Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Шпаргалка по материаловедению - файл 1.doc


Шпаргалка по материаловедению
скачать (579.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc580kb.18.12.2011 04:43скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
1. Предмет материаловедения. Классификация материалов. Кристаллическое строение металлов. Явление полиморфизма.

Материаловедение – наука, изучающая металлические и неметаллические материалы, применяемые в технике, и объективные закономерности зависимости их свойств от химического состава, строения и способа обработки.

Материаловедение изучает состав, структуру, свойства и поведение материалов в зависимости от воздействия окружающей среды. Классификация материалов: металлические, неметаллические и композиционные материалы. Металлические материалы подразделяются на цветные металлы, порошковые материалы. Неметаллические материалы: резина, стекло, керамика, пластические массы, ситаллы. Композиционные материалы являются составными материалами, в состав которых входят два и более материалов (стеклопластики). Существует классификация материалов в зависимости от вида полуфабрикатов: листы, порошки, гранулы, волокна, профили и т. д.

Пространственное размещение атомов в кристалле может быть различным. Следовательно, и у металлов кристаллические решетки могут быть различными. Наиболее распространенными считаются кристаллические решетки: кубическая объемно-центрированная (рис. 1,а), кубическая гранецентрированная (рис. 1, б), гексогональная (рис. 1, в). Кубическую объемно-центрьрованную решетку имеют а-железо, хром, ванадий, молибден, волйдюам и др.; кубическую гранецентри-рованную — у=железо, алюминий, медь; никель, свинец и др.; гексого-нальную — цинк, магний, бериллий, кадмий и др. 1. Простая кубическая решётка: в узлах кубика атомы касаются друг друга. Параметры: Период решётки (расстояние между атомами a =d), d – диаметр атома. 1/8·8 =1 атом на элемент, ячейку. Для химического соединения данный тип решётки.

2. Кубическая объёмно-центрированная решётка характерна для тугоплавких металлов. a =1,21·d. 1/8·8 +1 =2. Feα, Ti, W, Nb.

3. Кубическая гранецентрированная решётка . 1/8·8 +1/2·6 =4. Характерна для пластичных металлов. Cu, Feγ, Au.
Явление полиморфизма было также открыто Э. Митчерлихом (1822 г.). Сущность его заключается в том, что некоторые вещества 1 в различных условиях способны образовывать разные по симметрии и по Фоиме kdh-сталлы. Общеизвестным примером являются две кристаллические формы углерода: графит и алмаз. Каждая из этих форм называется полиморфной модификацией. Отдельные полиморфные модификации иногда очень резко отличаются друг от друга по своему атомному строению и физическим свойствам. Так, например, графит принадлежит к гексагональной сингонии, алмаз — к кубической; графит черного цвета, непрозрачен, хорошо проводит электрический ток; алмаз прозрачен, электрического тока не проводит; графит является одним из самых мягких минералов, алмаз — самый твердый из всех известных веществ; удельный вес графита 2,22, алмаза — 3,51. Митчерлиху был известен полиморфизм серы и углекислого кальция. Сера кристаллизуется при одних условиях в ромбических, а при других — в моноклинных кристаллах. СаСОз известен в гексагональной модификации (кальцит) и в ромбической (арагонит). Явление полиморфизма чрезвычайно распространено. Почти все вещества при известных условиях могут быть получены в различных полиморфных модификациях. Явление полиморфизма основано на едином законе об устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии. Запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур более устойчивой является одна модификация, а в другом – другая. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.
^ 2. Маркировка углеродистых сталей.

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются: Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Цифры указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 10 раз. Марки углеродистой качественной конструкционной стали обозначаются: 08, 10, 15, 20, 25 ... 85, где двузначные цифры указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 100 раз. В тех случаях, когда сталь кипящая, после двухзначных цифр, обозначающих содержание углерода, ставится индекс кп, а если сталь полуспокойная, индекс пс. Марки стали, не имеющие индекса, относятся к спокойной стали. Если в стали повышенное содержание марганца, после цифр ставится буква Г. Сталь 08 обладает хорошей пластичностью в холодном состоянии и применяется для деталей, изготовляемых методом холодной штамповки. Стали 10, 15, 20 —низкоуглеродистые. Они хорошо куются, свариваются, цементируются и применяются для изготовления мелких деталей (валики, гайки, оси, втулки, трубы и листы под сварку). Стали 45, 50, 55 хорошо закаливаются и применяются для изготовления ответственных деталей. Инструментальные углеродистые стали обозначаются: У7, У7А, У8, У8А, У9А, У10, У11, УНА, У12, У12А, У13, У13А. Буква У указывает, что сталь инструментальная углеродистая, цифры указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 10 раз; буква А указывает высокое качество стали. Стали высокого качества по химическому составу отличаются от сталей качественных меньшим процентным содержанием вредных примесей (серы и фосфора). Углеродистая сталь обладает следующими недостатками, ограничивающими ее применение: высоким коэффициентом теплового расширения, низкими электротехническими свойствами, низкой коррозионной стойкостью в агрессивных средах и при высоких температурах, снижением прочности при повышенных температурах, чувствительностью к перегреву (инструментальная сталь), что вызывает коробление и образование трещин при закалке деталей, малой стойкостью мартенсита при отпуске (при t = 225° C резко понижается твердость стали). Поэтому инструмент может работать при небольших скоростях резания.

^ 3. Характеристика потребительских свойств. Эксплуатационные и технологические.

4.Дефекты кристаллического строения металлов.В реальном кристалле всегда имеются дефекты строения. Дефекты кри­сталлического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные. Точечные дефекты. Эти дефекты малы во всех трех измерениях, и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся вакансии, пли дырки», т. е. узлы ре­шетки, в которых атомы отсутствуют. Вакансии чаще обра­зуются в результате перехода атомов из узлов решетки на поверхность (гра­ницу зерна, пустоты, трещины и т. д.) или их полного испарения с поверхности кристалла и реже в результате перехода в междоузлие. В кристалле всегда имеются атомы, кинетическая энергия которых значи­тельно выше средней, свойственной данной температуре нагрева. Такие атомы, особенно расположенные вблизи поверхности, могут выйти на по­верхность кристалла, а их место займут атомы, находящиеся дальше от поверхности, а принадлежавшие им узлы окажутся свободными, т. е. воз­никнут тепловые вакансии.С повышением температуры концентрация вакансий возрастает, может достигать 1%по отношению к числу атомов в кристалле. Быстрым охлаждением от данной температуры можно зафиксировать эти вакансии при нормальной температуре (закалка вакансий).Точечные несовершенства кристаллической решетки появляются и в ре­зультате действия атомов примесей, которые, как правило, присутствуют даже в самом чистом металле.'Точечные дефекты вызывают местное искажение кристаллической ре­шетки. Смешения вокруг вакансий возникают только в первых двух слоях соседних атомов и составляют доли межатом­ного расстояния. Вокруг межузельного атома в плотноупакованных решет­ках смещение соседей значительно больше, чем вокруг вакансий.Точечные дефекты оказывают влияние на неко­торые физические свойства металла (электропроводность, магнитные свой­ства и др.) и предопределяют процессы диффузии в металлах и сплавах.Линейные дефекты. Линейные несовершенства имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении. Эти несовершенства называются дислокациями.Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызнанное наличием в ней «лишней» атомной полуплоскости или экстраплоскости, перпендикулярной к плоско­сти чертежа.Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислока­цию называют положительной, а если в ниж­ней—то отрицательной. Различие между поло­жительной и отрицательной дислокацией чисто условное. Переворачивая кристалл, мы превращаем отрицательную дислокацию в положительную. Знак дислокации важен при анализе их взаимодействия. Кроме краевых различают еще винтовые дислокации. Винтовые дисло­кации в отличие от краевых располагаются параллельно направлению сдвига. При наличии винтовой дислокации кристалл можно рассматривать как состоящий из одной атомной плоскости, закру­ченной в виде винтовой поверхности.Дислокации окружены полями упругих напряжений, вызывающих иска­жение кристаллической решетки. В краевой дислокации выше края экстра-плоскости межатомные расстояния меньше нормальных, а ниже края — больше.Энергия искажения кристаллической решетки является одной из важ­нейших характеристик дислокации любого типа. Чтобы оценить степень искажения решетки, вызванной линейной дислокацией, следует сравнить совершенный кристалл с кристаллом, содержащим дислокацию. Дислокации образуются в процессе крист.металлов из группы вакансий, а также в процессе пластической деформации и фазовых превращений. Поверхностные дефекты. Они представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или их блоками поликристаллического металла. Каждое зерно металла состоит из отдельных блоков, или субзерен, образующих мозаичную структуру. Зерна обычно разориентированы относительно друг друга на величину, достигающую от нескольких их десятков. Блоки и субзерна, повернуты по отношению др.др. на угол от нескольких секунд до нескольких минут, имеют размеры на три-четыре порядка величины меньше размеров кристаллитов. В пределах каждого блока, или субзерна, решетка почти идеальная, если не учитывать точечных несовершенств. Размеры блоков, или субзерен, оказывают большое влияние на свойства металла. Границы между отдельными кристаллитами представляют собой переходную область шириной в 5-10 межатомных расстояний, в которой решетка одного кристалла, имеющего определенную кристалло­графическую ориентацию, переходит в решетку другого кристалла, имею­щего иную кристаллографическую ориентацию. В связи с этим на границе зерна атомы расположены менее правильно, чем в объеме зерна. Кроме того, по границам зерен в технических металлах концентрируются примеси, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. Несколько меньшие нарушения наблюдаются на границах блоков или субзерен.Границы блоков, а также малоугловые границы зерен образованы дис­локациями. С увеличением угла разориентировки блоков или субзерен и уменьшения их величины плотность дислокаций в металле уве­личивается. Атомы на границах зерен имеют повышенную потенциальную энергию. Такую повышенную энергию имеют и атомы, расположенные на по­верхности кристалла, вследствие нескомпенсированности сил межатомного взаимодействия.

^ 5. Маркировка легированных сталей.

Для маркировки легированных сталей ГОСТом приняты следующие условные обозначения легирующих элементов: X —хром,Н —никель,В — вольфрам,Г — марганец,С — кремний,Ф — ванадий,Т — титан,М — молибден,Д — медь,Б — ниобий,Р — бор,Ю — алюминий,П —фосфор,А —азот,Ч —редкоземельные металлы. Для обозначения легированной стали той или иной марки применяют определенное сочетание цифр и букв. Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры указывают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента, если сталь содержит менее 0,1 % углерода, то первая цифра ноль, например 08, 05. Буквы в маркировке указывают наличие соответствующих легирующих элементов, а цифры, следующие за буквами, — процентное массовое содержание этих элементов в стали. Если за какой-либо буквой отсутствует цифра, то это значит, что сталь содержит данный элемент в количестве до 1,5 %, кроме элементов, присутствующих в малых количествах (для комплексно-легированных сталей). Например, марка 35Х обозначает хромовую сталь с массовым содержанием С около 0,35 % и Сг до 1,5 %; 45Г2 — марганцевую сталь с массовым содержанием С около 0,45 % и Мп около 2 %; марка 38ХНЗМФА — сталь, содержащую 0,33-0,4 % С, 1,2-1,6 % Сг, 3,0-3,5 % Ni, 0,35-0,45 % Mo, 0,1-0,18 % V, а также 0,25-0,5 % Мп, не указанного по маркировке, букву А в конце маркировки используют для обозначения высококачественной стали. Для обозначения особовысококачественной стали в конце маркировки ставят букву Ш (через дефис), например, ЗОХГС-Ш. Для инструментальной легированной стали порядок маркировки по легирующим компонентам тот же, что и для конструкционных сталей, но содержание углерода указывается первой цифрой в десятых долях процента. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около 1 % углерода. Некоторые стали специального назначения имеют особую маркировку из букв, которые ставятся впереди цифр: А — автоматная, III — шарикоподшипниковая, Р — быстрорежущая, Е — магнитотвердая, Э — электротехническая, Св — сварочная, Нп — наплавочная и др.

^ 6. Кристаллизация металлов. Механизм кристаллизации. Строение слитка.

Кристаллизация – это процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры. В природе все самопроизвольно протекающие превращения, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов зарождения и роста кристаллов. Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно – самопроизвольная кристаллизация или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации – несамопроизвольная кристаллизация. Механизм кристаллизации металла состоит в том, что при соответствующем понижении температуры внутри тигля с жидким металлом начинают образовываться мелкие кристаллики, называемые центрами кристаллизации или зародышами. Для начала роста кристаллов из жидкого металла необходимо, чтобы свободная энергия металла уменьшилась. Если же в результате образования зародыша свободная энергия металла увеличивается, то зародыш растворяется. Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером зародыша, а такой зародыш – устойчивым.Чем больше степень переохлаждения, понижающая свободную энергию металла, тем меньше критический размер зародыша. Вокруг образовавшихся центров начинают расти кристаллы. По мере роста кристаллов в металле, оставшемся еще в жидком состоянии, продолжают возникать новые центры кристаллизации. Каждый из растущих новых кристаллов ориентирован в пространстве произвольно. Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно, они имеют более или менее правильную геометрическую форму. Однако при столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается. Рост продолжается в тех направлениях, где есть свободный доступ «питающей» жидкости. В результате растущие кристаллы, имеющие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную внешнюю форму и поэтому называются кристаллитами или зернами. Рост зародышей происходит в результате перехода атомов из переохлажденной жидкости к кристаллам. Кристалл растет послойно, каждый слой имеет одноатомную толщину. Структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона – наружная мелкозернистая корка, которая состоит из дезориентированных мелких кристаллов – дендритов. Вторая зона слитков – зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур уменьшается и уменьшается степень переохлаждения стали. Третья зона слитка – зона равноосных кристаллов.

7. ^ Маркировка сталей в России и по Евронормам.

Европейская система обозначений сталей подробно приводится в стандарте EN 10027,

состоящем из двух частей: часть 1 определяет порядок наименований сталей (присвоения

им буквенно-цифровых обозначений), а часть 2 – порядок присвоения сталям порядковых

номеров.1. Наименования сталей. Согласно EN 10027 Часть 1 стали по порядку присвоения им наименований делятся на две группы. В первую группу включены стали, наименования которых определяются их назначением и механическими или физическими свойствами. Вторую группу составляют стали, наименования которых определяются их химическим составом. Группа 1. Наименования сталей, включенных в первую группу состоят из одной или более букв, связанных с назначением стали, за которыми следуют цифры, определяющие ее свойства. За цифрами могут следовать дополнительные символы, определяющие состояние поставки стали и ее назначение. Группа 2. В группу 2 включены стали, наименования которых определяются их химическим составом. Группа 2 разделена на четыре подгруппы в зависимости от назначения и содержания легирующих элементов 2. Порядковые номера. Порядок присвоения сталям порядковых номеров определяется Европейским стандартом EN 10027 Часть 2. Порядковый номер стали представляется в виде 1.XXXX, где 1. определяет, что данный материал относится к сталям. В дальнейшем при расширении принятой системы нумерации предполагается использовать последующие цифры для обозначения других материалов (в немецкой системе нумерации материалов, являющейся прообразом Европейской, символ 0. Используется, например, для обозначения чугунов, 2. -для обозначения жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта, 3. - для обозначения цветных металлов и сплавов). Следующие две цифры после 1. определяют номер группы сталей, а две последние - порядковый номер стали в группе.

8. Упругая и пластическая деформация.

Деформация - изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую) Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинаться разрушение металла.При пластической деформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенных кристаллографических осей в направлении течения металла. Преимущественная ориентация зерен называется текстурой. Текстура металлов обусловливает анизотропию их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. В некоторых случаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрических свойств.

^ 9. Цементуемые стали.

При работе деталей под действием динамических нагрузок в усло­виях поверхностного износа для их изготовления применяют низ­коуглеродистые стали, содержащие обычно не более 0,2 % С, подвергая их цементации, закалке и низкому отпуску.Твердость поверхности готовой детали должна составлять около ИКС 60. В отличие от слабо­прокаливающихся углеродистых сталей при цементации и термо­обработке легированных сталей происходит дополнительное упроч­нение сердцевины. Это упрочнение тем больше, чем более легиро­вана сталь.В зависимости от степени упрочняемости сердцевины разли­чают три группы цементуемых сталей: с неупрочняемой сердцевиной; со слабо упрочняемой сердцевиной; с сильноупрочняемой сердцевиной. К первой группе относятся углеродистые стали марок 10, 15, 20. Их применяют для малоответственных деталей с неупроч­няемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Под цемен­тованным слоем при закалке аустенит превращается в феррито-перлитную смесь. Вторую группу составляют низколегированные хромистые стали марок 15Х, 20Х, имеющие слабоупрочняемую сердцевину. Дополнительное легирование малыми добавками ванадия (сталь 15ХФ) позволяет получить более мелкое зерно, что улучшает пла­стичность и вязкость стали. Стали третьей группы используют для изготовления деталей, испытывающих значительные ударные нагрузки, имеющих большее сечение или сложную конфигурацию или подвергающихся дей­ствию больших знакопеременных напряжений. В состав этих сталей вводят никель: 20ХН, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Ввиду его дефицитности никель иногда заменяют марганцем, вводя, кроме того, небольшое количество титана или ванадия для измельчения зерна (18ХГТ). Легирование хромоникелевых сталей вольфрамом или молибде­ном (например, сталь марки 18Х2Н4ВА или 18Х2Н4МА) допол­нительно стабилизирует переохлажденный аустенит, а, следова­тельно, еще больше увеличивает прокаливаемость стали. В ре­зультате закалки в масле сердцевина деталей приобретает структуру мартенсита. Такие стали применяют для крупных тяжело нагруженных деталей типа зубчатых колес, осей и др. Эти детали устойчивы к динамическим нагрузкам

10^ . Наклеп и рекристаллизация. Холодная и горячая пластическая деформаци.

Изменение свойств металлов, вызванное деформацией в холодном состоянии, называется наклепом. Состояние наклепа объясняется изменением нормальной кристаллической решетки, т. е. сдвигами ее частиц под влиянием внешних воздействий.Холодной обработке давлением подвергают листовые и полосовые заготовки из низкоуглеродистой стали, из цветных металлов и сплавов. Преимущества холодной обработки давлением — чистая поверхность и высокая точность изделий.Если изменение свойств металла под влиянием холодной обработки нежелательно, наклеп может быть устранен путем нагревания изделий.

Уже при невысокой температуре (для стали 200—300° С) измененная холодной обработкой кристаллическая решетка частично восстанавливается, и в наклепанном слое понижается прочность и твердость, возрастает пластичность. Эти явления называются   возвратом.При более высоком нагреве происходит  рекристаллизация, т. е. образование новых зерен взамен деформированных,  частичное восстановление структуры металла и возвращение первоначальных свойств.Установлено, что наименьшая температура для рекристаллизации  железа 450° С, меди 270° С, алюминия и магния 100° С, вольфрама 1200° С.Легкоплавкие металлы — олово, цинк, кадмий и другие — имеют низкую температуру рекристаллизации. Например, температура начала рекристаллизации у цинка 0° С, свинца 30° С и т. п. Поэтому у таких металлов при обычной температуре явлений наклепа при холодной обработке давлением не возникает.Температура рекристаллизации не является постоянной для каждого металла и зависит: от степени деформации (чем больше деформация, тем нагревание должно быть выше); от времени выдержки (чем выдержка при температуре рекристаллизации продолжительнее, тем легче протекает процесс рекристаллизации);от величины зерна (для крупнозернистого металла температура должна быть выше, чем для мелкозернистого).

Холодной деформацией называют обработку давлением при температурах ниже температуры начала рекристаллизации. При холодной деформации рекристаллизация не происходит. Металл упрочняется, приобретает волокнистое строение. Зерна вытягиваются в направлении действующей силы (образуется текстура деформации).

Горячей деформацией называют обработку давлением при температурах выше температуры начала рекристаллизации. В этом случае одновременно с деформацией происходит рекристаллизация металла: деформированные зерна практически мгновенно заменяются новыми равноосными. Высокая пластичность и низкая твердость и прочность сохраняются в течение всего процесса деформации. Наклепа не происходит.

11. Улучшаемые стали.

^ Улучшаемымые конструкционные стали – среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3—0,5 % углерода и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого «улучшения», состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно проводят в масле. Температура отпуска составляет 550—650 °С.
После термообработки улучшаемые стали имеют структуру, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.
Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, малую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость.
Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17—0,37%, марганца — 0,5—0,8 %, и менее 0,035% фосфора и серы.
^ К этой группе относятся:
углеродистые стали марок 35, 40, 45;
хромистые стали марок 30Х, 40Х;
хромистые стали, дополнительно легированные еще одним или двумя элементами: 30ХМ, 40ХГ, З0ХГТ
хромансили 20ХГС, ЗОХГС
хромоникелевые стали, содержащие до 1,5 % Ni: 40ХН, 40ХНМ
комплекснолегированные стали, содер¬жащие 3—4 % Ni; 38ХНЗМ, 38ХНЗМФА.
Из сталей этой группы изготовляются сложные по конфигурации детали, подвергаемые ударным нагрузкам. Их недостаток состоит в склон¬ности к флокенообразованию и трудности обработки резанием.
^ Высокопрочные стали
Высокопрочными называют стали с временным сопротивлением более 1500 МПа. Современными направлениями достижения высокопрочного состояния без снижения работоспособности конструкций являются такие методы упрочняющей обработки стали, как термомеханическая обработка, и использование таких новых высокопрочных материалов, как мартенситностареющие стали (МСС) и ПНП-стали — (ПНП — пластичность, наведенная превращением).

^ 12. Механические свойства металлов. Методы определения механических свойств.

Все свойства металлов делятся на четыре группы:

физические — цвет, плотность, температура плавления, тип кристаллической решетки, полиморфизм (аллотропия), электро- и теплопроводность, магнетизм и т. п.;

химические — окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость и т. п.;

технологические (характеризуют обрабатываемость металла) — свариваемость, штампуемость, жидкотекучесть, усадка, обрабатываемость резанием и т. п.;

механические (определяют поведение металла под нагрузкой) —прочность, пластичность, твердость, упругость, жесткость, вязкость.

Методы испытания механических свойств металлов в зависимости от характера действия нагрузки делятся на три группы:

статические (нагрузка возрастает медленно (плавно);

динамические (нагрузка возрастает с большой скоростью (мгновенно), например при ударе);

циклические при повторно-переменных нагрузках (нагрузка многократно изменяется по величине и знаку (испытания на усталость).

Механическими свойствами называется совокупность свойств, определяющих сопротивление металлов или сплавов воздействию механических усилий, которые могут прилагаться к изделию различными способами. Механические свойства зависят от химического состава, структурного состояния, внешнего силового воздействия, способов технологической обработки металлов и ряда других факторов. Знание механических свойств очень важно, так как позволяет оценивать поведение металла под воздействием внешних нагрузок при работе конструкций и деталей машин в эксплуатационных условиях, а также Нрй обработке давлением или резанием. Для сравнения численных характеристик механических свойств, полученных в различных лабораториях, необходимо, чтобы механические испытания проводились по единой методике. Эта методика устанавливается для каждого вида испытания Государственными общесоюзными стандартами (ГОСТ). Для установления характеристик механических свойств изготовляют из данного Материала специальные образцы, которые подвергаются затем испытанию на различных испытательных машинах. В результате воздействия приложенного усилия в образце возникает деформация, проявляющаяся з изменении размеров и формы. Деформация может быть упругой и пластической. Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки, и к испытуемому образцу возвращаются начальные размеры. Пластическая, Или остаточная, деформация характеризуется тем, что изменения в металле, Полученные при испытании, остаются после снятия нагрузки. Всякий процесс деформации металла состоит из трех "" этапов: упругая деформация, пластическая деформаций и разрушение. При проведений механических испытаний определяются характеристики как в области упругой, так и в области пластической деформации.

^ 13. Строительные стали.

Строительная сталь предназначается для изготовления стро­ительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т. д. Все строительные конструкции, как правило, яв­ляются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали.

Конструкционные низколегированные стали в горячекатаном или нормализованном состоянии применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефте- и газопроводов. Для изготовления деталей машин их применяют сравнительно редко.
Эта группа сталей содержит относительно малые количества угле­рода 0,1—0,25 %. Повышение прочности достига­ется легированием обычно дешевыми элементами — марганцем и кремнием.

^ Простые углеродистые строительные стали — Ст1, Ст2 и СтЗ, постав­ляются по ГОСТ 380—71. Наиболее широко применяется сталь марки СтЗ, которую для сварных конструкций следует поставлять по требованиям группы В, а для несварных конструкций — по группе А.
Из полученных тремя способами раскисления сталей (спокой­ полуспокойная и кипящая) более надежна сталь спокойная, имеющая более низкий порог хладноломкости.
Таким образом, следует применять для несвариваемых конструкций (или свариваемых неответственных конструкций) — кипящую сталь, для свар­ных расчетных конструкций — полуспокойную или спокойную сталь. Для ответственных конструкций, а также для сооружений, работающих в усло­виях низких температур, следует применять нормализованную или терми­чески улучшенную сталь.

^ Низколегированные или строительные стали повышенной прочности - в отличие от конструкционных легирован­ных сталей, строительные стали повышенной прочности у потребителей не подвергаются термической обработке, т. е. структура и служебные харак­теристики формируются при производстве сталей.
По сравнению с углеродистыми сталями более высокая прочность строительных низколегированных сталей дости­гается упрочнением феррита за счет легирования сравнительно малыми количествами кремния и марганца, а также хрома, ни­келя, меди и некоторых других элементов.
К низколегированным строительным сталям относятся стали марок 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД, 34Г2АФ, 17Г2АФБ и другие. Сталь 15ХСНД, содержащая никель и медь, работает в конструкциях до —60°С без перехода в хрупкое состояние. Кроме того, введение этих элементов уве­личивает коррозионную стойкость стали в атмосферных усло­виях. Все такие стали имеют низкое содержание углерода (<0,22% С) .

Строительные стали применяют главным образом в виде листов разной толщины, а также в виде сортового проката. Применение в строительных конструкциях более прочных низколегированных сталей вместо углеродистых дает возможность снизить расход металла на 15—25 %. Несмотря на несколько более высокую стоимость их использование экономически целе­сообразно.

14. Теория сплавов. Понятия и определения.
  1   2   3   4



Скачать файл (579.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации