Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология конструкционных материалов. Учебное пособие
.pdf
41
Токарная обработка выполняется с целью срезания наружной или
внутренней поверхностей, подрезки торца или резания цилиндрической
заготовки на части. Токарная обработка осуществляется при вращательном движении заготовки и поступательном движении режущего инструмента – резца.
Сверление – способ получения сквозных и глухих отверстий или об-
работки отверстий для придания им соответствующей формы. В качестве режущих инструментов при сверлении применяют сверла, метчики,
зенкеры, развертки. При сверлении инструменту придают вращательное
движение вокруг оси и поступательное движение вдоль оси.
Строгание – прерывистый процесс обработки поверхности резанием
со снятием стружки с помощью резца, при котором либо резец, либо
заготовка совершают циклическое возвратно-поступательное движение.
Строганием осуществляют обработку вертикальных и горизонтальных
плоскостей, пазов и фасонных поверхностей.
Точение производится резцом на станках токарной группы. Заготовка, закрепленная на станке, получает вращательное движение, а резец в
направлении, параллельном оси детали, совершает продольную подачу.
Фрезерование – процесс обработки заготовки с помощью зубьев фрезы. Фрезерование происходит при вращательном движении фрезы и поступательном движении заготовки. В зависимости от типа фрезы фрезерованием можно осуществлять обработку горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей, фасонных пазов и криволинейных
поверхностей.
Протягивание – обработка резанием с помощью зубчатого инструмента – протяжки при ее поступательном движении относительно неподвижной заготовки.
Шлифование представляет собой метод обработки резанием с помощью абразивного инструмента – круга, в котором связующими материалами удерживаются природные или искусственные зерна высокой твердости: корунд, алмаз, кремень, кварц, наждак, карбид бора, карбид
кремния, электрокорунд. Абразивные зерна при высокой скорости вращения круга срезают с поверхности заготовки большое количество тончайших стружек.
Полировка предназначена для снижения шероховатости поверхности
обрабатываемой заготовки. Для полирования применяют полировальные
пасты, содержащие высокодисперсные порошки абразива и смазочные
материалы.
42
1.8.5. Общие сведения о порошковой металлургии
Сущность порошковой металлургии заключается в том, что из металлического порошка дисперсностью 0,5…500 мкм или смеси порошков прессуют заготовки, которые затем подвергают термической
обработке – спеканию. Порошки получают механическим и физикохимическим методами (электролизом). Для механического измельчения
применяют шаровые и вибрационные мельницы. Электролизом водных
растворов солей получают тонкие и чистые порошки различных металлов
и сплавов. Порошковой металлургией можно изготавливать детали из особо
тугоплавких металлов, из нерастворимых друг в друге металлов, пористые
материалы, а также материалы и детали, состоящие из двух или нескольких
слоев различных металлов и сплавов. Продукция порошковой металлургии
составляет не более 0,2 % от всего выпуска металлической продукции.
1.9. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И СОРТАМЕНТ СТАЛЕЙ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
При изготовлении стальных строительных конструкций сталь употреб-
ляется в виде прокатных изделий, получаемых с металлургических заводов и
имеющих различную форму поперечного сечения - профиль. Различают
листовую и профильную - фасонную сталь. В результате многолетнего опыта применения различных по своей форме профилей отсортировались
наиболее конструктивно удобные и экономически выгодные профили. Такими профилями являются, например, уголковый, тавровый, двутавровый,
швеллерный.
Рис.19. Основные профили сортового проката.
Сталь: 1- круглая; 2- квадратная; 3 – полосовая; 4 – полосовая с закруглением;
профиль: 5, 6 – уголковый; 7 – зетовый; 8, 9 – тавровый; 10 – двутавровый; 11- колонный;
12 - корытообразный; 13 - оконный; 14 – шпунтовый; 15- швеллерный;16 - рельс
43
Большое количество строительных изделий и конструкций получают холодным профилированием. Гнутые профили проката относятся к эффективным видам металлопродукции. Они отличаются
высоким качеством поверхности, одинаковой толщиной по всему
сечению профиля. Процесс профилирования прокаткой на профилегибочных агрегатах заключается в постепенном изменении формы
сечения плоской заготовки до требуемого профиля при последовательном прохождении ее через несколько пар вращающихся фигурных валков. Происходит только последовательная гибка полосы или
ленты в поперечном направлении, а площадь поперечного сечения и
толщина исходной полосы или ленты практически не изменяется. На
основе гнутых профилей проката изготавливают профнастил, металлочерепицу, металлосайдинг.
Для армирования железобетонных конструкций выпускается
стержневая горячекатаная арматурная сталь диаметром 6…40 мм и
проволочная холоднотянутая арматурная сталь диаметром 3…8 мм.
Стержневая горячекатаная арматурная сталь выпускается гладкой
класса А-I и периодического профиля классов А-II, А-III, А-IV, А-V,
A-VI.
Применяется также стержневая, упрочненная вытяжкой, арматура
класса А-IIIв и термически и термомеханически упрочненная арматура классов Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, Ат-VII. Для обозначения
классов арматуры с повышенной стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением добавляется буква «К» (например:
Ат-IVK), а свариваемой, соответственно, буква «С» (например: АтIVC). Для обозначения арматуры специального назначения добавляется буква «с» (например:Ас-II).
а б в
Рис.20. Арматурная сталь:
а – изделия из проволочной арматуры;
б – стержневая классов А-III…A-VI;
в – стержневая класса А-II
44
Арматурная холоднотянутая проволока выпускается гладкой классов
№
п/п Вид арматуры
Класс
Диаметр
армату-
ры,
мм
Расчетные сопротивления
растяжению МПа,
для предельных
состояний:
1 группы
2 группы
1
Обыкновенная арматурная
проволока периодического
профиля,
ГОСТ 6727-80
Вр-I
3…5
375…360
410…395
2
Высокопрочная арматурная
проволока,
ГОСТ 7348-81
В-II
3…8
1240…91
5
1490…1110
3
Арматурные
канаты,
ГОСТ13840-68
К-7
6…15
1210…
1080
1450…
1295
4
Арматурные
канаты,
ТУ 14-4-22-71
К-19
14
1175
1410
В-I и В-II и рифленой классов Вр-I и Вр-II. Индекс «р» применяется в
маркировке рифленой арматурной проволоки. Проволочную арматуру
подразделяют на арматурную проволоку В-I - низкоуглеродистую, холоднотянутую, предназначенную для ненапрягаемой арматуры, и проволоку В-II - выcокопрочную, углеродистую для напрягаемой арматуры.
Армирование железобетонных конструкций может осуществляться
проволочными изделиями: спиральными семипроволочными канатами
класса К-7 и девятнадцатипроволочными канатами класса К-19.
Основные характеристики арматурных сталей приведены в табл. 3 - 5.
Таблица 3
Основные виды проволочной арматуры
45
Окончание табл. 3
№п/п
Вид арматуры
Класс
Диаметр
арматуры,
мм
Расчетные сопротивления
растяжению МПа,
для предельных состояний:
1 группы
2 группы
5
Обыкновенная
гладкая
арматурная
проволока,
ГОСТ 6727-80
В-I
3…5
№
п/
п
Вид
арматуры
Класс
Марка
стали
Диаметр,
мм
Расчетные сопротив-
ления растяжению,
Rs, МПа для пре-
дельных
состояний:
1группы
2группы
1
Горячекатаная,
ГОСТ 5781-82,
ГОСТ 380-71
А-I
Cт3 сп
Ст3сп(пс)
Ст3кп
ВСт3сп(кп)
Вст3Гпс
5,5
6…40
6…40
6…18
6…18
225
235
2
Горячекатаная перио-
дического
профиля,
ГОСТ 5781-82
А-II
Ас-II
ВСт5сп
ВСт5пс
ВСт5пс
18Г2С
10ГТ
10…40
10…16
18…40
40…80
10…32
280
295
3
Горячекатанная пери-
одического
профиля
ГОСТ 5781-82
A-III
35ГС
25Г2С
32Г2Р
6…8
10…40
6…22
355
365
390
390
4
Горячекатаная
периодического
профиля. ГОСТ 5781-
82
А- IV
А-V
А-VI
80С
20ХГ2С
23Х2Г2Т
20Х2Г2СР
22Х2Г2ТЮ
10…18
10…32
10…32
10…22
10…22
510
680
815
590
785
980
Основные виды стержневой арматурной стали
Таблица 4
46
Окончание табл. 4
№
п/
п
Вид
арматуры
Класс
Марка
стали
Диаметр
мм
Расчетные
сопротивления
растяжению, Rs,
МПа
для предельных
состояний:
1 группы
2 группы
5
Упрочненная
вытяжкой
А-IIIв
25Г2С
35ГС
6…40
490
540
6
Термически упроч-
ненная,
периодического про-
филя
ГОСТ10884-81
Ат-VII
30ХС2
10…28
980
1175
№
п/п
Вид
арматуры
Класс
Марка стали
Диаметр, мм
1
Термомеханически упроч-
ненная
периодического профиля,
ГОСТ 10884-81
Ат-ШC
Ат-IVC
Aт-IV
ВСт5сп,
ВСт5пс
БСт5сп
БСт5пс
25Г2С
28С, 35ГС
20ГС
10…32
10…32
10…32
10…32
10…32
10…32
10…32
2
Термически упрочненная,
периодического профиля
ГОСТ10884-81
Ат-IVC
Ат-IVК
08Г2С
25Г2С
25С2Р
10ГС2
20ХГС2
08Г2С
20ГС
10…28
10…32
10…32
10…18
10…18
10…18
3
Термически упрочненная,
периодического профиля
ГОСТ10884-81
Ат-V
Ат-VСК
20ГС
20ГС2
10ГС2
08Г2С
28С
25Г2С
20ХГС2
10…28
10…28
10…28
10…28
10…28
10…32
10…28
Основные виды стержневой термически упрочненной
Таблица 5
арматурной стали
47
№
п/п
Вид
арматуры
Класс
Марка стали
Диаметр, мм
4
Термически упрочненная,
периодического профиля
ГОСТ10884-81
Ат-VI
Ат-VIК
20ГС
20ГС2
25С2Р
20ХГС2
10…28
10…28
10…32
10…16
5
Термически упрочненная,
периодического профиля
ГОСТ10884-81
Ат-VII
30ХС2
10…28
Окончание табл. 5
1.10. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦВЕТНЫХ
МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ
1.10.1. Алюминий и его сплавы
Алюминий имеет кубическую гранецентрированную кристалличе-
скую решетку. Технически чистый алюминий характеризуется низкой
плотностью – 2700 кг/м3, стойкостью к коррозии, хорошей свариваемостью, высокой пластичностью. Может обрабатываться давлением. Обработка резанием затруднена. Алюминий имеет сравнительно низкую
прочность и низкий модуль упругости. Основным сырьем для производства алюминия являются бокситы Аl2O
.
2H2O. Оксид алюминия, обра-
3
зующийся после обезвоживания бокситов при прокаливании, подвергают электролизу при температуре около 1000оС. Для понижения температуры плавления оксида алюминия добавляют минерал криолит Na3AlF6.
На катоде, выполненном в виде графитовой подины, выделяется жидкий
алюминий, который периодически выпускают из ванны. Технически
чистый алюминий применяют для изготовления ненагруженных конструкций в агрессивной среде. Прочность алюминия повышают легированием и производством сплавов алюминия с медью, кремнием, магнием, цинком, марганцем. Большинство легирующих элементов образуют
с алюминием твердые растворы.
Сплав алюминия с медью относят к деформируемым сплавам. Рас-
творимость меди в алюминии при комнатной температуре составляет
0,1…0,2 %. При содержании меди в сплаве около 4 % структура сплава
48
характеризуется присутствием твердого раствора меди в алюминии и
мелких кристаллов CuAl2. При температуре 548◦С растворимость меди
составляет 5,65 %. При закалке удается зафиксировать высокотемпературную структуру сплава. Закалка состоит в нагреве сплава до температуры 530оС, при которой вся медь растворяется в алюминии, и в последующем резком охлаждении в воде. При закалке сплав упрочняется, но
не полностью. С целью дальнейшего упрочнения его подвергают старению, то есть вылеживанию при комнатной температуре или при темпе-
ратуре 100…150◦С. Из пересыщенного раствора при этом могут выделяться мельчайшие частицы упрочняющей фазы СuАl2, но без обособления этих частиц, которые не удается обнаружить под микроскопом.
Старение при более высокой температуре может привести к разупрочнению сплава.
Дуралюмин Д1 – это алюминиевый сплав, содержащий 3,8…4,8 %
меди, 0,4…0,8 % магния, 0,4…0,8 % марганца, не более 0,7 % кремния и
не более 0,7 % железа. Железо и кремний являются неизбежными примесями. Медь, магний и марганец вводят в сплав специально. После
закалки такой сплав состоит из зерен пересыщенного твердого раствора
меди в алюминии, интерметаллических соединений Мg2Si, FeAl3,
(MnFe)Al6, CuMgAl2, CuAl2 и других, не растворившихся в твердом
алюминии фаз.
Силумины представляют собой сплавы алюминия с 8…14 % кремния.
Они обладают хорошими литейными свойствами, хорошо заполняют
форму, имеют малую усадку и не склонны к образованию трещин. В них
возможно присутствие газовой пористости. Алюминий, содержащий
11,6 % кремния, образует эвтектику. На практике применяют доэвтектические сплавы, так как избыточный кремний способствует повышению
хрупкости сплава. Если силумин перед разливкой модифицировать
натрием или смесью солей фтористого и хлористого натрия в количестве не более 0,01 %, эвтектика становится мелкозернистой. Механические свойства силумина повышаются. Возрастают как прочность при
разрыве, так и относительное удлинение. Закалку для силумина не применяют.
1.10.2. Медь и ее сплавы
Чистая медь пластична. Плотность – 8930 кг/м3. Кристаллическая
решетка меди - кубическая гранецентрированная.
49
Пирометаллургический метод производства меди состоит в плавке
концентрата в отражательных или электрических печах с целью разделения его на первичный штейн и оксиды, составляющие шлак. При
нагреве концентрата до 1250…1300◦С происходит восстановление оксида меди и высших оксидов железа. В результате образуется закись меди
Cu2O, которая, взаимодействуя с FeS, приводит к получению Cu2S. Первичный штейн состоит из сплавленных сульфидов меди и железа. Другие оксиды, расплавленные в силикатах железа, составляют шлак. Периодически первичный штейн и шлак выпускают из печи. Затем первичный штейн плавят в кислородном конвертере, где в присутствии кислорода происходит удаление соединений железа в шлак и выделение черновой меди. В черновой меди содержится 98,4…99,4 % чистой меди.
В строительстве известно применение меди для устройства долго-
вечной кровли. Сплавы меди с цинком называют латунями. Сплавы с
содержанием цинка до 44 % имеют практическое применение. Латуни
представляют собой твердые растворы цинка в меди. Они имеют кристаллическую решетку меди – кубическую гранецентрированную. Из
латуни деформированием изготавливают прутки, трубы, листы.
Бронзы – это многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, кремнием, бериллием, хромом. Оловянные и свинцовые
бронзы обладают антифрикционными свойствами.
Баббиты – сплавы на оловянной или свинцовой основе, также о бладают антифрикционными свойствами. Например, сплав Б83 содержит 83 % олова, 11 % сурьмы и 6 % меди.
1.11. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ
Коррозия - это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов,
вызванное химическим или электрохимическим взаимодействием металла с окружающей средой. Химическая коррозия протекает при воздействии на металл сухих газов и неэлектролитов. Электрохимическая
коррозия происходит при действии на металл жидких электролитов водных растворов солей, кислот, щелочей, а также влажного воздуха, то
есть сред, содержащих ионы. В основе электрохимической коррозии
лежит гидратация ионов металла, то есть их взаимодействие с молекулами воды. Гидратация происходит за счет электростатического взаимодействия между заряженными ионами металла и полярными молекулами растворителя. Переход иона металла в раствор термодинамически
50
возможен в том случае, если энергия гидратации больше, чем энергия
связи с электронами металла. Когда часть гидратированных ионов металла переходит в электролит, металл получает отрицательный заряд. За
счет пришедших в раствор ионов электролит получает положительный
заряд. Так возникает двойной электрический слой противоположных
зарядов – электродный потенциал. Его величина зависит от вида металла и состава электролита. Строительные металлические конструкции
эксплуатируются в самых различных условиях, поэтому в них могут
встречаться различные виды коррозии металлов. Наиболее распространена электрохимическая коррозия в нейтральных и щелочных растворах, протекающая с участием кислорода. Если в растворе электролита
есть кислород, то он в присутствии воды принимает электрон, образуя
гидрооксид:
Fе+2OН=Fе (ОН)2 ;
4Fе(ОН)2+O2+2Н2O = 4Fе(ОН)3.
При дальнейшем взаимодействии с кислородом и последующем отщеплении воды образуется FеО(ОН) – важнейшая составляющая ржавчины
nFe2О3mН2О. Довольно часто строительные конструкции поражаются
атмосферной коррозией. Эта разновидность электрохимической коррозии металлов развивается под тонким, часто невидимым слоем влаги,
образующемся на поверхности вследствие адсорбции или конденсации,
агрессивность которой повышается при последующем растворении в
ней газов и солей. Атмосферная коррозия металлов может развиваться
при относительной влажности воздуха 70 % и выше. Оксидные соединения серы, содержащиеся в воздухе, повышают точку росы, снижают
критическую влажность, при которой возможна атмосферная коррозия.
При коррозии в среде сухих газов, обычно протекающей при высоких
температурах, имеет место непосредственное соединение металла с
агрессивными химическими агентами. К химическому виду коррозии
относится окалинообразование в кислородосодержащих газах. Например, при высоких температурах железо окисляется кислородом с образованием окалины - прочного и плотного слоя оксидов. По характеру
распространения различают коррозию:
1 - равномерную поверхностную, которая приводит к равномерному
уменьшению толщины изделия. Скорость равномерной коррозии выражают глубинным показателем - проникновением коррозии в глубину в
мм/год;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]