- •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»
6.2.2. Порядок построения диаграммы состояния.
Зависимость агрегатного состояния сплавов от их состава и температуры устанавливают экспериментально на основе термического анализа.
При термическом анализе:
а) отбирают пробы с заданной концентрацией компонентов (или чистый металл);
б) нагревают пробу до растворения;
в) охлаждают сплав (чистый металл), фиксируя температуру через равные промежутки времени;
г) строят кривые охлаждения и определяют критические температуры.
Под кривой охлаждения понимают график, который характеризует скорость охлаждения сплава или чистого металла.
Критическая температура – температура, при которой происходит какое-либо превращение в металле (переход из жидкого состояние в твердое или перекристаллизация), а точки, обозначающие начало и конец этого превращения – критические точки.
Для определения критических точек, одновременно с термическим анализом, могут применяться и другие методы исследования: металлографический, рентгеноструктурный.
В качестве примера рассмотрим порядок построения диаграммы состояния I типа, по которой кристаллизуются сплавы “механическая смесь”.
Диаграмму состояния строят на основании кривых охлаждения ряда сплавов различной концентрации данной системы. По остановкам и перегибам на кривых охлаждения определяют критические точки, которые используют для построения диаграмм состояния. На кривых охлаждения перегибы и остановка температуры вызваны тепловым эффектом превращений. Во время кристаллизации высвобождается энергия поступательного движения атомов, которая выделяется в виде теплоты, называемой скрытой теплотой кристаллизации (перекристаллизации). Эта теплота компенсирует внешний отвод тепла в процессе охлаждения сплава, скорость снижения температуры задерживается.
Рассмотрим построение кривых охлаждения сплава Pb-Sb (рис. 6.3,а). Чистые металлы имеют одну критическую точку – температуру кристаллизации, а сплавы – две, причем вторая критическая точка для всех сплавов соответствует одной температуре 2460С. При этой температуре состав жидкой фазы всех сплавов одинаковый (13% Sb, 87% Рb). Это происходит потому, что процесс кристаллизации сплавов, содержащих 5 и 10% Sb, начинается с выделения кристаллов чистого свинца, а кристаллизация сплава,
Рис. 6.3. Сплавы системы свинец-сурьма:
а – кривые охлаждения; б – диаграмма состояния; в, г, д – схемы структур соответственно доэвтектического, эвтектического и заэвтектического сплавов
содержащего 40% Sb, начинается с выделения кристаллов чистой сурьмы. Вследствие этого в первом случае остающийся жидкий сплав обедняется свинцом и обогащается сурьмой, а во втором – обедняется сурьмой и обогащается свинцом. При достижении температуры 2460С из жидкой фазы одновременно выделяются кристаллы свинца и сурьмы, образуя механическую смесь.
Механическую смесь кристаллов двух видов, одновременно кристал-лизующихся из жидкого сплава при постоянной температуре, называют эвтектикой.
Только чистые металлы и эвтектика плавятся и затвердевают при постоянной температуре. Затвердевание всех остальных сплавов происходит постепенно, причем, как упоминалось выше, из жидкого сплава сначала выделяется избыточный по отношению к составу эвтектики компонент.
Для построения диаграммы состояния на оси абсцисс откладываются составы шести сплавов и восстанавливают из соответствующих точек вертикальные линии (рис. 6.3,б). Затем переносятся из кривых охлаждения сплавов критические точки, соединив которые, получим диаграмму состояния.
Верхняя кривая АОВ соответствует температуре начала кристаллизации сплавов, т.е. при температуре выше указанной линии сплав находится в жидкой фазе, ниже – присутствует жидкая и твердая составляющие. Нижняя прямая COD соответствует температуре конца кристаллизации, ниже которой сплав находится в твердом состоянии. Первую линию называют линией ликвидус, а вторую – солидус. Сплавы, которые содержат сурьмы меньше 13%, называются доэвтектическими, а сплавы, содержащие сурьмы больше 13%, –заэвтектическими. В точке О кристаллизуется сплав эвтектической концентрации (в данном случае это 13% Sb и 87% Рb). Структура сплава состоит только из эвтектики.
По диаграмме состояния I типа кристаллизуются сплавы Zn-Sn, Pb-Sn, Pb-Ag, Ni-Cr, Cr-Mn, Cu-Bi, Al-Si.