В настоящее время существенное внимание уделяется не только объемам производства металлов, но и его качеству, то есть производству сталей и сплавов с определенными свойствами.
Совершенствование технологии основывается на внедрении выплавки стали в кислородных конвертерах, электропечах, внедрении вакуумного, электрошлакового, плазменного, электролучевого переплавов, непрерывной разливки, обработки жидкой стали синтетическими шлаками, инертными газами, а также на других прогрессивных способах производства и улучшения качества металла. Основным агрегатом для производства сталей вместо мартеновских печей становится конвертер вместимостью З00...400 т с продувкой чугуна кислородом, а для легированных сталей - дуговая электропечь. Процесс вертикальной разливки стали должен быть заменен горизонтальной, что позволит соединить разливку с операцией прокатки (непрерывный процесс).
Совершенствуя изготовление стальных строительных конструкций, металлы и сплавы остаются важнейшими строительными материалами. В целях экономии металла увеличено производство сталей повышенной и высокой прочности, эффективных профилей проката.
Приступая к изучению этого раздела программы, необходимо рассмотреть две основные части: 1) основы металловедения и термической обработки; 2) обработка металлов давлением.
В первой части студент узнает, что свойства металлов и сплавов обусловлены не только химическим составом, но и их строением.
В процессе изучения учебника студент должен обратить внимание, что для изображения изменения свойств металлов и сплавов под действием различных причин широко применяется графический метод (путем построения диаграмм состояния). Наиболее важной является диаграмма состояния сплавов железа с углеродом. Эта диаграмма применяется при изучении термической обработки, литейного производства, обработки металлов давлением, сварки и огневой резки металлов.
Основная задача термической обработки - тепловое воздействие на металлы и сплавы с целью изменения их внутреннего строения и свойства.
С помощью диаграммы состояния железо углерод можно назначить температуры нагрева стали в зависимости от содержания углерода и вида термической обработки. Знание термической обработки и закономерностей, лежащих в ее основе, позволяет выбирать необходимый режим обработки стали для достижения требуемых свойств с учетом строения и свойств перлита, сорбита, троостита, мартенсита, изотермического превращения аустенита и других структурных составляющих сталей.
Необходимо изучить сущность химико-термической обработки стали, в частности цементации, азотирования, цианирования, диффузионной металлизации, а также влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали и систему обозначения марок легированных сталей.
Студенту следует усвоить не только черные, но и цветные металлы и сплавы, в том числе хорошо разобраться в диаграммах состояния сплавов меди с цинком и оловом, сплавов алюминия.
Важно усвоить различие между свойствами сплавов меди и алюминия и их компонентами, разобраться в классификации и маркировке цветных сплавов.
На заключительном этапе этого раздела курса изучаются общие Сведения по обработке металлов давлением. Необходимо при этом обратить внимание на влияние химического состава, температуры, скорости и степени деформации на пластичность металлов и сплавов, особенно влияние Схемы напряженного состояния (главные напряжения и главные деформации) при прокатке, прессовании, волочении, ковке и штамповке. На этой стадии изучения раздела металлов и сплавов важно ознакомиться с сортаментом прокатных изделий, тонкостенными фасонными профилями для строительной промышленности и др.
Литература: [5].
Вопросы для самопроверки
1 Начертите кривые охлаждения чистых металлов, аморфных тел и сплавов; 2 Какие имеются основные типы элементарных кристаллических решеток? 3 Какие модификации имеет железо? 4 Начертите диаграммы состояния сплавов железа с углеродом. Покажите на этих диаграммах линии ликвидуса и солидуса. Объясните линии вторичной кристаллизации; 5 Каково содержание углерода в перлите, ледебурите, цементите и аустените (входящем в состав ледебурита)? 6 Как классифицируются стали и чугуны? 7 Как классифицируются и маркируются стали? 8 Дайте определение термической обработке стали и перечислите ее виды; 9 Назовите марки качественных углеродистых сталей, применяемых в строительной технике; 10 В чем заключается химико-термическая обработка стали? 11 Назовите состав низколегированной строительной стали; 12 Влияние легирующих элементов на положение критических точек; 13 Какие легирующие элемент образуют с углеродом карбиды, и в чем состоят особенность стали карбидного класса? 14 Назовите марки алюминиевых сплавов, применяемых в строительстве; 15 Диаграммы состояния сплавов меди, а также алюминия; 16 Назовите основные способы обработки металлов давлением; 17 В чем заключается различие между холодной и горячей обработкой металлов давлением? 18 В чем состоит сущность наклепа металла и как влияет наклеп на структуру и механические свойства металла? 19 Характер влияния химического состава и структуры на пластичность металла и скорость деформации;
20 Укажите Сортамент прокатных изделий; 21 Какие существуют новейшие способы производства стали, и какое влияние они оказывают на свойства этого металла.
8 Контрольные задания 3
Это контрольное задание выполняется в отдельной тетради, тогда как два задания, указанных выше, при желании студента могут выполняться в одной тетради и направляться в институт на рецензирование одновременно. Каждое выполненное задание, в том числе и третье, подписывается студентом, и указывается дата их выполнения. Порядок выбора варианта тот же (см. с. 8).
Вариант 1
1 Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа; опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 0С для сплава с содержанием углерода 0,6 %;
2. Какой вид испытаний, позволяет выявить склонность стали к хрупкому разрушению? Опишите метод испытания;
3 Закалка стали и ее назначение. Выбор температуры, продолжительности наг рева, скорости охлаждения. Влияние закалки на структуру и механические свойства стали;
4 Классификация по назначению и маркировка качественных углеродистых сталей.
Вариант 2
1 Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа; опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 0С, для сплава с содержанием углерода 0,8 %;
2 Что такое твердость металла? Изложите методы определения твердости металла по Бринеллю, Роквеллу;
3 Отпуск стали. Виды и назначение отпуска стали. Влияние различных видов от пуска закаленной стали на механические свойства;
4 Углеродистые стали обыкновенного качества, их классификация по группам и маркировка. Применение этих сталей в строительстве. Арматурная сталь;
Вариант З
1 Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа; опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 0С для сплава с содержанием углерода 1,3 %;
2 Дайте определение основных механических свойств металлов (прочности, вязкость, пластичности, износостойкости);
3 Нормализация стали и ее назначение;
4 Чугуны, их классификация, структура, свойства, маркировка и назначение. Применение чугунов в строительстве;
Вариант 4
1 Вычертите диаграмму состояния железо — карбид железа; опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 0С для сплава с содержанием углерода в количестве 5 %;
2 Что такое наклеп (нагартовка)? Как изменяются механические и физические свойства металла при наклепе? Приведите примеры, когда нагартовка металла является частью технологического процесса;
3 Как влияет перегрев стали на ее свойства? Какой вид термической обработки применяют для устранения перегрева стали?
4 Для деталей арматуры выбрана бронза Бр.ОЦС6-6-3: а) расшифруйте состав; б) объясните назначение легирующих элементов; в) приведите механические свойства сплава.
Вариант 5
1 Вычертите диаграмму состояния железо - карбид железа; опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 0С для сплава с содержанием углерода в количестве 1,2 %;
2 Основные технологические свойства металлов. Опишите следующие виды технологических проб: 1) проба на загиб в холодном и нагретом состоянии; 2) испытание труб на сплющивание и раздачу; 3) испытание листов и ленты на вытяжку сферической лунки;
3 Как можно исправить крупнозернистую структуру кованой углеродистой стали35?
Дайте обоснование выбранного режима термbческой обработки.
4 В качестве материала для вкладышей подшипников скольжения выбран сплав Б 83: а) расшифруйте состав и определите, к какой группе (по назначению) относится данный сплав; б) укажите основные требования, предъявляемые к этому сплаву.
Вариант 6
1 Вычертите диаграмму состояния жёлезо - карбид железа; опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0 0С для сплава с содержанием углерода 1,7 %;
2 Опишите явление полиморфизма применительно к железу. Покажите строение и основные характеристики кристаллической решетки для различных модификаций железа;
3 Что называется улучшением стали? Почему этот вид термической обработки широко применяется для высоконагруженных ответственных деталей? Опишите структуру и свойства стали после улучшения;