Металлы и сплавы, их классификация и структура

Цель работы: изучить классификацию металлов и сплавов, структуры металлов и сварных швов.

Теоретическая часть (заполнить пробелы)

Рисунок 1.1 – Диаграмма состояния железо-углерод Fe–C (железо-цементит Fe–Fe₃C)

Стали

В зависимости от содержания углерода железоуглеродистые сплавы делят на техническое железо, стали и чугуны.

Сталь по ЕН 10020:2000 –Материал (сплав железа с углеродом), в котором массовая доля железа больше, чем массовая доля какого-либо другого элемента, а массовая доля углерода составляет______________ менее 2 %  и в состав которого входят ___________________ также и другие химические элементы.

Сталь для сварных строительных конструкций содержит эквивалентное содержание углерода до ____%.

Стали подразделяются:

 а) по химическому составу: ______________________________________________

 б) по способу производства:                                                                                                                                                                                                                               

в) по назначению:                                                                                                                                                                                                                                                

г) по качеству:                                                                                                                                                                                                                                                                 

д) по виду выплавки или степени раскисления:                                                                                                                                                                                               

Углеродистые стали

Свойства углеродистых сталей определяются                                                                                                                                                                                                            

На свойства стали существенно влияет степень раскисления. При одинаковом содержании углерода кипящие, полуспокойные и спокойные стали имеют близкие величины прочностных свойств и различаются значениями характеристик пластичности. Содержание кремния в спокойной стали составляет 0,15…0,35, в полуспокойной 0,05…0,15, в кипящей до 0,05 %.

Для раскисления кипящей стали не применяют                                                                             , ее раскисляют:                                                                                

Кипящая сталь имеет резко выраженную химическую неоднородность (ликвацию) в слитке. Ее основным преимуществом является высокий_________ (более 95 %) выход годного металла. Из-за повышенной концентрации кислорода кипящие стали имеют сравнительно высокий порог хладноломкости и их не рекомендуют применять для изделий северного исполнения.

 Кипящая сталь (кп) в процессе разливки                              , что служит признаком процесса раскисления. Спокойная сталь (сп) при разливке                                                                               , так как в нее введены                                                                    .

  Она однородна по химическому составу. Спокойная сталь раскисляется                                                                                                     . Выход годных слитков спокойной стали около_________________ 85 %, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.

Полуспокойная сталь (пс) занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей. У полуспокойной стали, раскисляемой, выход годного продукта составляет ________90—95 %. Она содержит такое количество раскислителей, при котором газов выделяется меньше, чем при затвердевании кипящей стали, и поэтому имеет меньшую химическую неоднородность. Степень раскисления стали отражается в ее маркировке, например                     .

  До 2005     года заводы-изготовители РФ, Казахстана, РБ  осуществляли большие объёмы стали обыкновенного качества по ГОСТ 380 с гарантируемыми показателями по трем группам: группа А гарантирует:                                                                 и по нормируемым показателям делится на три категории, которые обозначаются цифрой в конце марки. Первая категория, а также буква А в написании группы не указываются. Пример маркировки: Ст3кп2, Ст4пс3 и т. д. Группа Б гарантирует                                                                                     и имеет две категории. Группа В гарантирует                                                                                                                                                   и имеет шесть категорий.

Качественные углеродистые стали

Качественные углеродистые стали выпускают по ГОСТ 1050. Отличаются от сталей по UHCN 380 значительно меньшими отклонениями по % содержанию химических элементов для выполения различных видов термообработок. В марках этих сталей не указывается слово «Сталь», а только цифры 05, 08,10,20 и т.д. до 85 (через 5). Большинство качественных сталей как правило раскисляются. 

Цифры в марке качественных углеродистых и легированных сталей означают:                                                                                                                                               

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.

Легированные стали

Для их получения при плавке или разливке вводятся специальные (легирующие) элементы, изменяющие её свойства (таблица 1.7), также в них могут иметься более 1% Si, или Mn. Легирующие элементы включаются  в обозначения марок сталей.

Число в начале марки конструкционной стали указывает содержание углерода в сотых долях процента, а цифры после соответствующих букв – среднее содержание этого химического элемента в %. Если после буквенного обозначения нет цифры, то доля данного элемента в стали составляет до 1 %.

Таблица 1.1 – Влияние химических элементов на свойства сталей

Характеристики	Влияние химических элементов
	С	Cr	Ni	Mn	Mg	Si	W	V	Cu	S	P
Прочность на разрыв, σu Предел текучести, σy Относительное удлинение, δ Твердость Ударная вязкость, αн Усталостная прочность Свариваемость Коррозионная стойкость
заполнить таблицу по степени влияния: «+» повышает; «++» значительно повышает; «–» снижает; «0» не влияет

Строительные стали

Для металлопроката применяемого в стальных строительных конструкциях применяют 4 технологии: ГП(горячая прокатка), НП (нормализация), ТУ(термическое улучшение), КП (контролируемая прокатка). При производстве стальной ненапрягаемой и напрягаемой арматуры для железобетонных конструкций используют технологий классифицированные р ГОСТ Р 52544-2006 и межгосударственным ГОСТ 34028-2016. Это горячая прокатка без контролируемого охлаждения в потоке прокатного стана, горячая прокатка периодического профиля с контролируемым охлаждением в потоке прокатного стана, специальный отпуск при температуре, соответствующей температуре электронагрева при натяжении арматуры в конструкциях. Допускается вышеуказанными стандартами для изготовления арматуры использовать другие способы производства в соответствии с требованиями технологической документации, утвержденной в установленном порядке. К ним можно отнести термомеханическую обработку искусственное старение и т. д. Режим искусственного старения: нагрев испытуемого образца до температуры (100±10) °С, выдержка при данной температуре не менее 60 мин, охлаждение на спокойном воздухе при температуре 20 - 15 °С.

Для производства метизов (Болтов с контролируемым натяжением, обычных болтов, саморезов, распорных и стержней химических анкеров) закалку и отпуск.

 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 s_y), подразделяют на условные классы строительных сталей.

 

 

Таблица 1.2 – Соответствие классам сталей по ГОСТ 27772 марок

Наименование стали	Марки по действующим стандартам		Наименование стали	Марки по действующим стандартам
	Марка стали	Обозначение стандарта		Марка стали	Обозначение стандарта
С235	Ст3кп2	ГОСТ 380 ГОСТ 535	С375	12Г2С	–
С245	Ст3пс5, Ст3сп5	ГОСТ 380 ГОСТ535	С375Д	12Г2СД	–
С255	Ст3Гпс, Ст3Гсп	ГОСТ 380	С390	14Г2АФ	ГОСТ 19281
С275	Ст3пс	ГОСТ 380	С390Д	14Г2АФД	ГОСТ 19281
С285	Ст3сп, Ст3Гпс Ст3Гсп	ГОСТ 380	С390К	14Г2АФДпс	ГОСТ 19281
С345	12Г2С 09Г2С	– ГОСТ 19281	С440	16Г2АФ	ГОСТ 19281
С345Д	12Г2СД 09Г2СД	– –	С440Д	16Г2АФД	ГОСТ 19281
С345К	10ХНДП	ГОСТ 19281	С590	12Г2СМФ	–
			С590К	12ГН2МФАЮ	–

* – буквенные обозначения в классах: С – сталь строительная; К и Д – варианты химического состава.

Прокат из европейски- строительных сталей применяемый согласно  EN 1993-1-1-2009 поставляется с большим числом показателей учитывающих структуру, виды термообработок, особенности видов проката/ Расшифруйте следующие обозначения-

 S 275 N/NL EN 10025-3:2004 _________________.

S 235 W EN 10025-5:2004______________________

S 460 Q/QL/QL1 EN 10025-6:2004________________.

Стали толщиной менее 3 мм и для профнастилов

  

Чугуны

Чугун – это сплав железа с углеродом и другими элементами, где углерода от ___ до ____%. Чугуны, в которых весь углерод либо его значительная часть находятся в свободном состоянии в виде графита, называются                                                                           .

По структуре серые чугуны отличаются от стали только тем, что в них имеются                                                                                     , предопределяющие специфические свойства чугунов.

Графит в чугунах может быть в четырех основных формах:   

– в виде лепестков, пластинок:                                                                                  

– в виде червеобразных прожилок:                                                                           

– в виде округлых включений:                                                                                  

– в виде равноосных компактных, но не округлых форм:                                     

Чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии называют
                             . Эти чугуны, в зависимости от содержания углерода и структуры, классифицируют на                                                              (массовая доля углерода в них может быть в интервале                         %),                                (массовая доля углерода равна                   %) и                                           (массовая доля углерода        %). Они практически не поддаются обработке резанием и используются для последующей переплавки в сталь или ковкий чугун.

Алюминиевые сплавы

Сплавы алюминиевые – сплавы на основе алюминия с добавле­нием меди, магния, цинка, кремния, лития, кадмия, марганца и других хи­мических элементов. Достоинства алюминиевых сплавов: _______________________________________________________________

_______________________________________________________________________________.

Недостатки: _____________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________.

По способу производства полуфабрикатов алюминиевые сплавы подразделяют на ______________________ и _________________________. В строительстве в основном применяют деформируемые сплавы, полуфабрикаты из которых получают способом деформации в горячем и холодном состоянии:

– прессованием (профили, прутки, трубы, панели);

– прокаткой (листы, ленты);

– волочением (тонкостенные трубы);

– ковкой и штамповкой (фасонные детали).

Литейные сплавы вследствие их низкой пластичности применяются чрезвычайно редко. Широкое применение в качестве конструкционных материалов имеют сплавы на основе алюминия. Полуфабрикаты из них для строительства делят на листовые (толщиной 0,3…4 мм), и профильные, которые выполняют любой формы в пределах соответствующих ГОСТов и ТУ прокаткой, экструзией. Основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются:                                     

По составу легирующих компонентов алюминиевые сплавы подразделяют на группы:

1-я группа. Технически чистым алюминием называют алюминий, общее содержание примесей в котором не пре­вышает ________%. По коррозионной стойкости и высокой пластичности технически чистый алюминий близок к хи­мически чистому. Установлены следующие марки техни­чески чистого алюминия: АДО, АД1 и АД с содержани­ем примесей соответственно до 0,5, 0,7 и 1,2%.

2-я группа. Сплавы системы Аl-Мn. Характерным представителем этой группы является сплав АМц, содер­жащий 1 —1,6 % марганца. Этот сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошо сваривается, легко по­лируется, однако прочность его невелика.

3-я группа. Сплавы системы А1-Мg, называемые __________________________, обозначаются буквами АМг с добавлением цифры, указывающей примерное содержание магния в процентах (АМг2, АМгЗ и т. д.). Эти сплавы содержат также небольшое количество марганца (0,2—0,8%). Сплавы этой группы обладают высокой стойкостью про­тив коррозии, хорошо свариваются. С увеличением содер­жания магния прочностные показатели повышаются; однако при содержании магния более 3,5 % пластичность и коррозионная стойкость сплавов заметно снижаются. Для улучшения свойств в качестве добавок используют титан (0,02—0,1%), бериллий (0,002—0,005%) и хром (0,05-0,35%).

4-я группа. Сплавы системы Аl-Мg-Si, легирован­ные кремнием (0,3—1,2%) и магнием (0,4—1,4%), на­зываются______________________. Обозначаются они буквами АД с добавлением порядкового номера (АД31, АДЗЗ, АД35 и т. д.). Сплавы этой группы пластичны, хорошо сварива­ются, обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошо полируются и легко анодируются. К этой же группе относится сплав, дополнительно содержащий до 0,5 % меди. Этот сплав, широко применявшийся ранее в авиастроении и названный поэтому авиалем, обознача­ется буквами АВ.

5-я группа. Сплавы системы Аl-Cu-Mg называются _____________________. Они обозначаются буквой Д с добавле­нием порядкового номера (Д1, Д6, Д16, Д18 и т. д.). Наличие в сплавах этой группы ме­ди в количестве 3,8—4,9 %, способствующей увеличению твердости и прочности его после термической обработки, отрицательно сказывается на его пластичности и корро­зионной стойкости. Дуралюмин был первым из сплавов, обладающих высокой прочностью.

6-я группа. Сплавы системы Аl-Мg-Zn стали при­меняться сравнительно недавно (с начала 50-х гг.). От­личительной особенностью сплавов, содержащих 3-7 % цинка и около 2% магния, является их способность к са­моупрочнению после прессования полуфабрикатов в го­рячем виде. Небольшими добавлениями циркония, меди и хрома можно получать более высокопрочные из всех известных алюминиевых сплавов. Поэтому в обозначе­нии сплавов этой группы перед порядковым номером ставится буква В (В94, В95 и т. д.).