3. Основные механические свойства чугуна, сварочного железа, литого железа и стали, способы их производства. Требования к стали, как к материалу для строительства мостов.

Основные механические свойства чугуна, сварочного железа, литого железа и стали.

Для больших мостов середины XIX века применяли уже не чугун, а сварочное железо. Для мостостроения его появление существенно повлияло на конструктивные решения пролетных строений и позволило перекрывать существенно большие пролеты, нежели ранее при использовании чугуна. В дальнейшем появилось литое железо – фактически сталь, получаемая в бессемеровских и томасовских конверторах, а также в мартенах.

Чугун – сплав железа с углеродом, с содержанием углерода от 2 до 4,5%. Производится из чугуна-сырца, выплавляемого из железной руды и кокса в доменных печах. Температура плавки 1100-1200 градусов достигается за счет горения углерода кокса. Кокс, который состоит на 90% из углерода, получают из каменного коксующегося угля нагреванием без доступа воздуха до температуры близкой к 1000 градусов. Свойства чугуна зависят от примесей и способа охлаждения отливок. У чугуна в явном виде отсутствуют предел упругости и удлинение при разрыве. Все сорта чугуна отличаются хрупкостью. Разрушение происходит без видимых деформаций. Средний модуль упругости около 100000 МПа, т.е. в 2 раза меньше, чем у стали. В XIX веке были достигнуты следующие временные сопротивления чугуна:

При сжатии 290-980 МПа;

При растяжени 70-300 МПа;

Внутренние напряжения при остывании отливок могут привести к разрушению отливки даже при слабом ударе. Внутри чугунной отливки часто образуются пустоты.

Конвертерное производство - получение стали в сталеплавильных агрегатах (конвертерах) путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Различали два вида конвертеров - Бессемеровские и Томасовские.

Бессемеровский процесс — первый массовый способ получения жидкой стали открыл английский изобретатель Генри Бессемер в 1856 г. Основной недостаток процесса — невысокое качество металла за счёт не удалённых при продувке вредных примесей (фосфора и серы). Для выплавки бессемеровских чугунов нужны очень чистые по содержанию серы и фосфора железные руды, природные запасы которых ограничены.

Томасовский процесс позволил перерабатывать высокофосфористые чугуны и получил рас-пространение в странах, где железные руды большинства месторождений содержат много фосфора (Бельгия, Люксембурги др.). Однако и томасовская сталь была низкого качества.

В 1864 французский металлург Пьер Мартен разработал процесс получения стали в мартенов-ской печи (см. Мартеновское производство). В отличие от конвертерных способов получения стали, мартеновский процесс отличался малой требовательностью к химическому составу исходного материала. Качество мартеновской стали было выше конвертерной.

Сварочное железо – неоднородный волокнистый материал научились получать в середине XIX века из чугуна. Чугун варили, перемешивая в течение двух и более часов, удаляя таким образом графит из расплава. Масса перемешивалась со шлаком и изливаясь остывала с его включениями. Этот пористый материал разогревали и проковывали паровым молотом, уплотняя и сваривая проковкой отдельные куски железа между собой. Затем прокованные листы прокатывали на вальцах. Уплотненные остатки шлака внутри железа приобретали вид нитей-строчек.

Требования к стали, как к материалу для строительства мостов. Марки сталей, приме-няемые в мостостроении.

Сталь – сплав железа с С, С в котором не превышает 2, 14 процента. Но и не меньше 0,02.

Марки низколегированных сталей обозначаются буквенно-цифровой системой. Легирующие добавки, вводимые в сталь, обозначаются большими буквами русского алфавита:

Г-марганец; Х-хром; С-кремний; Н-никель; М-молибден; Д-медь; Ф-ванадий; Т-титан.

Первые цифры, указанные перед буквами, показывают содержание углерода в сотых долях процента. Если процентное содержание легирующей добавки превышает 1%, то после соответствующей буквы ставится цифра 1 или 2 (с некоторым округлением).

Для мостов сегодня применяются две основные марки сталей 15ХСНД и 10ХСНД. Их основное отличие состоит в разном содержании углерода и количестве легирующих добавок. Как следствие, эти стали имеют разные классы прочности. Сталь 15ХСНД относится к классу прочности С35, а 10ХСНД – к классу С40, т.е. является более прочной, чем 15ХСНД.