Металлические материалы. Общие сведения о черных и цветных металлах, их сплавах. Основы технологии чугуна и стали

Это химические элементы, которые имеют высокую прочность, твердость, пластичность, хорошую электро и теплопроводность, непрозрачны и имеют характерный блеск.

Применяют как несущие конструкции, конструкционные отделочные материалы, в том числе большепролетные и высотные с высокой степенью надежности.

Применяемые в строительстве металлы делят на черные и цветные. Черные металлы- это железо с углеродом- сталь, чугун, ферросплавы. Цветные – алюминий, медь, цинк, свинец, олово, никель, титан, вольфрам, золото.

Основным сырьем для получения металлов являются руды для черных железные руды, для цветных цветныеруды.

Технология – подготовка сырья, плавка, формование. Обработка сырья – дробление, промывка, обогащение.

Чугун. При производстве чугуна кроме железной руды используют агломерат - получаемый спеканием руды с известняком, флюсы – известняк и доломит. Чугун получают в доменных печах плавкой при температуре 1300°С высотой 30 м объемам до 5000 м. В качестве топлива использует кокс. В домну послойно загружают руду, агломерат, кокс и флюсы, которые постепенно под собственным весом передвигаются вниз и нагреваются до t°= 600-900С° в воздухонагревателях. При горении оксид углерода восстанавливает чистое железо, одновременно чистый марганец, серу, фосфор и кремний. На каждую тонну чугуна получают 0.6 тонны жидкого шлака.

Чтобы из расплава удалить примеси в нее добавляют флюсы. Чугун содержит 3-4% углерода, а также кремний, марганец, серу, фосфор. Образовавшийся чугун стекается в нижнюю часть печи - горн.

Чугун бывает: до 80 % литейный для производства стали и 20% серый для литья изделий – ванн, батарей. Чугун имеет недостатки – высокая плотность, хрупкость, т.к. имеют значительные примеси. Особо опасные примеси чугуна - сера – способствует образованию трещин и фосфор – делает его хрупким.

Сталь блестящий серебристо- белый металл- пластичный, легко куется в холодном и нагретом состоянии, поддается прокатке, штамповке и другим способам механической обработки.

Получают сталь из чугуна и металлического лома –в которой содержание нежелательных примесей меньше – углерода, кремния, серы, фосфора. Стальнаряду с бетонами главнейший конструктивный материал. Широкому использованию в строительстве обязан своим высокими физико-механическими показателями, технологичности (возможность получения из нее конструкций различными методами).

В стали углерода содержится – 0,1-2 % Большее содержание углерода в стали увеличивает прочность, но при этом увеличивается хрупкость и снижается свариваемость.

Стальиз чугунаполучают в конвертерных и мартеновских печах, а так же электроплавильным способом.

Конвертерным способом – путем продувки жидкого чугуна кислородом или водяным паром. Процесс плавки 30 мин t°= 700, вводят известь, которая образует шлаки.

При плавке в мартеновских печах в качестве топлива используется воздушно – газовую смесь. Окисление происходит на поверхности ванн, в которых находится жидкое железо – чугун.

Плавка в электропечах происходит при t°=2000 дуговым методом. Этим способом выплавляется до 80% стали, но способ очень энергоемкий.

Сталь – из печей выливают в специальные ковши выложенные внутри огнеупорным кирпичам - получают слитки.

Сталь бывает кипящей и спокойная. Кипящую разливают сразу из ковша в изложницы. Спокойная – это сталь, которую выдерживают в ковше для соединение с растворенном кислородом. При этом, улучшается состав и структура стали.

Для улучшения свойств стали, в них добавляют легирующие добавки, в общем до 5%, которые повышают прочность стали, коррозионную стойкость, снижают хрупкость и пластичность.

В качестве легирующих добавок применяется марганец, кремний, хром, никель, медь, азот. Марганец повышает прочность, износостойкость и сопротивление ударным нагрузкам, Кремний увеличивает прочность, но ухудшает свариваемость и снижает устойчивость к коррозии. Никель и хром повышаю упругие свойства. Никель и хром улучшают механические свойства, повышаю жаростойкость и коррозионную стойкость.

Легированные стали по назначению делят на конструктивные, инструментальные и стали специального назначения (нержавеющие, жаростойкие). В строительстве в основном применяют конструкционные стали.

Металлические строительные материалы определенного профиля, получают на стадии формирования методами проката, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой, холодное профилирование.

Прокаткой получают основную часть строительных материалов – листы, проволоку, рельсы. Заключается прокатка в обжатии между вращающимися валками. Слитки стали нагревают и прокатывают на блюминговых станах, пропуская между вращающимися валками прокатного стана заготовки, в результате чего заготовка вытягивается и в зависимости от профиля приобретает заданную форму. Сортамент стали горячего проката: круглая, квадратная, полосовая, уголковая, в виде швеллера, двутавра, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля.

Волочением заготовка последовательно протягивается через отверстие размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При таком методе получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготавливают проволоку, трубы малого диаметра, прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заданной формы. Изготавливают болты, анкера, скобы и т. Д.

Штамповка разновидность ковки, при которой сталь растягиваясь под ударами молота заполняет форму штампа. Может быть горячей и холодной. Получают изделия точных размеров и сложной конфигурации.

Прессованием способ выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Получают профили различных сечений, трубы небольшого диаметра, фасонные профили.

Холодное профилирование процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания упрочненную холодносплющенную арматуру.

Механические свойства металлов. Физические свойства стали: плотность 7850 кг/м³. Предельный прочность на растяжение, сжатие изгиб до 600 МПа. Марка стали: 15 ХСНД – это значит сталь имеет 0,15% - углерода и легирующих добавки, хром, кремний, никель, меда до 0,1 %.

Упрочнение стали выполняется не только методом изменения ее состава, но и путем термической обработки. При этом у стали меняется структура.

Закалка заключается в нагреве до температуры 800-1000°С и быстром охлаждении в воде или маслах.

Отпуск стали медленный нагрев и медленное охлаждение на воздухе, выполняется для снижения внутренних напряжений, как бы обратный закалке процесс.

Дата добавления: 2014-12-16