1. Класифікація конструкційних матеріалів

2. Визначення металів та сплавів

3. Загальна характеристика металів

4. Атомно-кристалічна структура металів

5. Дефекти кристалічної решітки металів

6. Кристалізація металів

7. Напруження та деформації металів

8. Способи дослідження внутрішньої будови металів

9. Механічні властивості металів

10. Статичні випробування металів

11. Динамічні випробування металів

12. Вимірювання твердості металів

13. Характеристика та класифікація чавунів

14. Характеристика та класифікація сталей

15. Вплив вуглецю та домішок на властивості сталей

16. Легуючі елементи в сталі

17. Шкідливі домішки в сталі

18. Конструкційні низьколеговані сталі

19. Структурні класи легованих сталей

20. Високоміцні сталі

21. Зносостійкі сталі

22. Корозійностійкі сталі

23. Жароміцні сталі

24. Алюміній та його сплави

25. Мідь та її сплави

26. Сутність термообробки сталей

27. Обладнання для термообробки

28. Основні види термообробки

29. Відпал сталей

30. Гартування сталей

31. Відпуск сталей

32. Термомеханічна обробка сталей

33. Хіміко-термічна обробка сталей

34. Обробка сталі холодом

35. Дефекти термообробки сталей

36. Зварюваність металів та сплавів

37. Методи оцінки зварюваності

38. Особливості металургійних процесів при зварюванні

39. Легування металу шва

40. Особливості кристалізації металу шва

41. Структура шва та ЗТВ

42. Причини виникнення деформацій та напружень при зварюванні

43. Виникнення тріщин при зварюванні

44. Способи зменшення напружень та деформацій

45. Термічна обробка зварних з’єднань

1 Классификация конструкционных материалов

Исходя из природы конструкционных и инструментальных материалов, их можно разделить на следующие основные группы:

1. Металлические материалы, к которым относятся:

сплавы на основе железа – чистое железо, стали, чугуны;

стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные и немагнитные стали и сплавы, аморфные сплавы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, сплавы с эффектом памяти формы и т.д.);

цветные металлы и сплавы – алюминий и сплавы на его основе (деформирующиеся и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой), медь и сплавы на ее основе (латуни, бронзы), титан и сплавы на его основе, подшипниковые сплавы и др.

композиционные материалы с металлической матрицей;

2. Неметаллические материалы:

полимерные органические материалы – пластмассы (термореактивные и термопластичные), резины;

композиционные материалы с неметаллической матрицей (стекло-пластики, углепластики, оргпластики и др.);

неорганические материалы (стекло, ситаллы, керамика);

3. Материалы со специальными свойствами – электронные материалы, материалы с особыми оптическими свойствами (волоконная оптика, люминофоры), проводниковые материалы.

2 Определение металлов и сплавов

Металлами называются вещества, атомы которых располагаются в определённом геометрическом порядке, образуя при этом кристаллы. Им присущ специфический металлический блеск. Кроме того, металлы обладают хорошей пластичностью, высокой теплопроводностью и электропроводностью. Это дает возможность обрабатывать их под давлением (прокатка, ковка, штамповка, волочение). Металлы обладают хорошими литейными свой­ствами, а также свариваемостью, способны работать при низких и высоких температурах. Металлические изделия и конструкции легко соединяются с помощью болтов, заклепок и сварки. Наряду с этим металлы обладают и существенными недостатками: имеют боль­шую плотность, при действии различных газов и влаги коррози­руют, а при высоких температурах значительно деформируются.

Существует такое определение как «чистый металл» оно весьма условно. Так как любой чистый металл содержит примеси, а потому его следует рассматривать как сплав. Под термином «чистый металл» всегда понимается металл, содержащий примеси 0,01–0,001 %. Современная металлургия позволяет получать металлы высокой чистоты (99,999 %). Однако примеси даже в малых количествах могут оказывать существенное влияние на свойства металла.

Чистые металлы обладают высокой пластичностью и низкой прочностью, что не обеспечивает требуемых физико-химических и технологических свойств. Поэтому их применение в строительстве и технике в качестве конструкционных материалов сильно ограничено. Наиболее широко используют сплавы, обладающие более высокой проч­ностью, твердостью и износостойкостью и т. д.

Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Так, например, прочность технического железа составляет примерно 250 МПа, при введении в железо углерода в количестве 0,9 мас.% прочность повышается до  980 МПа. Все металлы и образованные из них сплавы делят на две группы: черные и цветные

К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, остальные металлы являются цветными. В стро­ительстве в основном применяют черные металлы – чугуны и стали для каркасов зданий, мостов, труб, кровли, арматуры в бетоне и для других металлических конструкций и изделий.

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на осно­ве алюминия, меди, цинка, титана. Цветные металлы являются более дорогостоящими и дефицитными.

Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов коксом при высокой температуре. Процесс восстановления железа оксидом углерода в верхней части доменной печи можно представить по обобщенной схеме: Fe2O3 > Fe3O4 > >FeO > Fe. Опускаясь в нижнюю часть печи, расплавленное железо соприкасается с коксом и пре­вращается в чугун.

Чугуны в зависимости от состава и структуры подразделяются на серые (углерод в виде цементита и свободного графита) и бе­лые (углерод в виде цементита). В зависимости от формы графита и условий его образования различают: серый, высокопрочный и ковкий чугуны.

Стали можно подразделить на две основные группы – углеродистые и легированные (рис. 1).

Углеродистые стали – основной конструкционный материал, который используется в различных областях промышленности. Они дешевле легированных и проще в производстве. В углеродистой стали свойства зависят от количества углерода, поэтому эти стали классифицируются на низкоуглеродистые, средне- и высокоугле­родистые.

Легированные стали содержат специально вводимые элементы для получения заданных свойств. По степени легированости стали подразделяются на низколегированные, средне- и высоколегиро­ванные.

Классификация сталей по качеству основывается на содержа­нии вредных примесей серы и фосфора. Различают углеродистую сталь обыкновенного качества, сталь качественную конструкци­онную и сталь высококачественную.

По назначению стали подразделяются на три группы: конструк­ционные, инструментальные и с особыми свойствами. Конструк­ционные углеродистые стали содержат углерод в количестве 0,02 – 0,7 мас.%, к ним относятся и строительные стали, содержащие до 0,3 мас.% углерода. Низкое содержание углерода обусловлено тем, что строительные конструкции соединяются сваркой, а углерод ухуд­шает свариваемость. Стали, содержащие углерод в пределах 0,7 – 1,5 мас.%, используют для изготовления режущего и ударного инст­румента. К группе сталей и сплавов с особыми свойствами отно­сятся коррозионностойкие, нержавеющие и кислотоупорные, жа­ропрочные и жаростойкие стали и т. д. 

 

Рис. 1. Классификация металлов и сплавов [11]