- •Горохов е.В., бакаев с.Н., алёхин а.М.
- •Тема 1. Введение. Структура курса
- •1.1. Цель и задачи изучения дисциплины. Структура курса.
- •1.2. Исторический очерк развития металлических конструкций в Украине
- •1.3. Преимущества и недостатки стальных конструкций, отрасли их применения
- •1.4. Основные требования, предъявляемые к стальным конструкциям
- •1.5. История развития науки о металлах.
- •1.6. Классификация металлов и сплавов.
- •Тема2. Производство черных и цветных металлов. Обработка металла давлением. Сортамент.
- •2.1. Основные понятия в металлургии.
- •2.2. Основные способы получения металлов из руд.
- •2.3. Топливо и огнеупорные материалы металлургического производства.
- •2.4. Производство чугуна.
- •2.4.1. Материалы для выплавки чугуна.
- •2.4.2. Подготовка исходных материалов к плавке.
- •2.4.3. Доменный процесс.
- •2.5. Производство стали.
- •2.5.1. Кислородно-конвертерный способ.
- •2.5.2. Выплавка стали в мартеновских печах.
- •2.5.3. Выплавка стали в электрических печах.
- •2.5.4. Разливка стали.
- •2.6. Производство цветных металлов.
- •2.6.1. Производство алюминия.
- •2.6.2. Производство меди.
- •2.6.3. Производство титана.
- •2.7. Общие сведения.
- •2.8. Прокатное производство.
- •2.9. Волочение.
- •2.10. Прессование.
- •2.11. Свободная ковка.
- •2.12. Горячая объемная штамповка.
- •2.13. Холодная объемная штамповка.
- •2.14. Листовая штамповка.
- •2.15. Сортамент изделий из алюминиевых сплавов.
- •Тема 3. Термическая и химико-термическая обработка стали
- •3.1. Превращения при нагреве стали.
- •3.2. Превращения в стали при охлаждении.
- •Характеристика структурных составляющих закаленной стали
- •3.3. Основные виды термической обработки стали.
- •3.4. Химико-термическая обработка сталей.
- •Тема 4. Углеродистые и легированные стали. Классификация, свойства, применение
- •4.1. Классификация сталей.
- •1. По структуре:
- •2. По способу производства:
- •3. По химическому составу.
- •4. По качеству.
- •5. По степени раскисления.
- •6. По назначению:
- •4.2. Конструкционные стали.
- •4.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества.
- •4.2.2. Углеродистые и легированные качественные стали.
- •4.2.3. Стали высококачественные и особо высококачественные.
- •4.2.4. Цементуемые углеродистые и легированные стали.
- •4.2.5. Улучшаемые углеродистые и легированные стали.
- •4.2.6. Высокопрочные легированные стали.
- •4.2.7. Рессорно-пружинные стали.
- •4.2.8. Шарикоподшипниковые стали.
- •4.2.9. Износостойкие стали.
- •4.3. Инструментальные стали.
- •4.4. Легированные стали специального назначения.
- •4.5. Стали, применяемые для конструкций зданий и сооружений.
- •Марки стали, заменяемые сталями по гост 27772-88
- •4.6. Определение марки стали экспресс-методом.
- •Определение химического состава стали экспресс-методом
- •Тема 5. Реальное строение металлов
- •5.1. Основные сведения о кристаллическом строении металлических тел.
- •5.2. Типы кристаллической решетки.
- •5.3. Особенности строения кристаллических тел.
- •5.4. Общая характеристика первичной кристализации.
- •5.5. Изменение кристаллической решетки при нагревании и остывании.
- •5.6.Изменения структуры в результате проката.
- •5.8. Дефекты кристаллического строения.
- •5.9. Изучение макро- и микроструктуры металлов и сплавов.
- •Тема 6. Черные и цветные металлы и сплавы, их свойства
- •6.1. Основные понятия о металлических сплавах.
- •6.2. Диаграмма состояния двойных сплавов.
- •6.2.1. Основная информация о диаграмме состояния.
- •6.2.2. Порядок построения диаграммы состояния.
- •6.3. Железоуглеродистые сплавы.
- •6.3.1. Компоненты и основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
- •6.3.2. Характеристика основных точек и линий диаграммы.
- •6.3.3. Структура сталей.
- •6.3.4. Чугуны. Структура чугунов.
- •6.4. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали.
- •6.5. Цветные металлы и их сплавы.
- •6.6. Алюминий и его свойства.
- •6.7. Сплавы на основе алюминия.
- •6.8. Области применения алюминиевых сплавов.
- •6.9. Маркировка алюминиевых сплавов.
- •6.10. Свойства металлов и сплавов.
- •6.11. Методы испытания механических свойств.
- •Тема 7. Общие сведения о коррозии металлов и способы защиты от нее
- •Тема 8. Работа стали и алюминиевых сплавов в конструкциях
- •8 Участок текучести Самоупрочнение.1. Работа стали на растяжение
- •8.2. Работа стали на сжатие
- •8 (Предел текучести) Количество измерений(частота).3. Нормативные и расчетные сопротивления
- •8.4. Работа стали в сложном напряженном состоянии
- •8.5. Старение металла
- •8.6. Влияние температуры
- •8.7. Ударная вязкость
- •8.8. Работа стали при повторных и переменных нагрузках. Наклеп. Усталость стали.
- •Список литературы
- •Содержание
- •Тема 1. Введение. Структура курса 3
- •Тема 2. Производство черных и цветных металлов. Обработка металла давлением. Сортамент. 25
- •Тема 3. Термическая и химико-термическая обработка стали 65
- •Тема 4. Углеродистые и легированные стали. Классификация, свойства, применение 77
- •Тема 5. Реальное строение металлов 93
- •Тема 6. Черные и цветные металлы и сплавы, их свойства 106
- •Тема 7. Общие сведения о коррозии металлов и способы защиты от нее 144
- •Тема 8. Работа стали и алюминиевых сплавов в конструкциях 152
- •«Металлические конструкции»
- •«Материалы для металлических строительных конструкций»
6.3. Железоуглеродистые сплавы.
6.3.1. Компоненты и основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
Компонентами в железоуглеродистых сплавах являются железо и углерод.
Железо – металл серебристо-серого цвета, обладающий очень высокой пластичностью. Температура плавления 1539 0С, плотность 7,85 г/см3. Его механические свойства:
– твердость по Бринеллю НВ 60…80;
– временное сопротивление при растяжении σв = 200…250 Н/мм2;
– относительное удлинение δ = 40…50%;
– ударная вязкость ак = 1600…2000 Дж/см2 (160…200 кгсм/см2).
Железо при изменении температуры может изменить тип кристаллической решетки (ОЦК→ ГЦК→ ОЦК).
Углерод – неметаллический элемент с температурой плавления 35000С. В природе встречается в виде трех модификаций: уголь, графит, алмаз. С железом он образует твердый раствор или химическое соединение.
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов представлена на рис. 3.4. Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не железоуглеродистой, а железоцементитной, потому что свободный углерод в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.
Диаграмма состояния Fe-C позволяет связать внутреннее строение железоуглеродистых сплавов с их химическим составом и условиями охлаждения. В разделах 6.3.3 и 6.3.4 содержится информация о возможной микроструктуре сплавов, а на рисунке 6.5 приведены соответствующие им кривые охлаждения.
Рис. 6.4. Диаграмма состояния железоуглеродистого сплава
Рис. 6.5. Кривые охлаждения различных составов железоуглеродистого сплава
К1 – при С < 0,02%; К2 – при 0,02% < С <0,8%; К3 – при С = 0,8%; К4 – при 0,8% < С < 2,14%; К5 – при 2,14% < С < 4,3%; К6 – при С = 4,3%; К7 – при 4,3% < С < 6,67%;
Основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов:
Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в -железе. Он мягкий (НВ 65…130), пластичный (δ=40%), сильно магнитен, хорошо проводит тепло и электричество, временное сопротивление σв=250…300 Н/мм2. Содержание углерода при комнатной температуре 0,002%, а при t = 727 0С – около 0,1%.
Под микроскопом феррит имеет вид светлых зерен различной величины и формы (рис. 6.6, а,б), по границам может располагаться небольшое количество третичного цементита.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Не магнитен, сравнительно мягкий (НВ 170…200). Растворимость углерода в аустените увеличивается с повышением температуры от 0,8% (при 727 0С) до 2,14% (при 1147 0С).
Перлит (П) – эвтектоидная (механическая) смесь феррита и цементита, образуется в результате распада аустенита при t = 727 0С. Содержание углерода С = 0,8%. Временное сопротивление σВ=820…900 Н/мм2; предел текучести σТ=400 Н/мм2; относительное удлинение δ=9…15%; твердость НВ 160. Перлит имеет пластинчатое или зернистое строение. Под микроскопом зерна перлита имеют серый цвет, при больших увеличениях зерна полосчатые (рис. 6.6, б,в,г).
Ледебурит (Л) – эвтектическая (механическая) смесь аустенита и цементита при температуре более 727 0С и феррита и вторичного цементита при температуре ниже 727 0С (рис. 3.7). Содержит 4,3% углерода. Обладает высокой твердостью (НВ 700) и хрупкостью, временное сопротивление σВ=1200 Н/мм2; предел текучести σТ=800 Н/мм2; относительное удлинение δ=0,25%.
Цементит (Ц) – химическое соединение, карбид железа (Fe3С), содержит 6,67% углерода. Имеет большую твердость (НВ 800) и хрупкость. Температура плавления около 1500 0С. Временное сопротивление σв=1450 Н/мм2; предел текучести σТ = 1400 Н/мм2; относительное удлинение δ<1%.
Различают три вида цементита. Первичный (ЦІ) образуется при твердении жидкости в сплавах с содержанием углерода более 2,14%, представляет собой крупные кристаллы (рис. 6.7, в). Вторичный (ЦІІ) образуется при разложении аустенита в сплавах с содержанием углерода более 0,8%, имеет форму пластинок (игл) или кристаллов средних размеров (рис. 6.6, г). Третичный (ЦІІІ) образуется из атомов углерода, выделившихся с понижением температуры из феррита, имеет форму небольших кристаллов (рис. 6.6, а).