КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Физико-механические свойства материалов
Классификация сталей Углеродистые стали. Классификация, маркировка, области применения. Сталь – основная продукция черной металлургии. Из всей производимой в постсоветском пространстве стали 90% – углеродистая, т.е. такая, в которой основными элементами являются Fe и C и 10% – легированная, т.е. такая в которую специально добавляют другие элементы (Cr, Ni, W, V, Mn и др.). Помимо Fe и C в этих сталях неизбежно присутствуют постоянные примеси Mn и Si, S, P, O, N, H и др. Причем если присутствие Mn и Si в стали обусловлено технологией ее производства, то присутствие S, P, O, N, H связано с невозможностью полного удаления их из стали. Присутствие иных примесей Cr, Ni связано чаще со случайными обстоятельствами. Влияние постоянных примесей на свойства стали. Постоянными примесями сталей считают Mn, Si, P, S, а также газы H 2, N 2, O 2 в тех или иных количествах присутствующих постоянно в стали. Обычно количество этих элементов в стали не превышает таких пределов в % 0,8 Mn; 0,5 Si; 0,05 P, 0,05 S. Если указанные элементы специально вводят в стали в больших количествах, то такие называют специальными или легированными, а названные элементы – легирующими элементами. Влияние Si и Mn Si и Mn раскисляют сталь, т.е. соединяя с кислородом закиси железа (FeO) переводят его в шлак. Si + 2 FeO → 2 Fe + SiO 2 (5)
Mn + FeO → Fe + MnO (6)
Процессы раскисления в итоге улучшают, свойства стали. Mn заметно повышает прочность, практически не снижая пластичности и резко уменьшая красноломкость стали, т.е. хрупкость при температурах красного каления стали, вызванную вредным влиянием серы. Избыточный после раскисления Si, растворяясь в феррите, сильно повышает σт, чем снижает способность стали к вытяжке, и особенно к холодной высадке. Влияние серы S – вредная примесь в стали. С железом S образует химическое соединение FeS, нерастворимое в железе в твердом состоянии. FeS образует при нагреве с железом легкоплавкую эвтектику (t°ил.э=988°С). Легкоплавкая эвтектика расположена преимущественно по границам зерен. При нагревании стали до температуры ковки или прокатки ~1000-1200°С эвтектика расплавляясь нарушает сплошность стали, в местах ее присутствия образуются трещины, надрывы. Явление охрупчивания стали при 800°С и выше, т.е. в районе температур красного каления, вследствие наличия в стали S называют явлением красноломкости. Особенно опасна в плохо раскисленной стали образуя тройную FeS-FeO-Fe эвтектику с min t пл. Mn, обладая большим сродством к S, чем Fe, образует тугоплавкий (t °пл=1620°С) сульфид, и исключает явление красноломкости. Сернистые включения снижают механические свойства KСV, δ, ψ, σв, ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость стали. Поэтому в зависимости от качества стали количество S не должно превышать 0,035- 0,06%. Влияние фосфора Р растворяется в α- Fe и γ- Fe, а при высоком содержании образует фосфид Fe 3 P, содержащий 15,62% Р. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку и увеличивает пределы σв и σт, но сильно уменьшает пластичность и вязкость. Растворяясь в феррите, Р резко повышает температуру перехода в хрупкое состояние или иначе – вызывает хладноломкость стали. Чем больше углерода в стали, тем значительнее охрупчивание стали. Вредное влияние Р усугубляется его большой склонностью к ликвации (особенно в серединных слоях слитка). Содержание Р в стали в зависимости от ее качества допускается ≤ 0,025-0,08%. Влияние N2, O2 и H2 N, O, H могут присутствовать в стали в следующих формах: находится в различных несплошностях раковины, трещины и т.д. в газообразном состоянии, в виде твердого раствора или в виде хрупких неметаллических включений оксидов, нитридов (FeО, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 4 N и др.). Примеси внедрения (N, O), концентрируясь в зернограничных объемах и образуя выделения нитридов и оксидов по границам зерен, повышает порог хладноломкости и понижает сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (оксиды, нитриды, шлак) при их значительных количествах служат концентратом напряжений и в сильной степени ↓ σв. Очень вредно влияние растворенного в стали водорода. Он Н не только охрупчивает сталь, но приводит к образованию в катаных заготовках и поковках флокенов. Флокены – это очень тонкие трещины овальной формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета. Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности. Наводороживание стали, возможно, при сварке, при травлении стали, при работе стали в контакте с водородом, особенно при высоких давлениях. В настоящее время широко применяют, ряд мер для очистки стали от вышеназванных вредных примесей в процессе получения сталей. Так вакуумируя жидкую сталь, достигают высокой степени очистки ее от О 2, Н. С этой же целью применяют полное раскисление стали от O 2, Mn, Si, Al. Электрошлаковый перевал, обработка стали специальными синтетическими шлаками, глубоко очищают металл от S. Труднее всего избавиться от Р, поэтому здесь пока самый надежный выход – min Р в исходной руде. Среди различных способов выплавки (бессемер., кислородно-конверторный, мартеновский, электросталеплавильный) наиболее чистую по примесям сталь получают последним способом. Классификация, маркировка и области применения углеродистых сталей. Стали – это сплавы на основе железа, содержание углерода в которых не превышает 2,14%. Сталь классифицируют по ряду признаков. 1. По способу производства различают мартеновскую основную и кислую, бессемеровскую, томасовскую, кислородно-конверторную, тигельную и электросталь основную и кислую. По характеру футеровки различают сталь основную и кислую. По раскислению: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная (наиболее качественная). Кипящую сталь получают при неполном раскислении металла с содержанием до 0,05% кремния. Спокойная сталь имеет однородное плотное строение и содержит не менее 0,12% кремния. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями и содержит 0,05 - 0,12% кремния. 2. По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода делятся на: а) низкоуглеродистые ≤ 0,25%С б) среднеуглеродистые 0,25-0,60%С в) высокоуглеродистые 0,60-2,00%С Все названные стали могут встречаться и под такими названиями: - низкоуглеродистые или цементуемые, т.е. такие, которые можно подвергать цементации. Для сварки конструкций необходимо иметь небольшое содержание углерода не более 0,22%; - среднеуглеродистые или улучшаемые, т.е. подвергаемые термообработке (закалке и высокому отпуску); И низкоуглеродистые и среднеуглеродистые – это конструкционные стали. Высокоуглеродистые – это инструментальные стали. 3. Качество стали определяется в первую очередь количеством содержащихся в ней вредных примесей (S, P и др.). Чем больше вредных примесей в стали, тем ниже ее качество. По качеству углеродистые стали делятся на: - стали обыкновенного качества (S – 0,04 %, P – 0,05 %) - качественные (S – 0,035 %, P – 0,035 %) - высококачественные (S – 0,025 %, P – 0,025 %) - особовысококачественные (S ≤ 0,015 %, P ≤ 0,025 %) 4.Сталь также классифицируют в зависимости от структурного состояния при определенных условиях. Существует ряд классификаций по этому признаку. По равновесной структуре в отожжённом состоянии различают шесть классов сталей: доэвтектоидные, в структуре которых избыточный феррит присутствует наряду с перлитной составляющей; эвтектоидные, имеющие перлитную структуру; заэвтектоидные, в структуре которых кроме перлита содержатся избыточные карбиды вторичного происхождения (выделившиеся из аустенита); ледебуритные, имеющие в структуре первичные карбиды эвтектического происхождения; ферритные; аустенитные. 5. По назначению стали делят на: - конструкционные (строительные и машиностроительные (котельная, арматурная), шарикоподшипникововые (ШХ), рессорно-пружинные, бандажные и т.д.) Строительные – до 0,3%С. Машиностроительные: а) цементуемые 0,025-0,3%С б) улучшаемые 0,3-0,5%С в) пружинные 0,5-0,8%С г) инструментальные (от 0,7 до 1,3%С) (для режущего, мерительного, горячее- и холодноштампового инструмента, быстрорежущие и т.д.) д) сталь с особыми свойствами (нержавеющие, жаропрочные, со специальными физическими свойствами и др.) 6) По методу придания формы и размеров различают стали: - литые (стальное фасонное литье); - кованные (поковки свободной ковки и штамповки); - катаные (прокат различного профиля – пруток, лента, лист, проволока, специальные профили и т.д.). - сортовая - фасонная , лист
Углеродистые конструкционные стали в большинстве являющиеся доэвтектоидными сталями делятся на 2 класса: 1 – стали обыкновенного качества, поставляемые потребителям по ГОСТ 380-2005; 2 – качественные стали (ГОСТ 1050-88) Углеродистая сталь обыкновенного качества Применяется для строительных конструкций, листового и профильного проката, труб и др. Обозначают буквами Ст 0, 1.... 6. Цифры указывают условный номер марки в зависимости от механических свойств и химсостава (справочник). Такая сталь с гарантируемыми механическими свойствами нужна там, где она не подвергается термообработке и важно знать ее σв, σт, δ. После марки стали могут быть индексы, обозначающие степень раскисления. Раскисление – процесс удаления из жидкой стали кислорода. кп – кипящая раскислена мало, только Mn, что недостаточно для полного удаления газов. (Кипящие стали наиболее дешёвые (вследствие меньшего расхода раскислителей), однако из-за повышенной газонасыщенности они хуже свариваются и более склонны к хрупкому разрушению). пс – полуспокойная (раскисляют марганцем и небольшим количеством кремния, или марганцем и небольшими количествами кремния и алюминия, или марганцем с небольшим количеством алюминия). сп – спокойная (получают, раскисляя металл в печи, а затем в ковше марганцем, кремнием и алюминием). Спокойная сталь более однородна по химическому составу в слитке и содержит меньше растворённых газов. По сравнению с кипящей она менее склонна к хрупкому разрушению. Существует 20 марок сталей: Ст 0 Ст 1, Ст 2 и Ст 3 кп, пс, сп Ст 4 пс и кп Ст 5, Ст6 сп и пс Поскольку стали, обыкновенного качества содержат много серы и фосфора (0,05% и 0,04% соответственно) (для Ст0 0,06 и 0,07%) из них изготавливают неответственные детали: - горячекатаный рядовой прокат (балки, прутки, швеллеры, уголки, листы, трубы, поковки, работающие при относительной невысоких напряжениях). Их широко применяют в сварочных, клепаных, болтовых конструкциях (балки, фермы, краны, котлы, драги и др.) малоответственные детали машин (оси, валы, шестерни, втулки, метизы). Стали обыкновенного качества, поставляемые в виде листов, балок, уголков, прутков идут для изготовления строительных конструкций и неответственных деталей машин. Сварные конструкции изготавливают из сп и пс сталей. Она идет для более ответственных конструкций в мостостроении и судостроении, с/х машиностроении. Ст 3 используют мостостроении. Качественные конструкционные углеродистые стали ГОСТ 1050-88 Они содержат ≤ 0,04% S и ≤ 0,035-0,04% Р, < неметаллических включений по сравнению с обыкновенного качества. Качественную конструкционную углеродистую сталь применяют для деталей, требующих более высокой пластичности и ударной вязкости. Из качественной стали изготавливают металлоконструкции, трубопроводы, сосуды, работающие под давлением. Согласно ГОСТу 1050-88, сталь изготавливается следующих марок 08, 10, 15, 20 и т.д. до 60. В марке стали двузначные цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Качественная сталь отличается от стали обыкновенного качества пониженным содержанием серы и фосфора, а также более высокой пластичностью. Содержание серы и фосфора в высококачественной стали не должно превышать соответственно 0,03 и 0,035%. Она также имеет повышенную чистоту по неметаллическим включениям и обозначается буквой А, помещаемой после обозначения марки. Сталь, имеющая в своем составе, кроме углерода, легирующие элементы (хром, никель, вольфрам, ванадий и т.д.), называют легированной. В зависимости от процентного содержания легирующих компонентов легированные стали бывают: низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода менее 2,5%); легированные (суммарное содержание легирующих компонентов кроме, углерода 2,5 - 10%); высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода более 10%). По видам структуры легированные стали условно делят на стали перлитного класса, аустенитного, ферритного, мартенситного и др. По назначению легированные стали делятся на конструкционную для изготовления деталей машин, инструментальную - для изготовления режущего инструмента и стали с особыми свойствами - жаропрочные, нержавеющие и др. Для обозначения марок низколегированных сталей применяется специальная буквенно-цифровая система. Каждый легирующий элемент обозначается буквами: Цифра, стоящая перед обозначением марки, указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах. Отсутствие цифры за буквой обозначает, что содержание этого легирующего элемента менее 1%. Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, в которой содержится значительно меньше серы и фосфора и соблюдены все условия металлургического производства высококачественной стали. Сталь 08-10 кп – малопрочны и пластичны для малонагруженных деталей (прокладки, шайбы, капоты, тракторов, змеевики), элементы сварных конструкций. Стали 15…25 – без ТО или нормализованные в виде проката, листа, труб, ленты, проволоки, хорошо свариваются – цементуемые где износ (оси, кулачные валики, толкатели клапанов, пальцы, с/х и общее машиностроение. Стали 30-50 для деталей с большими нагрузками – нормализация, улучшение и поверхностная закалка (коленвалы, шатуны, шпиндели, плунжеры, траверсы). Стали 60-85 – более прочны, износостойки. Износ, трение, вибрация (пружины, рессоры, шпиндели, прокат, валки). О литых углеродистых сталях 15л, 20л, 25л – общего назначения (к20), ответственного назначения 30л, 35л, 40л, особо ответственный – 45л. Автоматные стали ГОСТ 1414-75 Хорошо обрабатываются резанием, дают чистую поверхность. С повышенным содержанием S и P. Короткая и ломкая стружка. S присутствует в стали в виде MnS. Маркировка: А12 – винты, болты, гайки (неответственный ширпотреб). S – 0,08-0,30%, P – 0,08-0,15% Строительные стали Как мы уже говорили строительными, являются, чаще всего стали обыкновенного качества, содержащие не более 0,3%. Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций – мостов, газопроводов и нефтепроводов, ферм, котлов и т.д. Все строительные конструкции, как правило сварные, поэтому свариваемость – одно из основных свойств строительной стали. Кроме этого строительные стали должны быть пластичны, хорошо обрабатываться резанием. Стали Ст 1, 2, 3 – широко применяемые строительные стали. По данным института в электрической сварке им. Патона и Проектстальконструкции оптимальный химический состав строительной малоуглеродистой стали следующий: 0,13 – 0,18% С; 0,1% Si; 0,4 – 0,6% Mn; ≤0,035% S; ≤0,04% Р. Стальные фасонные гнутые профили изготавливают из стали марок Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 (ГОСТ 380-2005) и стали марок от 08 до 25 (ГОСТ 1050-88). Стали для ответственной конструкции, испытывают на чувствительность к старению после наклепа. Несущие (расчетные) сварные и клепаные конструкции зданий и сооружений – изготавливают из мартеновской и кислородно-конверторной стали, т.е. с повышенным качеством. Кровельное железо – мартеновская и конверторная сталь Ст1кп. Листы отожженные 0,38-0,82 мм. Конструкции из листовой стали – резервуары, трубопроводы и другие. Арматурная сталь По технологии изготовления арматурную сталь разделяют на две группы: горячекатаную стержневую (поставляемую металлургическими предприятиями в виде прямых стержней) и холоднотянутую проволочную (поставляемую в виде мотков или бухт). На производстве эти группы стали называют часто тяжелой и легкой. Обработка проволочной и стержневой арматурной стали различна по составу производственных операций. Арматурная сталь по профилю подразделяется на гладкую и периодического профиля. Сталь периодического профиля является основным типом стали, применяемой в современном строительстве; гладкую применяют в виде проволоки и в виде стержневой арматуры. По условиям применения арматурная сталь делится на ненапрягаемую (обычную) арматуру и напрягаемую, применяемую в предварительно напряженных конструкциях. Ненапрягаемую арматуру используют в обычных конструкциях и в предварительно напряженных конструкциях (в сочетании с напряженной). Классификация по механическим характеристикам устанавливает деление арматурной стали на классы. Условное обозначение классов горячекатаной арматурной стали гладкого и периодического профиля по ГОСТ 5781-82 состоит из буквы А и римской цифры или буквы А и трехзначного индекса, в зависимости от прочностных характеристик по возрастанию предела текучести арматурной стали. В настоящее время применяют арматуру из сталей классов А-I (А240), А-II(А300), А-III(А400), А-IV(А600), А-V(А800), А-VI (А1000). Арматурную сталь по ГОСТ 15781-82 класса А-I (А240) изготавливают гладкой, остальных классов – периодического профиля. По требованию потребителя сталь классов А-II(А300), А-III(А400), А-IV(А600), А-V(А800) изготавливают гладкой. При изготовлении арматуры класса А-II(А300)специального назначения к букве А добавляется индекс «с»- Ас-II(Ас300). Арматурную сталь классов А-I (А240) и А-II(А300) диаметром до12мм и класса А-III(А400) диаметром до 10мм включительно изготавливают в мотках или стержнях, больших диаметров – в стержнях. Арматурную сталь классов А-IV(А600), А-V(А800), А-VI (А1000) всех размеров изготавливают в стержнях, диаметром 6 и 8мм изготавливают по согласованию с потребителем в мотках. Пример обозначения арматуры: 20-А-II ГОСТ 5781-82 Арматурная сталь диаметром 20мм, класса А-II(А300) В таблице представлены основные марки сталей соответствующие тому или иному классу арматуры в зависимости от ее диаметра по ГОСТ 5781-82. Таблица
В 2007 года в Республике Беларусь введены в действие СТБ 1704-2006 «Арматура ненапрягаемая для железобетонных конструкций. Технические условия» и СТБ 1706-2006 «Арматура напрягаемая для железобетонных конструкций. Технические условия». Данные СТБ не распространяются на арматуру: гальванизируемую, покрытую эпоксидом, стойкую к коррозии. СТБ 1704 распространяется на свариваемую и ненапрягаемую арматуру, а СТБ 1706 на несвариваемую и напрягаемую арматуру соответственно. Ненапрягаемая арматура по СТБ 1704 подразделяется по прочности на классы: S240, S400, S500. Арматуру класса S240 изготавливают с гладким профилем путем горячей прокатки, классов S400, S500, – с различной конфигурацией периодического профиля. Пример обозначения арматуры: 5,5 S500 СТБ 1704-2006 Арматурная сталь диаметром 5,5мм класса S500, изготовленная по СТБ 1704-2006. Напрягаемая арматура по СТБ 1706 подразделяется по прочности на классы: S800, S1200, S1400. Арматуру классов S800 и S1200 изготавливают в виде стержней с периодическим профилем, класса S1400 – в виде проволоки с гладким или периодическим профилем. Пример обозначения арматуры: 16 S800 СТБ 1706-2006 Арматурная сталь диаметром 16мм класса S800, изготовленная по СТБ 1706-2006. Высокопрочную арматурную проволоку для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций изготавливается по ГОСТ 7348-81 «Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций. Технические условия». Проволока изготовляется холоднотянутой из углеродистой стали марок 65, 70, 80, 85 по ГОСТ 14959-79. Проволока подразделяется: по виду: круглая - В, периодического профиля - Вр; по состоянию изготовления: с отпуском, с отпуском под напряжением (стабилизированная) - Р; по точности изготовления на группы: 1, 2, 3. Стабилизированная проволока изготовляется только круглая. Проволока в зависимости от диаметра и величины условного предела текучести изготовляется классов прочности: 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000. Номинальный диаметр проволоки периодического профиля соответствует номинальному диаметру круглой проволоки до нанесения на ее поверхность профиля. Пример обозначения проволоки: Проволока 5В1400-Р1 ГОСТ 7348-81 Проволока диаметром 5 мм, класса прочности 1400, круглая, стабилизированная, группы точности 1. Проволока 3Вр1500-1 ГОСТ 7348-81. Проволока диаметром 3 мм, класса прочности 1500, периодического профиля, группы точности 1, с отпуском: Для армирования железобетонных изделий, как правило, сварных изделиях (сетках и каркасах) применяется гладкая проволока из низкоуглеродистой стали класса В500 по СТБ 1341-2002 «Арматура холоднодеформированная гладкая из низкоуглеродистой стали для железобетонных изделий. Технические условия». Пример обозначения проволоки: 5В500 СТБ 1341-2002 Проволока диаметром 5,0мм, класса В500 В таблицах представлено соответствие обозначения классов арматуры по различным ТНПА Таблица Ненапрягаемая арматура
Таблица Напрягаемая арматура
Для плоских элементов закладных изделий применяют прокат из углеродистой стали обыкновенного качества: сортовой и фасонный - по ГОСТ 535-2005; листовой - по ГОСТ 14637-89. Вместо проката из углеродистой стали по ГОСТ 535-2005 допускается применение фасонного и листового проката из углеродистой и низколегированной стали для строительных стальных конструкций по ГОСТ 27772-88. Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005, низколегированной стали по ГОСТ 19281-89.
Мостовые металлические конструкции. Из горячекатаной малоуглеродистой мартеновской стали (ГОСТ6713-53). Стали строительные легированные улучшенной свариваемости. 09Г2С, 15ХСНД, и др – для мостостроения ……………………………… Клепаные конструкции мостов – мартеновские Ст 3мост О высоких механических свойствах их дефектов, мелкозернистости. О термической обработке в последнее время строители стали, что ↑ τв на 20-30% и ↓ вес конструкции на20-30%. Строительство стали упрочняют. .
Дата добавления: 2014-01-13; Просмотров: 1935; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |