Вопрос 1: Структура стали, влияние легирования и термической обработки на механические свойства стали.

Сталь – это сплав железа с углеродом, содержащий легирующие добавки, улучшающие качества металла, и вредные примеси, которые попадают в металл из руды или образуются в процессе выплавки.

Структура стали. В твердом состоянии сталь является поликристаллическим телом, состоящим из множества различно ориентированных кристаллов (зерен). В каждом кристалле атомы (точнее, положительно заряженные ионы) расположены упорядочено в узлах пространственной решетки. Для стали характерны объемно – центрированная (ОЦК) и гранецентрированная (ГЦК) кубическая кристаллическая решетка. Каждое зерно как кристаллическое образование резко анизотропно и имеет различные свойства по разным направлениям. При большом числе по - разному ориентированных зерен эти различия сглаживаются, статически в среднем по всем направлениям свойства становятся одинаковыми и сталь ведет себя как квазиизотропное тело.

Структура стали зависит от условий кристаллизации, химического состава, режима термообработки и прокатки. При нормальной температуре сталь состоит из двух основных фаз: феррита и цементита, которые образуют самостоятельные зерна, а также входят в виде пластинок в состав перлита. Светлые зерна – феррит, темные – перлит.

Легирование – в сталь добавляют легирующие элементы: хром, марганец, никель, вольфрам, алюминий.

Легирующие добавки, входя в твердый раствор с ферритом, упрочняют его.

Виды термической обработки:

• Обжиг

• Нормализация (повторное нагревание проката до образования аустенита и последующем охлаждении на воздухе. Структура становится более упорядоченной)

• Закалка (быстрое остывание стал, нагретой до температуры, превосходящей температуру фазового превращения. Высокая прочность, но теряется пластичность)

• Отпуск (нагревание до т-ры, при которой происходит желательное структурное перемещение , выдержка при этой т-ре и медленное остывание)

Под влиянием термической обработки изменяются структура, величина зерна и растворимость лигирующих элементов, что приводит к изменению свойств стали.

Простейший вид термической обработки – нормализация, после нее структура стали получается более упорядоченной, что приводит к улучшению прочностных и пластических свойств стального проката и его ударной вязкости, а также повышению однородности.

При быстром остывании стали, нагретой до температуры, превосходящей температуру фазового превращения, сталь закаливается.

Структуры, образующиеся после закалки, придают стали высокую прочность. Однако пластичность ее снижается, а склонность к хрупкому разрушению повышается. Для регулирования механических свойств закаленной стали и образования желаемой структуры производится ее отпуск, т .е. нагревание до температуры, при которой происходит желательное структурное превращение, выдержка при этой температуре в течение необходимого времени и затем медленное остывание.

Вопрос 2: Марки малоуглеродистых сталей, их физические характеристики и химический состав.

Малоуглеродистая сталь обладает большой пластичностью, высокой ковкостью, хорошей свариваемостью, отсутствием тенденций к хрупкому разрушению —все эти свойства в полной мере отвечают высоким требованиям, предъявляемым к строительным сталям.

а) По степени раскисления сталь делится на кипящую, полуспокойную(Si = 0,05 – 0,15%) и спокойную(Si = 0,15 – 0,3%). Раскислитель: Al(алюминий)или Si(кремний). Кипящей называют сталь, в процессе получения которой происходит бурное выделение газов (кипение), способствующее образованию мелких газовых пузырей и концентрации вокруг них различных неметаллических включений и примесей, значительно снижающих качество стали.

Спокойная сталь остывающая без бурного выделения газов, получается путем введения в нее различных раскислителей в виде добавок кремния, марганца, алюминия и др., в результате чего на поверхности слитка (15 %) образовывается шлак, идущий на переплавку, а в остальной части слитка высококачественная однородная сталь.

б) по группе поставки:

промышленная поставка стали в зависимости от нормируемых свойств осуществляется по трем группам — А, Б и В. А – гарантия по механическому составу, Б – гарантия по химическому составу. Учитывая большую ответственность строительных стальных конструкций, для их изготовления используется сталь группы В с гарантией по механическим свойствам и химическому составу(для несущей конструкции).

в) класс стали:

Ст 0, Ст1(ϭ_т- низкий), Ст2, Ст3 - строит – е конструкции, Ст4 – прим-ся в кораблестроении, Ст5 – рельсы и подвижные части, Ст6 – не использ-ся практически.

Г) Категория стали:

В зависимости от условий эксплуатаций и действующей нагрузки сталь ⁞ на 6 категорий, чем выше , тем лучше качество.

Для каждой марки характеризуют ее химический состав, временное сопротивление, относительное удлинение и другие характеристики, которые учитывают при проектировании конструктивных форм.

В зависимости от механических свойств конструкционные стали подразделяются на стали обычной прочности (обыкновенного качества) ϭ_у < 29 кн/см², высокой прочности ϭ_у ≥40 кн/см² и повышенной прочности ϭ_у =29….40 кн/см².

В обозначении углеродистых сталей (например, ВСтЗпсб): буква В определяет группу поставки; СтЗ— собственно марку стали; пс — полуспокойную со степенью раскисления; цифра 6 — категорию поставки (2 – испытания на ударную вязкость не проводятся, 3 – проводятся при температуре + 20 °С, 4 – при температуре – 20 °С, 5 – при температуре – 20 °С и после механического старения, 6 – после механического старения).

Химический состав:

Углеродистые стали состоят из железа и углерода (0,09 – 0,22 %) с некоторой добавкой кремния (или алюминия) и марганца.