransformationer inte inträffar, och om de inträffar påverkar de inte de slutliga resultaten enligt dess avsedda syfte. Det finns följande typer av glödgning av det första slaget: homogenisering och omkristallisering.

Homogeniserande- detta är glödgning med lång exponering vid en temperatur över 950ºС (vanligtvis 1100–1200ºС) för att utjämna den kemiska sammansättningen.

Omkristallisation- detta är glödgning av härdat stål vid en temperatur som överstiger temperaturen vid början av omkristallisationen, för att eliminera härdning och erhålla en viss kornstorlek.

Glödgning av det andra slaget. Detta är glödgning, där fastransformationer bestämmer dess avsedda syfte. Följande typer särskiljs: komplett, ofullständig, diffusion, isotermisk, lätt, normaliserad (normalisering), sfäroidiserande (för granulär perlit).

Full glödgning produceras genom att värma stål 30–50 °C över den kritiska punkten, hålla vid denna temperatur och långsamt kyla till 400–500 °C med en hastighet av 200 °C per timme för kolstål, 100 °C per timme för låglegerade stål och 50 °C i timme för höglegerade stål. Stålkonstruktionen efter glödgning är balanserad och stabil.

Partiell glödgning Den tillverkas genom att värma stål till en av temperaturerna inom intervallet omvandlingar, hållning och långsam kylning. Ofullständig glödgning används för att minska inre spänningar, sänka hårdheten och förbättra bearbetbarheten.

Diffusionsglödgning. Metallen värms upp till temperaturer på 1100–1200ºС, eftersom i detta fall de diffusionsprocesser som är nödvändiga för att utjämna den kemiska sammansättningen fortsätter mer fullständigt.

Isotermisk glödgningär som följer: stålet värms upp och kyls sedan snabbt (ofta genom överföring till en annan ugn) till en temperatur under den kritiska temperaturen med 50–100ºС. Används främst för legerat stål. Ekonomiskt, eftersom varaktigheten av konventionell glödgning (13 - 15) timmar och isotermisk glödgning (4 - 6) timmar

Sfäroidiserande glödgning (för granulär perlit) består i att värma stålet över den kritiska temperaturen med 20 - 30 ° C, hålla vid denna temperatur och långsam kylning.

ljus glödgning utförs enligt metoderna för fullständig eller ofullständig glödgning med användning av skyddande atmosfärer eller i ugnar med partiellt vakuum. Det används för att skydda metallytan från oxidation och avkolning.

Normalisering- består i att värma metallen till en temperatur på (30–50) ºС över den kritiska punkten och efterföljande kylning i luft. Syftet med normaliseringen är olika beroende på stålets sammansättning. Istället för glödgning normaliseras lågkolstål. För medelstora kolstål används normalisering istället för härdning och hög anlöpning. Stål med hög kolhalt utsätts för normalisering för att eliminera cementitnätverket. Normalisering följt av hög anlöpning används istället för glödgning för att korrigera strukturen hos legerade stål. Normalisering är en mer ekonomisk operation än glödgning, eftersom den inte kräver kylning tillsammans med ugnen.

härdning

härdning- detta är uppvärmning till optimal temperatur, exponering och efterföljande snabb nedkylning för att erhålla en icke-jämviktsstruktur.

Som ett resultat av härdning ökar styrkan och hårdheten och stålets formbarhet minskar. Huvudparametrarna under härdning är uppvärmningstemperatur och kylhastighet. Den kritiska härdningshastigheten är den kylningshastighet som ger bildandet av en struktur - martensit eller martensit och restaustenit.

Beroende på delens form, stålkvalitet och den erforderliga uppsättningen egenskaper används olika härdningsmetoder.

Härdning i en kylare. Delen värms upp till härdningstemperaturen och kyls i ett kylmedel (vatten, olja).

Härdning i två miljöer (intermittent härdning)- detta är härdning där delen kyls sekventiellt i två medier: det första mediet är ett kylmedel (vatten), det andra är luft eller olja.

steghärdning. Den del som värms upp till härdningstemperaturen kyls i smälta salter, efter att ha hållits under den tid som krävs för att utjämna temperaturen över hela sektionen, kyls delen i luft, vilket hjälper till att minska härdningspåkänningarna.

Isotermisk härdning precis som den stegade tillverkas den i två kylmedier. Temperaturen på det varma mediet (salt-, nitrat- eller alkaliska bad) är olika: den beror på stålets kemiska sammansättning, men den är alltid 20–100 °C högre än den martensitiska omvandlingspunkten för ett givet stål. Slutlig kylning till rumstemperatur utförs i luft. Isotermisk härdning används ofta för delar gjorda av höglegerade stål. Efter isotermisk härdning får stålet höga hållfasthetsegenskaper, det vill säga en kombination av hög seghet med hållfasthet.

Självhärdande används i stor utsträckning inom verktygsindustrin. Processen består i det faktum att delarna hålls i ett kylmedium inte förrän de är helt kylda, men vid ett visst ögonblick avlägsnas de från det för att spara en viss mängd värme i delens kärna, på grund av vilket efterföljande anlöpning utförs.

Semester

Semester stål är den slutliga operationen av värmebehandling, som bildar strukturen och, följaktligen, egenskaperna hos stål. Anlöpning består i att värma stål till olika temperaturer (beroende på typ av anlöpning, men alltid under den kritiska punkten), hålla vid denna temperatur och kyla i olika hastigheter. Syftet med härdning är att lindra inre spänningar som uppstår under härdningsprocessen och erhålla den nödvändiga strukturen.

Beroende på uppvärmningstemperaturen för den härdade delen finns det tre typer av anlöpning: hög, medium och låg.

hög semester produceras vid uppvärmningstemperaturer över 350–600 °C, men under den kritiska punkten; sådan härdning används för konstruktionsstål.

Genomsnittlig semester produceras vid uppvärmningstemperaturer på 350 - 500 °C; sådan härdning används ofta för fjäder- och fjäderstål.

låg semester produceras vid temperaturer på 150–250 °C. Hårdheten på delen efter härdning ändras nästan inte; Låghärdning används för kol och legerade verktygsstål där hög hårdhet och slitstyrka krävs.

Anlöpningskontrollen utförs av de härdningsfärger som visas på delens yta.

Åldrande

Åldrandeär en process för att förändra egenskaperna hos legeringar utan en märkbar förändring i mikrostrukturen. Det finns två typer av åldrande: termisk och deformation.

Termisk åldrande fortskrider som ett resultat av förändringar i lösligheten av kol i järn beroende på temperatur.

Om förändringen i hårdhet, duktilitet och styrka inträffar vid rumstemperatur, kallas sådan åldring naturlig.

Om processen fortsätter vid en förhöjd temperatur, kallas åldrande artificiell.

Deformation (mekanisk) åldring fortsätter efter kall plastisk deformation.

Kylbehandling

En ny typ av värmebehandling för att öka hårdheten hos stål genom att omvandla den kvarhållna austeniten av härdat stål till martensit. Detta görs genom att kyla stålet till temperaturen för den nedre martensitiska punkten.

Ythärdningsmetoder

ytan härdad kallas värmebehandlingsprocessen, vilket är uppvärmning av ytskiktet av stål till en temperatur över den kritiska temperaturen och efterföljande kylning för att få en martensitstruktur i ytskiktet.

Det finns följande typer: induktionshärdning; släckning i en elektrolyt, släckning genom uppvärmning med högfrekventa strömmar (HFC), släckning med flamvärmning.

induktionshärdningär baserat på ett fysiskt fenomen, vars essens ligger i det faktum att en högfrekvent elektrisk ström, som passerar genom en ledare, skapar ett elektromagnetiskt fält runt den. Virvelströmmar induceras på ytan av en del placerad i detta fält, vilket gör att metallen värms upp till höga temperaturer. Detta gör det möjligt för fastransformationer att inträffa.

Beroende på uppvärmningsmetoden är induktionshärdning indelad i tre typer:

samtidig uppvärmning och härdning av hela ytan (används för små delar);

sekventiell uppvärmning och härdning av enskilda sektioner (används för vevaxlar och liknande delar);

kontinuerlig sekventiell uppvärmning och härdning genom rörelse (används för långa delar).

Gaslåga härdning. Flamhärdningsprocessen består i en snabb uppvärmning av detaljytan med en oxi-acetylen-, oxy-bränsle- eller syre-fotogenflamma till härdningstemperaturen, följt av kylning med vatten eller en emulsion.

Härdning i elektrolyt. Härdningsprocessen i en elektrolyt är som följer: delen som ska härdas sänks ner i ett bad med en elektrolyt (5–10 % lösning av bränt salt) och en ström på 220–250 V passerar genom. delen värms upp till höga temperaturer. Delen kyls antingen i samma elektrolyt (efter att strömmen har stängts av) eller i en speciell härdningstank.

Termomekanisk bearbetning

Termomekanisk behandling (T.M.O.) är en ny metod för att stärka metaller och legeringar med bibehållen tillräcklig plasticitet, kombinera plastisk deformation och härdande värmebehandling (härdning och härdning). Det finns tre huvudsakliga metoder för termomekanisk bearbetning.

Lågtemperatur termomekanisk bearbetning (L.T.M.O)är baserad på stegvis härdning, det vill säga plastisk deformation av stål utförs vid temperaturer av relativ stabilitet hos austenit, följt av härdning och anlöpning.

Högtemperatur termomekanisk behandling (H.T.M.O) samtidigt plastisk deformation utförs vid austenitstabilitetstemperaturer, följt av härdning och härdning.

Preliminär termomekanisk behandling (P.T.M.O) deformation i detta fall kan utföras vid temperaturer N.T.M.O och V.T.M.O eller vid en temperatur av 20ºС. Vidare utförs den vanliga värmebehandlingen: härdning och härdning.

För att ändra de tekniska egenskaperna hos en metall kan du skapa en legering baserad på den och lägga till andra komponenter till den. Det finns dock ett annat sätt att ändra parametrarna för en metallprodukt - värmebehandling av metall. Med dess hjälp kan du påverka materialets struktur och ändra dess egenskaper.

Värmebehandling av metall är en serie processer som låter dig ta bort restspänningar från en del, ändra materialets inre struktur och förbättra prestanda. Den kemiska sammansättningen av metallen efter uppvärmning förändras inte. Med jämn uppvärmning av arbetsstycket ändras materialstrukturens kornstorlek.

Berättelse

Tekniken för värmebehandling av metall har varit känd för mänskligheten sedan antiken. Under medeltiden värmde och kylde smeder ämnen för svärd med vatten. På 1800-talet hade människan lärt sig att bearbeta gjutjärn. Smeden placerade metallen i en behållare full med is och täckte den med socker ovanpå. Därefter börjar processen med enhetlig uppvärmning, som varar i 20 timmar. Därefter kunde gjutjärnsämnet smidas.

I mitten av 1800-talet dokumenterade den ryske metallurgen D.K. Chernov att när en metall värms upp ändras dess parametrar. Från denna vetenskapsman gick vetenskap - materialvetenskap.

Vad är värmebehandling till för?

Utrustningsdelar och kommunikationsenheter av metall utsätts ofta för svåra påfrestningar. Förutom att de utsätts för tryck kan de utsättas för kritiska temperaturer. För att klara sådana förhållanden måste materialet vara slitstarkt, pålitligt och hållbart.

Inköpta metallkonstruktioner klarar inte alltid belastningar under lång tid. För att få dem att hålla mycket längre använder metallurgimästare värmebehandling. Under och efter uppvärmning förblir metallens kemiska sammansättning densamma, men egenskaperna förändras. Värmebehandlingsprocessen ökar materialets korrosionsbeständighet, slitstyrka och styrka.

Fördelar med värmebehandling

Värmebehandling av metallämnen är en obligatorisk process när det gäller tillverkning av strukturer för långvarig användning. Denna teknik har ett antal fördelar:

Ökat slitstyrka hos metall.
Färdiga delar håller längre, antalet defekta ämnen minskar.
Förbättrar motståndskraften mot korrosionsprocesser.

Metallstrukturer efter värmebehandling tål tunga belastningar, deras livslängd ökar.

Typer av värmebehandling av stål

Inom metallurgi används tre typer av stålbearbetning: teknisk, termomekanisk och kemisk-termisk. Var och en av de presenterade metoderna för värmebehandling måste diskuteras separat.

Glödgning

En variation eller ett annat steg av den tekniska bearbetningen av metall. Denna process innebär enhetlig uppvärmning av ett metallarbetsstycke till en viss temperatur och dess efterföljande kylning på ett naturligt sätt. Efter glödgning försvinner metallens inre spänning och dess inhomogenitet. Materialet mjuknar med värme. Det är lättare att bearbeta senare.

Det finns två typer av glödgning:

Första sorten. Det finns en liten förändring i kristallgittret i metallen.
Andra sorten. Fasförändringar i materialets struktur börjar. Det kallas också helmetallglödgning.

Temperaturintervallet under denna process är från 25 till 1200 grader.

härdning

Ytterligare ett steg i teknisk bearbetning. Metallhärdning utförs för att öka arbetsstyckets hållfasthet och minska dess duktilitet. Produkten värms upp till kritiska temperaturer och kyls sedan snabbt ned genom att doppa den i ett bad med olika vätskor. Typer av härdning:

tvåstegs kylning. Inledningsvis kyls arbetsstycket till 300 grader med vatten. Därefter placeras delen i ett bad fyllt med olja.
Användning av en vätska. Om små delar bearbetas används olja. Stora arbetsstycken kyls med vatten.
Trampade. Efter uppvärmning kyls arbetsstycket i smälta salter. Efter det läggs den ut i frisk luft tills den svalnar helt.

En isotermisk typ av härdning kan också urskiljas. Det liknar stegvis, men tiden för att hålla arbetsstycket i smälta salter ändras.

Termomekanisk bearbetning

Detta är ett typiskt sätt för värmebehandling av stål. Denna process använder tryckutrustning, värmeelement och kyltankar. Vid olika temperaturer värms arbetsstycket upp och då uppstår plastisk deformation.

Semester

Detta är det sista steget i den tekniska värmebehandlingen av stål. Denna process utförs efter härdning. Metallens viskositet ökar, den inre spänningen tas bort. Materialet blir mer hållbart. Kan utföras vid olika temperaturer. Detta förändrar själva processen.

Kryogen bearbetning

Huvudskillnaden mellan värmebehandling och kryogen exponering är att den senare innebär kylning av arbetsstycket. I slutet av denna procedur blir delarna starkare, kräver inte härdning, är bättre slipade och polerade.

Vid interaktion med kylmedier sjunker temperaturen till minus 195 grader. Kylhastigheten kan variera beroende på material. För att kyla produkten till önskad temperatur används en processor som genererar kyla. Arbetsstycket kyls jämnt och förblir i kammaren under en viss tid. Efter det tas den ut och får värmas upp till rumstemperatur på egen hand.

Kemisk-termisk behandling

En annan typ av värmebehandling, där arbetsstycket värms upp och utsätts för olika kemiska element. Ytan på arbetsstycket rengörs och beläggs med kemiska föreningar. Denna process utförs före härdning.

Mästaren kan mätta produktens yta med kväve. För att göra detta värmer de upp till 650 grader. Vid upphettning måste arbetsstycket vara i en kryogen atmosfär.

Värmebehandling av icke-järnlegeringar

De presenterade typerna av värmebehandling av metaller är inte lämpliga för olika typer av legeringar och icke-järnmetaller. Till exempel, när man arbetar med koppar, utförs omkristallisationsglödgning. Brons värmer upp till 550 grader. De arbetar med mässing i 200 grader. Aluminium härdas först, sedan glödgas och åldras.

Värmebehandling av metall anses vara en nödvändig process vid tillverkning och vidare användning av strukturer och delar till industriell utrustning, maskiner, flygplan, fartyg och annan utrustning. Materialet blir starkare, mer hållbart och mer motståndskraftigt mot korrosionsprocesser. Valet av process beror på vilken metall eller legering som används.