Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Углеродистые и легированные стали
По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистые стали представляют собой сплавы железа Fe с углеродом C при неизбежном наличии примесей других химических элементов. Углеродистые стали: Fe + С(<2 %)+примеси (S, P, N и др). Легированные стали: - / - + легирующие элементы (Cr, Mn, Si, …). Легированные стали это тоже сплавы железа Fe с углеродом С, но с специально добавленными легирующими элементами (хром, марганец, кремний, титан, ванадий и другие химические элементы), придающими стали какие-то необходимые свойства. По назначению (рис.3.7) углеродистые стали делятся на конструкционные и инструментальные. По способу производства могут быть стали: мартеновские, конверторные, бессемеровские, томасовские, кислородно – конверторные и электростали. Конструкционные стали различаются по качеству (рис.3.8): - обыкновенного качества; - качественные углеродистые; - высококачественные. Стали обыкновенного качества разделяются на три группы по нормируемым характеристикам качества: Группа А – нормируются механические характеристики (sв, sт, d, изгиб; см. приложение 1). Группа Б - нормируются химические характеристики (содержание в сталях углерода С, марганца Mn и кремния Si; см. приложение 2) Группа В - нормируются механические и химические характеристики (см. приложения 1 и 2) С возрастанием цифры в марке стали обыкновенного качества группы А (прил. 1) увеличиваются прочность и твердость, но снижается пластичность и ударная вязкость стали. Это происходит за счет изменения химического состава, в первую очередь, содержания углерода. При разливке стали в ней может оставаться кислород, который удаляется непосредственно в сталеразливочном ковше: Выделяющий при раскислении углекислый газ в виде газовых пузырьков создает иллюзию “кипения" стали: В зависимости от степени раскисления стали могут быть: - кипящими (кп), содержащими менее 0,05 % Si; - спокойными (сп), содержащими до 0,15… 0,3 % Si; - полуспокойными (пс). По стоимости кипящие стали (Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп, Ст4кп) самые дешевые, но имеют порог хладноломкости на 30… 40 % выше (рис.3.9), чем стали спокойные (Ст1сп, Ст2сп,…), поэтому для ответственных сварных конструкций, особенно работающих при низких температурах в условиях Тюменского Севера, используют спокойные стали.
Спокойные стали имеют более высокие значения ударной вязкости и сопротивления динамического разрушения. С повышением содержания углерода свариваемость сталей ухудшается, поэтому стали Ст5, Ст6 применяются для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке. Стали группы Б различаются (прилож. 2) по химическому составу. С ростом цифры в марке стали (БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6) увеличивается содержание углерода, кремния и марганца. Естественно, что это приводит к увеличению прочности и пластичности и к снижению ударной вязкости. Стали группы В нормируются как по химическому составу, так и по механическим характеристикам: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5. Стали обыкновенного качества выпускаются в виде проката: швеллер, труба, лист, пруток, балка и т. д. Углеродистые стали специального назначения (мосто - и судостроения, сельскохозяйственного машиностроения), имеют дополнительные индексы, например, для мостовых конструкций используется сталь Ст3мост. По способу производства различаются стали: М — мартеновская, Б — бессемеровская. Например, мартеновская спокойная сталь: МСт2сп. Качественные углеродистые стали подразделяются на две группы: с нормальным содержанием марганца (0,5кп, 0,8кп,...20, 25,...., 85) и с повышенным (0,7 …1,2 % Mn) содержанием марганца (15Г, 20Г2,...,70Г) и содержат меньшее количество серы S (до 0,04%) и фосфора Р (до 0,03%), чем стали обыкновенного качества. Цифры в марке качественных углеродистых и легированных сталей означают сотые доли % содержания углерода С в ней. По содержанию углерода стали (рис.3.10) делятся на низкоуглеродистые (до 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3…0,5 % С) и высокоуглеродистые (свыше 0,5 % С). Низкоуглеродистые стали 0,8кп, 0,5кп используются для листовой штамповки, а стали 10,15,...20,25 – для изготовления сварных конструкций. Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45 и 50 применяются для изготовления (с нормализацией и поверхностной закалкой) деталей подверженных большим нагрузкам, так, например, стали 45, 50 – для коленчатых валов и других ответственных деталей автотракторных двигателей
Высокоуглеродистые качественные стали 55, 60, 65 и 70 используются для изготовления деталей (пружины, рессоры, зубчатые колеса и т. д.) с последующей их термической обработкой Высококачественные стали обозначаются буквой А в конце марки: У7А, У8А,..., У13А, они содержат еще более низкое по сравнению с качественными сталями количество серы S (до 0,02%) и фосфора Р (до 0,03%). Инструментальные качественные углеродистые стали (У7, У8, …,У13) используются для изготовления режущего (сверло, резец,…), мерительного (линейки, калибры,…) и штамповочного инструмента. Цифра в марке инструментальных сталей показывает содержание углерода в десятых долях процента (в других марках - сотые доли процента) Легированные стали Углеродистые стали имеют недостаточную прочность, повышенную склонность к старению и низкую коррозийную стойкость, плохо прокаливаются, хрупки при низких температурах и т.д. Поэтому очень важно улучшить эксплуатационные характеристики сталей, получить стали с особыми свойствами, например, жаропрочные, нержавеющие и т. д. Это достигается изменением химического состава стали. Сталь называется легированной, если в неё вводятся специальные (легирующие) элементы, изменяющие её свойства (табл. 3.4),или в ней имеется более 1% Si, или Mn. Эти легирующие элементы в буквенном виде указываются в марках сталей:
Число в начале марки конструкционной стали указывает на содержание углерода в сотых долях %, а цифры после соответствующих букв - среднее содержание этого химического элемента в %. Если после буквенного обозначения химического элемента нет цифры, то доля данного элемента в стали составляет 0,5…1,5 %. По химическому составу легированные стали могут быть: - низколегированными (суммарное количество легирующих элементов до 2,5 %); - среднелегированными (2,5 …10 % легирующих элементов); - высоколегированными (свыше 10 % легирующих элементов). Сталь может быть легирована только одним элементом: хромистая (Cr), никелевая (Ni), ванадиевая (Wa); двумя, тремя и более элементами, например, сталь 18Х2Н4В. Марка этой стали расшифровывается следующим образом: среднелегированная (2% хрома + 4% никеля + 1% ванадия = 7% легирующих элементов) хромоникелеванадиевая сталь, содержащая 0,18 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля и 1 % вольфрама. Таблица 3.4 Влияние* легирующих элементов на свойства сталей
* Условные обозначения: -повышает; Ý - значительно повышает; 0- не влияет; ¯ - снижает; ß - значительно снижает.
Марка стали 40ХН4А расшифровывается как высококачественная (индекс А в конце обозначения), среднелегированная (1 % хрома +4 % никеля =5 % легирующих элементов), хромистоникелевая сталь, содержащая 0,4 % углерода, 1 % хрома и 4 % никеля. Химические элементы могут образовывать с железом, как химические соединения, так и твердые растворы замещения.
Легированные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и со специальными химическими свойствами (жаропрочные, нержавеющие и т.д.). Низколегированные конструкционные стали широко используются в строительстве и машиностроении. Это следующие стали. Марганцовистые стали (15Г, 20Г,..., 30Г, 40Г и др.) содержат 0,7… 1,8% марганца, который образует с ферритом и аустенитом твердый раствор, а с углеродом карбиды. Кремнистые стали (50С2, 55С2, 60С2, 70С3А) содержат кремния 1,5 …3%. Из них изготовляются рессоры и пружины. Хромистые конструкционные стали (15Х, 20Х,..., 50Х), содержат около 1 % хрома. У них улучшается закалка, но пластичность после закалки почти не снижается, а твердость увеличивается. Хромомолибденовая сталь 35ХМА используется для изготовления высоконагруженных болтов, шпилек, валов, шестерён. Она хорошо сваривается. Применение низколегированных строительных сталей (10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС, 16Г2СД, 09Г2, 14Г2 и др.) позволяют снизить вес строительных конструкций, повысить коррозионную стойкость, снизить чувствительность к низким температурам и к старению. Горячекатаный прокат (листовой, швеллеры, двутавры, сталь угловую) из углеродистых и низколегированных сталей, предназначенный для изготовления сварных строительных конструкций, вне зависимости от его химического состава (марки стали), а принимая во внимание только механические свойства (предел текучести sт), подразделяют на условные классы строительных сталей (прил. 3). Нержавеющие стали содержат 0,1 …0,45 % С и 12 …14 % Cr. Окись хрома защищает изделие от разрушения в агрессивной среде. Высокой коррозионной стойкостью обладают и хромоникелевые сплавы (0,12 …0,14 % С; 17 …20 % Cr; 8 …11 % Ni). Износостойкие стали - это марганцовистые стали, содержащие 0,9... 1,1 % С и 12 …14 % Mn, из них изготовляют рабочие органы экскаваторов, драг и т.д. Легирующие добавки вводят в сталь при её производстве в виде ферросплавов: ферросилиция, ферромарганца и феррохрома. Ферросплавы получают в доменных печах, но чаще их производят из руды или рудного концентрата методом восстановления в электропечах. Ванадиевые (всего 0,06 …0,12% ванадия) стали только на 3…10 % дороже обычных углеродистых сталей, но в ряде случаев срок службы изделий повышается вдвое, существенно снижается вес узлов и машин в целом. Так крановые колеса и шестерни, изготовленные из ванадиевого сплава, долговечнее деталей, изготовленных из обычных сталей, в 1,5 …2 раза. Опорные катки гусеничных тракторов, изготовленные из ванадиевой стали, становятся долговечнее на 30%.
Арматурные стали Прочность сцепления арматуры с бетоном во многом определяется материалом и профилем поверхности арматурного стержня, свойствами бетона и технологией его укладки. Показателем качества стальной арматуры является класс арматуры по прочности на растяжение, обозначаемый: А - для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры; В - для холоднодеформированной арматуры. Основной характеристикой для арматурных сталей является предел текучести sт, т.к. в случае его превышения нарушается сцепление бетона с арматурным стержнем и появляются трещины в бетоне. Класс арматуры соответствует гарантированному значению предела текучести в МПа, установленному в соответствии с требованиями стандартов и технических условий, и принимается в пределах от А240 до А1500 и от В500 до В2000. Арматурные стали подразделяются на классы в зависимости от минимального значения предела текучести (Н/мм2) и эксплуатационных характеристик (С - свариваемая; К - стойкая против коррозионного растрескивания). Свариваемость проката обеспечивается технологией и химическим составом стали, из которой он изготовлен. Имеется 7 классов (прил. 4) арматурной стали: А - I — круглого сечения; А -II …А -VI — периодического профиля (для лучшего сцепления с бетоном). Способы увеличения значения sт (повышения уровня площадки текучести на диаграмме растяжения (см. рис. 2.15) следующие: -легирование стали такими редко используемыми легирующими химическим элементами как бор, азот, алюминий, цирконий (прил.4); -упрочнение арматуры (рис.3.11) путем предварительного растягивания (Lр) стальных стержней арматуры на 3,5 …5,5 % от их первоначальной длины (Lо). При растягивании происходят зональные разрушения в кристаллической решетке, возникает «наклеп», т.е. происходит упрочнение материала в наименее «слабых» сечениях. После предварительного растяжения начальная длина стержня увеличивается до Lу, а площадка текучести sто после предварительного растяжения перемещается sту по оси ординат выше. При работе предварительно деформированного стержня его растяжение происходит по пунктирной линии; прочность железобетона существенно возрастает, т.к. sту> sто. Разрушения по железобетону и аварии происходят из-за хрупкого разрушения арматуры или узлов. При использовании более пластичного материала арматуры происходит перераспределение нагрузок, поэтому бетон и арматура работают надежнее. По европейским стандартам свариваемая арматура должна иметь содержание углерода не более 0,22%, а углеродный потенциал не более 0,52 %. Этим условиям отвечает арматура класса А500С. За счет низкого содержания углерода и в результате термомеханического упрочнения в потоке проката она практически не ломается при изгибе, как по целому металлу, так и по сварным соединениям всех видов, в том числе и по дуговым прихваткам, часто используются при монтаже зданий.
Переход на арматуру А500C и В500С – это переход на уровень европейских стандартов. У американцев и японцев категорически запрещена сварка на монтаже. Ее заменяют вязкой или механическим соединениями арматуры. Очень эффективно применение вместо нахлесточной или ванной сварки механических соединений арматуры (спрессованные втулки, винтовые соединения и др.).
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 66; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.222.125.171 (0.036 с.) |