- •Н.В. Храмцов Основы материаловедения
- •Введение
- •Общие понятия о материалах
- •Исходные понятия
- •1.2. Классификация материалов
- •1. 3. Качество материалов
- •2. Свойства материалов
- •2.1. Химический состав. Макро и микроструктура металлов
- •2.2. Физические свойства материалов
- •Значения плотности некоторых материалов*
- •Взаимосвязь плотности с другими показателями
- •Где ф и o - прочность пористого (фактического) и беспористого материала;
- •Следовательно, более пористые материалы имеют более низкую прочность (рис. 2.2) по сравнению с материалами, имеющими меньше пор. Температурные характеристики
- •Т аблица 2.4 Некоторые температурные характеристики материалов
- •Коэффициенты теплопроводности материалов
- •Теплота плавления
- •Коэффициенты теплоемкости материалов
- •Коэффициенты линейного расширения материалов
- •Характеристики взаимодействия материалов с жидкостями и газами
- •Коэффициенты водопоглащения материалов
- •Электромагнитные свойства
- •Магнитные свойства материалов
- •2.3. Механические характеристики материалов
- •У сталостные испытания
- •2.4. Технологические свойства
- •Потребительские показатели качества материалов
- •Влияние воздуха и воды на свойства материалов
- •Влажность воздуха
- •Точка росы
- •2.7. Экологическая безопасность строительных материалов
- •Средние затраты энергии на производство единицы продукции
- •3. Металлы и сплавы
- •3.1. Кристаллическая структура металлов
- •3.2. Чугуны и стали
- •Сравнительные показатели чугунов и сталей
- •3.3. Углеродистые и легированные стали
- •Легированные стали
- •Арматурные стали
- •3.4. Жаростойкие и тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.5. Термообработка сталей
- •Закалка сталей
- •3.6. Общие свойства цветных металлов и сплавов
- •Свойства цветных металлов
- •3.7. Алюминиевые сплавы
- •3.8. Медные сплавы
- •3.9. Свинец, олово, серебро и цинк
- •3.10. Титан и его сплавы
- •4. Каменные строительные материалы
- •4.1. Природные каменные материалы
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы
- •Определение марки цемента в результате испытаний
- •4.3. Искусственные каменные материалы
- •Классификация бетонов
- •Классификация керамики
- •Основные различия между силикатными и керамическими кирпичами
- •4.3. Современные стеновые строительные материалы
- •5. Органические материалы
- •5.1. Лесоматериалы
- •Защита древесины от гниения и возгорания
- •5.2. Строительные изделия из древесины
- •Изделия из древесины
- •5.3. Использования древесных отходов
- •5.4. Органические вяжущие
- •5.5. Современные технологии деревянного домостроения
- •Клееные брусья
- •Термодревесина
- •6. Порошковые и композиционные материалы
- •6.1. Классификация порошковых материалов
- •Классификация порошковых материалов
- •Конструкционные металлические порошковые материалы по назначению могут быть:
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей
- •6.3. Композиционные материалы
- •Примерами композиционных материалов являются:
- •7. Полимерные и пластические материалы
- •7.1. Общие свойства
- •Классификация полимерных материалов
- •Достоинства пластмасс:
- •Недостатки пластмасс:
- •7.2. Термопластичные полимеры
- •Группы полимерных материалов
- •Классификация наполнителей полимерных материалов
- •7.3. Изготовление и ремонт деталей
- •Сварка полимерных материалов
- •Способы сварки пластмасс
- •Клеевые составы на основе эпоксидных смол
- •7.5. Резиновые материалы
- •8. Основы получения сырья, обработки материалов, изготовления деталей и сборки конструкций
- •8.1. Добыча сырья
- •8.2. Изготовление материалов
- •Поризация строительных материалов
- •8.3. Обработка камня
- •8.4. Обработка древесины
- •8.5. Литье и прокатка металлов
- •Технология изготовления бесшовных труб
- •8.6. Резка металлов
- •Причины затрудненной резки некоторых сплавов
- •8.7. Антикоррозионная защита металлов и сплавов
- •8.8. Механическая обработка металлов
- •8.9. Сборка деталей
- •9. Сварка металлов
- •9.1. Классификация способов сварки
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.3. Основы электродуговой сварки и наплавки
- •9.4. Ручная электродуговая сварка и наплавка
- •9. 5. Особенности сварки чугуна и алюминия
- •9.7. Газовая сварка и наплавка
- •9.8. Оценка качества сварки
- •Методы контроля с разрушением сварного соединения
- •10. Перспективные технологии
- •10.1. Нанотехнологии
- •Размерные приставки для единиц измерения
- •Фуллерены
- •Нанотрубки
- •Шунгиты
- •Шунгит имеет следующие замечательные свойства:
- •Нанобетоны и наноасфальты
- •Полимерцементогрунт
- •Области применения наноматериалов
- •Научные перспективы
- •10.2. Фаббер-технологии в производстве деталей и строительных конструкций
- •10.3. Лазерные технологии
- •Характеристики резки материалов лазером мощностью 1,5 кВт
- •Литература
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы -82
- •5. Органические материалы -102
- •6. Порошковые и композиционные материалы - 111
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей -115
- •7. Полимерные и пластические материалы -120
- •9. Сварка металлов - 163
- •Механические свойства арматурной стали по классам
8.5. Литье и прокатка металлов
Высокими литейными свойствами обладают чугун и цветные сплавы, поэтому значительная часть деталей из этих материалов изготовляется литьем. Из-за относительно низких литейных свойств сталей они перерабатываются и используются для изготовления деталей и строительных конструкций, в основном, методами прокатки.
Рис. 8.3. Разливка металла сверху и снизу
Из конвертора или мартена сталь выпускают в сталеразливочный ковш (5…250 т). В основном применяются два традиционных способа разливки (рис. 8.3.): в изложницы (чугунные формы) — сверху и сифонная — снизу. Сверху — для крупных слитков, снизу — для мелких слитков и изготовления некоторых деталей.
Очень эффективна непрерывная разливка стали (рис. 8.4). Расплавленная сталь через регулируемый стакан непрерывно поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор. Дальнейшее охлаждение проводится струями воды. После этого выполняется прокатка слитка валками. С помощью кислородного резака отрезается необходимой длины слиток. Слитки изготовляются прямоугольного (150500, 300200 и др.), квадратного (150150, 400400 и др.) или круглого (диаметром 200...300 мм) сечения. В слитках непрерывной разливки нет усадочных раковин и создается более однородная структура металла.
Рис. 8.4. Схема
непрерывной разливки стали
До 90 % сталей и до 50 % цветных металлов используются в виде проката, штампованных и кузнечных заготовок (рис. 8.5). Достоинством процесса прокатки является высокая экономичность:
мало потерь металла, т. к. происходит перераспределение металла по объему, а при обработке резанием много металла идет в стружку;
процесс высокопроизводительный;
прокат эффективно использовать для изготовления сварных и клепаных конструкций и конструктивно сложных и громоздких деталей.
Деформация металла может быть холодной и горячей. В последнем случае снижаются усилия деформации, но обезуглероживается поверхностный слой и образуется окалина.
На прокатных станах используются
различные (рис. 8.5) виды калибров.
Калибровка валков — это разработка
схемы прокатки и такое последовательное
размещение калибров по прокатному
стану, при котором металл проходит через
большое количество калибров, в каждом
п
его деформация, а в результате последовательного воздействия на металл обеспечивается получение заданного профиля проката (рис.8.7).
Рис. 8.5. Виды обработки металлов давлением
Волочение металла — это процесс протягивания проволоки, прутка или трубы через очко специнструмента (волоку). В итоге получаются высокоточные размеры, чистая и гладкая поверхность. Перед волочением металл очищают от окалины, промывают, наносят подсмазочный слой (омеднение, фосфатирование и т. д.), сушат и наносят слой смазки (графит, эмульсии, минеральные масла).
Рис. 8.6. Схемы калибров
П рессование металла используется чаще всего для цветных сплавов: можно получить прутки диаметром 5…200 мм, трубы до 800 мм диаметром с толщиной стенок 1,5…8 мм, и изготовить, самое главное, различные сложные по конфигурации строительные фасонные профили. Нагретый металл из контейнера выдавливается через очко матрицы. При прессовании труб заготовка прошивается стальной иглой, конец которой проходит через очко; металл выпрессовывается между иглой и очком.
Ковка и штамповка — промежуточные операции для изготовления заготовок деталей на пневматических, гидравлических или механических прессах. Механические свойства кованных и штампованных изделий выше, чем у полученных механической обработкой, т. к. в этом случае волокна перераспределяются в соответствии с формой деталей.
Штамповка может быть горячая и холодная. Объемная штамповка проводится в штампах, где течение металла ограничено поверхностями штампа. По сравнению со свободной кузнечной ковкой объемная штамповка в 50…100 раз производительнее, получаются выше качество и прочность поковок, имеется возможность получения поковок сложной формы. В автомобилестроении листовой штамповкой получают до 75 % деталей, а при производстве товаров широкого потребления — до 98 %.
Толстолистовую сталь изготовляют из слябов массой до 2 т. Сначала раскатывают сляб в поперечном направлении до получения необходимой ширины, а затем раскатывают вдоль. На стане имеются нормализационная печь, травильная установка и сушильная машина.
Тонколистовую сталь выпускают в листах и рулонах. После травления рулоны поступают на станы холодной прокатки, где проводится лужение (горячее, электролитическое), или цинкование, или нанесение пластмассового покрытия.
Стальные трубы по способу изготовления делятся на две группы:
- бесшовные (цельнотянутые);
- шовные (сварные).
Шовные трубы могут быть прямошовными и спиральношовными, однослойными (традиционная технология) и многослойными (перспективная технология).
Сварные трубы дешевле цельнотянутых, но они менее надежны. Сварные трубы изготовляют диаметром от 10 до 2500 мм, а цельнотянутые — только до 100 мм. Для прокатки листовой стали используются гладкие валки, а на калиброванных валках более сложной формы изготовляются остальные виды проката. На калибровочных валках имеются канавки (выступы) и ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром.
Сортамент проката:
1. Сортовая сталь: круглая (диаметром 5–250 мм); квадратная (5–250 мм); шестигранная (6–100 мм); полосовая (шириной 10–200 и толщиной 4–60 мм); угловая сталь, лента, проволока; швеллеры, двутавры, рельсы.
2.Листовая сталь (тонколистовая до 4 мм толщиной и толстолистовая — более 4 мм).
3.Специальные виды проката (колеса, периодические профили, арматурная сталь, гнутые профили и др.).
4. Стальные трубы (бесшовные и сварные).