- •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»
6.10. Свойства металлов и сплавов.
Металлы, простые вещества, обладают такими основными свойствами: физическими, химическими, механическими и технологическими.
К основным физическим свойствам относят:
– плотность – масса единицы объема металла или сплава. Имеет размерность г/см3. Для стали эта величина составляет γ=7,85 г/см3, для алюминия – 2,7 г/см3, меди – 8,89 г/см3;
– температура плавления – температура, при которой металл или сплав переходит из твердого состояния в жидкое. Для железа эта величина составляет tпл=1539˚С; для алюминия – 660˚С, для меди – 1083˚С;
– тепловое расширение металла или сплава – это приращение объема металла при нагреве вследствие увеличения подвижности атомов в узлах кристаллической решетки. Характеризуется тепловое расширение коэффициентом линейного расширения (α), под которым понимают увеличение единицы длины тела при нагреве на 1°С от 0°С. Для углеродистой стали при 20°С α = 12·10-6, для алюминия при 25˚С – α = 24,3·10-6, для меди – 16,8·10-6 [0С-1];
– теплопроводность – способность металла передавать тепло от более нагретых частей тела к менее нагретым. Характеризуется коэффициентом теплопроводности (β), показывающим сколько тепла может пройти в единицу времени через площадку 1м2 на расстояние 1м перпендикулярно к ней при разности температур 1°С на двух противоположных сторонах куба. Размерность – Вт/(м·град). Для железа β = 74,4 Вт/(м·град), для алюминия β = 228 Вт/(м·град), для меди – β = 390 Вт/(м·град);
– электропроводность – это способность металла проводить электрический ток. За единицу электропроводности принимают величину (x), обратную удельному сопротивлению (ρ). Удельное сопротивление – сопротивление проводника сечением 1 мм2 и длиной 1 м (Ом·мм2/м). Для железа ρ = 0,098 Ом·мм2/м; для алюминия ρ = 0,028 Ом·мм2/м; для меди ρ = 0,01724 Ом·мм2/м;
– магнитная проницаемость –способность металлов намагничиваться под действием магнитного поля. Характеризуется коэффициентом магнитной проницаемости (μ), равным отношению магнитной индукции (В) к напряженности магнитного поля (Н).
К основным химическим свойствам относят коррозионную стойкость на воздухе и в жидкой среде, при нормальной и повышенной температуре и т.п.
Под технологическими свойствами металлов и сплавов понимают их способность подвергаться различным видам технологической обработки (ковке, штамповке, сварке, резанию и т.д.). Эти свойства определяют по технологическим пробам, которые дают качественную оценку пригодности металлов и сплавов к тем или иным способам обработки.
К основным технологическим свойствам относятся:
– обрабатываемость резанием, характеризуется способностью металла или сплава подвергаться обработке механическим резанием на металлорежущем оборудовании или иным способом. Она определяется стойкостью инструмента при заданном режиме резания и чистотой поверхности;
– свариваемость – свойство металла или сплава при установленной технологии сварки образовывать монолитное соединение, отвечающее конструкционным и эксплуатационным требованиям;
– жидкотекучесть – под ней понимают способность расплавленного металла заполнять литейную форму.
Механическими свойствами являются свойства, которые характеризуют поведение металла при воздействии на него внешних сил в процессе изготовления из него заготовок (деталей) или изделий либо при эксплуатации деталей и элементов (конструкций) в рабочих условиях. Механические свойства стали и ее свариваемость зависят от химического состава, вида термической обработки и технологии прокатки.
Основные механические свойства таковы:
– прочность, под которой понимают способность металлов сопротивляться деформациям не разрушаясь;
– упругость – свойство металлов сопротивляться прилагаемой внешней нагрузке без заметного относительного смещения атомов; после окончания действия нагрузки деформация металлов полностью устраняется;
– пластичность – способность металла к остаточной (остающейся после снятия нагрузки) деформации без разрушения; пластичные металлы под действием внешней силы принимают заданную форму не разрушаясь;
– вязкость, которая характеризуется ударной вязкостью – способностью металлов и сплавов противостоять разрушению под действием ударной нагрузки;
– твердость металлов и сплавов, под которой понимают свойство металлов сопротивляться внедрению (вдавливанию) в его поверхность более твердого постороннего тела;
– ползучесть – свойство металла медленно деформироваться (удлиняться) при высокой температуре под действием постоянной растягивающей нагрузки, которая создает напряжение ниже предела упругости для данного металла (для стали t = 30…350˚С);
– усталость металла – явление разрушения металла (сплава) при многократном его нагружении;
– предел выносливости – наибольшее напряжение, которое металл может выдерживать без признаков разрушения после заданного количества нагружений знакопеременным изгибом или другим видом деформации при закреплении испытуемого образца одним концом.
Механические свойства определяют на основании статических или динамических испытаний.