Металлические материалы 2 (стр. 3 из 4)
Нормализация заключается в охлаждении стали от температуры 710-7230С на воздухе. Строительная сталь после нормализации обладает большей прочностью и ударной вязкостью, чем при медленном охлаждении. Это объясняется тем, что по границам зерен феррита не образуются сетки из хрупкого цементита.
Цементация заключается в насыщении поверхностного слоя стали углеродом и последующей закалке. Цементацию применяют для повышения твердости поверхности инструментов и деталей, к которым предъявляют высокие требования по ударной вязкости. Изделия из стали с содержанием углерода менее 0,25% нагревают до температуры 900-950оС в среде, содержащей углерод. Наиболее современный способ цементации – газовая цементация – предусматривает нагрев детали в смеси газа метана СН4 и окиси углерода СО. При нагреве из окиси углерода и метана выделяется углерод, который проникает в поверхностный слой детали на глубину 1-2см. Содержание углерода в поверхностных слоях стали достигает 0,8-1,2%, а основная часть деталей будет содержать углерод менее 0,25%. Закаляя затем деталь, в поверхностных слоях ее получают структуру закаленной стали, а внутренние слои со структурой мягкой стали закалки не принимают. Таким образом, деталь будет иметь поверхность с повышенной твердостью и в то же время за счет высокой пластичности основного металла хорошо воспринимать ударные нагрузки.
Азотирование - насыщение поверхностного слоя стали азотом и последующая закалка стали на температуру 400-630°С, благодаря чему повышается коррозионная стойкость стали.
Цианирование – насыщение поверхности стали раствором цианистых солей до температуры 950°С.
Нитроцементация - химико-термическая обработка, заключающаяся в одновременном насыщении поверхностных слоев стальных изделий углеродом и азотом в газовой среде. Н. совмещает процессы газовой цементации и азотирования.
Рис 5.5. Нитроцементация в различных средах.
Рис 5.6. Нитроцементация (процедура).
Старение проявляется в изменении ее свойств во времени без заметного изменения микроструктуры. Повышаются прочность, порога хладноломкости, снижается пластичность и ударная вязкость. Различают два вида старения – термическое и деформационное.
Первое протекает в результате изменения растворимости углерода и азота в зависимости от температуры.
Второе протекает после пластической деформации при температуре ниже порога рекристаллизации.
Определение марки стали
Основным испытанием при определении марки стали, класса арматуры для железобетона является испытание на растяжение до разрыва. Для этого используют цилиндрические и плоские образцы.
Длинные образцы l0=10d0 (d0=20 мм), l0=11,3 
(дают более точные данные о свойствах стали);
Короткие образцы l0=5d0 (d0=20 мм), l0=5,65
Перед испытанием цилиндрические образцы измеряют штангенциркулем или микрометром с точностью до 0,5 мм: d0 – в двух взаимно перпендикулярных направлениях в трех местах по длине рабочей части; ширину и толщину плоских образцов – в середине и по краям расчетной длины. Вычисляют площадь S0 с точностью до 0,5 %. Испытание производят на разрывной машине .
В результате испытания получают диаграмму растяжения стали (Рис.5.7)
 | Рис. 8.13 Диаграмма растяжения стали: 1-низкоуглеродистая; 2-среднеуглеродистая. |
По диаграмме определяют основные механические показатели:
– предел пропорциональности – это наибольшее напряжение при котором образец деформируется пропорционально возрастанию нагрузки. Участок 0-А на диаграмме – это зона упругой работы стали. Предел пропорциональности, МПа, определяют по формуле:
где Рр – нагрузка при пределе пропорциональности, Н;
S0 –первоначальная площадь поперечного сечения, мм2.
- предел упругости – напряжение, при котором остаточная деформация не превышает 0,05 %.
– предел текучести - это наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без видимого увеличения нагрузки. Участок А-В диаграммы называют площадкой текучести. Предел текучести, МПа, вычисляют по формуле:
где РS – нагрузка при пределе текучести, Н.
– предел прочности при растяжении – это напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца. При достижении предела текучести стрелка прибора останавливается, а затем начинает двигаться вверх, металл снова работает как упругий материал. Участок 3-4 диаграммы соответствует упругой работе металла. Точка С соответствует максимальной нагрузке, точка D – разрыву образца. Предел прочности при растяжении, МПа, определяют по формуле:
где Рb – наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву образца, Н.
– относительное удлинение – это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальной длине. Для его определения обе части образца прикладывают друг к другу и измеряют длину после разрыва. Относительное удлинение, %, вычисляют по формуле:
,где l1 – длина образца после разрыва, мм;
l0 – расчетная длина образца, мм.
По результатам испытания стали на растяжение устанавливают марку в соответствии с ГОСТами. Марку арматуры устанавливают по пределу текучести.
Твердостью называют способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Твердость стали по методу Бринелля определяют путем вдавливания в образец стального шарика под определенной нагрузкой. Испытания проводят на приборе гидравлического типа ТШ (рис.8.14) с наконечником, заканчивающимся стальным шариком диаметром 5 или 10 мм.
Для шарика D=10 мм нагрузка составляет 30 кН, время выдержки 30 с. Диаметр отпечатка, полученного на образце, измеряют при помощи измерительного микроскопа с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее арифметическое.
Между твердостью и прочностью стали существует определенная зависимость:
,где σb - предел прочности на растяжение, МПа;
Метод Бринелля используют для испытания стали твердости НВ до 400. Для более твердых сталей применяют метод Роквелла HR (по вдавливанию алмазного конуса), метод Виккерса HV (по вдавливанию алмазной пирамиды).
Пределом выносливости называется сопротивление металлов циклическому нагружению до максимального напряжения без разрушения.
5.3. Изучение сортамента металлов.
Прокаткой называют процесс обработки металла между вращающимися валками прокатного стана. При производстве прокатных изделий заготовка, проходящая через ряд специальных установок, приобретает заданную форму.
Различают несколько видов прокатных изделий:
- сортовой прокат (простой и фасонный);
- листовой прокат (толстолистовой – толщиной > 4мм, тонколистовой – толщиной < 4мм);
- проволочный прокат;
- трубчатый прокат;
- специальные виды проката.
Номенклатура выпускаемых профилей проката с указанием формы, размеров, массы и других параметров называется сортаментом (рис.5.8.).
Для получения прокатных изделий исходным материалом служат слитки или литые заготовки, поступающие с установок непрерывной разливки. Слитки предварительно обжимают и придают им необходимую форму. Слитки квадратного профиля называют блюмами и обжимают на блюмингах; слитки прямоугольного профиля называют слябами и обжимают на слябингах. Блюмы используют для получения сортового проката, слябы - для получения листа. При изготовлении проката используют соответственно проволочные, листопрокатные, трубопрокатные станы. Прокатку производят, чаще всего, в горячем состоянии. Холодную прокатку используют для получения листов и лент. Наиболее экономичны фасонные гнутые профили, получаемые на непрерывных профилегибочных станах, позволяющих получить тонкостенные, легкие, сложной конфигурации изделия (рис.8.16.).
Сортовой прокат для строительства изготавливают из стали углеродистой обыкновенного качества, качественной конструкционной стали, низколегированных строительных сталей.
Сортовой прокат для строительства изготавливают из стали углеродистой
Углеродистую сталь обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств делят на три группы:
А – стали этой группы поставляют с гарантируемыми механическими свойствами: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 и т.д.