Способы изменения свойств стали.

В процессах обработки металлов и сплавов их свойства не остаются постоянными, а изменяются и иногда весьма значительно. Эти изменения приводят к повышению или уменьшению твердости металла или к изменению других свойств. Намеренное изменение свойств металлов производится термической обработкой. Термической обработкой металлов и сплавов называют изменение их свойств путем нагревания, выдержки и охлаждения. Изменение внутреннего строения металлов приводит к изменению их механических свойств: твердости, прочности,, пластичности, вязкости. Не все металлы в одинаковой степени поддаются термической обработке. Некоторые из них почти не изменяют свои свойства при термической обработке, другие изменяют их очень мало, третьи — весьма значительно. Наиболее чувствительна к термической обработке сталь. Низкоуглеродистые стали, содержащие менее 0,3% углерода, слабо изменяют свои свойства, средне-углеродистые—уже заметно, а инструментальные — очень сильно. Широко применяют следующие виды термической обработки стали: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Отжигом называется процесс нагревания стального изделия до температуры 750 — 860° (критическая точка), а затем очень медленного его охлаждения в течение нескольких часов, часто вместе с нагревательной печью. При отжиге устраняются внутренние напряжения в металле, возникшие ранее от неравномерного остывания, и уменьшается твердость. Отжиг бывает необходимым и потому, что в процессах литья, прокатки и ковки охлаждение стальных изделий происходит неравномерно по толщине металла, они получаются у поверхности более твердыми и с трудом поддаются обработке резанием. Нормализация отличается от отжига только тем, что стальное изделие остывает на воздухе, причем значительно быстрее, чем при отжиге. Нагрев изделий производится до тех же температур, что и при отжиге. При нормализации сталь приобретает мелкозернистую и однородную структуру, но ее прочность и твердость получаются несколько выше, чем при отжиге. Нормализации подвергаются, например, малоуглеродистые мягкие стали (конструкционные). По сравнению с отжигом нормализация более экономичная операция, так как не требует охлажаждения печи. Закалкой называется процесс нагревания стальных изделий до температуры 750 - 790° (или несколько выше), выдержки при этой температуре, в течение которой происходит перестройка структуры металла, и быстрого охлаждения. При закалке резко возрастает твердость стали, ее прочность, но снижается вязкость. Многие ответственные детали машин, изготовляемые из стали, подвергают закалке, например коленчатые валы, шарикоподшипники и почти все инструменты. Температура нагрева стали для закалки зависит от ее химического состава. На рисунке приведен график изменения температур закалки (заштрихованная часть) для сталей с различным содержанием углерода.Нагревание изделий для закалки производят в камерных газовых или электрических печах или в соляных печах-ваннах. Электрические печи (муфельные), удобны тем, что нагрев в них производится' равномерно и металл не соприкасается с потоком газов, образующихся при сгорании топлива. Кроме того, в них легко регулировать температуру нагрева. Наиболее совершенными являются электрические печи-ванны, где в качестве материала, нагревающего детали, служат расплавленные соли (поваренная соль, хлористый калий, сода и другие), находящиеся в огнеупорном тигле. Детали в такой ванне очень быстро нагреваются, совершенно не соприкасаются с атмосферой и легко могут быть нагреты лишь частично. Отпуск. Для уменьшения хрупкости закаленную сталь подвергают отпуску. Отпуск заключается в повторном нагреве, но уже до более низких температур, чем при закалке, с последующим охлаждением. Различают низкий отпуск — нагрев до температуры 200 — 330°, средний— до 500° и высокий —до 700°. Наиболее часто применяют низкий отпуск. Низкий отпуск производят в масляных и соляных ваннах, а часто и на воздухе. В последнем случае температуру отпуска легко контролировать по появлению цветов побежалости. Так называется похожая на радугу гамма цветов, появляющаяся на зачищенной до блеска поверхности куска стали при нагревании. Каждому цвету соответствует своя температура. Более высокая температура соответствует и более глубокому отпуску. Нагретую до необходимой температуры отпуска деталь охлаждают в воде и тем самым прекращают отпуск на требуемой ступени. Цементация. Для повышения твердости поверхности деталей из малоуглеродистых сталей производят цементацию — науглероживание поверхностного слоя на глубину от нескольких десятых долей до 1—2 мм. Увеличение содержания углерода в стали, помимо повышения износоустойчивости деталей, позволяет производить их закалку. Газовую цементацию также производят при высокой температуре, но карбюризатором служит чаще всего метан, углерод которого входит в химическое соединение с железом. Газовая цементация протекает в два-три раза быстрее, легче поддается регулировке и намного производительнее цементации твердыми карбюризаторами. 4.Как работает сталь при однократном статическом нагружении? В курсе «Сопротивление материалов» проводилась лабораторная работа по изучению поведения круглого стального образца. В результате испытания строилась диаграмма σ—ε. Кстати, более достоверные показатели у плоских образцов, поскольку в круглых возникает объемное напряженное состояние, а металлические стержни, как правило, представляют собой набор плоских пластин. В диаграмме растяжения (рис. 2.1) для малоуглеродистой стали можно отметить три стадии работы: упругую, площадку текучести, самоупрочнеиия. Упругая стадия завершается падением напряжения (зуб текучести) и началом площадки текучести. Напряжение, соответствующее площадке текучести, называют пределом текучести (σт) и играет очень важную роль в теории расчета МК. Второй важный параметр — модуль упругости Е. На первой стадии действует линейный закон или закон Гука σ=Eε, где ε — относительная деформация. Таким образом, модуль упругости является физической характеристикой деформативности материала и имеет размерность напряжения. Для стали E=2,06*105МПа {2,1*106 кгс/см2). Длина упругой стадии (εу=σт/E) составляет 0,1...0,25%, в зависимости от прочности стали. При подходе к площадке текучести в диаграмме заметно отклонение от прямой. Это происходит при напряжении, которое носит название предела пропорциональности (σпц) и используется в некоторых расчетах. На второй стадии деформации растут при неизменных напряжениях, модуль становится равным нулю. Длина площадки текучести 0,2...2,5%, в зависимости от химического состава стали. В принципе она образуется при наличии углерода 0,1...0,3%. У высокопрочных сталей площадка текучести отсутствует. На третьей стадии (самоупрочнения), самой протяженной, наблюдается некоторый рост напряжений при значительном возрастании пластических деформаций. В наивысшей точке диаграммы начинает образовываться шейка, площадь сечения быстро уменьшается. Напряжение, соответствующее этому моменту, называется пределом прочности или временным сопротивлением (σв). . Далее условные напряжения, вычисленные по первоначальной площади сечения, -падают, хотя истинные напряжения резко возрастают. Полные остаточные деформации εо интегрально свидетельствуют о пластических свойствах стали. В разных строительных сталях εо=14...26%. О запасе пластичности косвенно свидетельствует отношение σв/σт. Для малоуглеродистых сталей оно 1,4...1,5, а для сталей высокой прочности падает до 1,15. Кроме εо применяется еще одна характеристика — относительное сужение поперечного сечения образца: ψ = (A0-Ap)/A0 где А0 — первоначальная площадь; Ар — остаточная площадь после разрушения. Чем больше ψ, тем пластичнее сталь. Характер диаграммы зависит и от температуры образца. При снижении температуры пластичность сковывается, а предел текучести и прочности возрастают (рис. 2.1, кривая г).

Основы расчета МК

Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям. Предельное состояние-такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям. При этом нормальная эксплуатация здания или сооружения становится невозможной. Нормальная эксплуатация-которая осуществляется без ограничений в соответствии с нормами и обеспечивается безопасное пребывание людей, штатная работа оборудования и сохранность ограждающих конструкций.

Предельные состояния: первая группа: все виды разрушений (вязкое(пластическое), хрупкое, усталостное), потеря устойчивости сжатых конструкций, чрезмерные пластические деформации, приводящие к качественному изменению конфигурации конструкций, неупругие сдвиги в соединениях. Расчет выполняется на расчетные значения нагрузок.

Вторая группа: сверхнормативные прогибы, амплитуды колебаний и отклонения от вертикали колонн. Расчет выполняется на нормативные значения нагрузок.

Цель расчета по предельным состояниям –не допустить ни одного из возможных предельных состояний при минимальном расходе материалов.

Соединения МК.

По принципу образования соединения делятся на три группы:

1. Механические: кованые, болтовые, заклепочные, самосверлящий самонарезающий винт(саморез), пороховые дюбели, вытяжные заклепки

2. Сварные: электродуговая сварка, полуавтоматическая сварка

3. Клеевые или клееболтовые

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: