Легирование. Легирующие элементы. Вредные примеси.
Краткая история развития Понятие «металлические конструкции» объединяет в себе их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется, с одной стороны, потребностями в них народного хозяйства, а с другой - возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники. Исходя из этих положений история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов. Первый период (от XII в. до начала XVII в.) характеризуется применением металла в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях. Второй период (от начала XVII в. до конца XVIII в.) связан с применением наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций ("корзинок") глав церквей. Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились до наших дней. Третий период (от начала XVIII в. до середины XIX в.) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения чугунных элементов осуществляются на замках или болтах. Совершенства чугунные конструкции в России достигли в середине XIX столетия. В этот же период наклонные стропила постепенно трансформируются в смешанные железочугунные треугольные фермы. В фермах сначала не было раскосов, они появились в конце рассматриваемого периода. Сжатые стержни ферм часто выполняли из чугуна, а растянутые - из железа. В узлах элементы соединялись через проушины на болтах. Отсутствие в этот период прокатного и профильного металла ограничивало конструктивную форму железных стержней прямоугольным или круглым сечением. Четвертый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х годов XX в.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени и, в частности, в металлургии и металлообработке. В 30-х годах XIX в. появились заклепочные соединения, чему способствовало изобретение дыропробивного пресса; в 40-х годах был освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа. В течение ста последующих лет все стальные конструкции изготовлялись клепаными. Сталь почти полностью вытеснила из строительных конструкций чугун, будучи материалом более совершенным по своим свойствам (в особенности при работе на растяжение) и лучше поддающимся контролю и механической обработке. Конструктивная форма ферм к концу 19 в. постепенно совершенствовалась: решетка получила завершение с появлением раскосов; узловые соединения вместо болтовых на проушинах стали выполнять заклепочными с помощью фасонок Во второй половине XIX в. значительное развитие получило металлическое мостостроение в связи с ростом сети железных дорог. На строительстве мостов развивалась конструктивная форма металлических конструкций, совершенствовалась теория компоновки и расчета, технология изготовления и монтажа. Пятый период (послереволюционный) начинается с конца 20-х годов, период индустриализации страны. К концу 40-х годов клепаные конструкции были почти полностью заменены сварными, более легкими, технологичными и экономичными" Развитие металлургии уже в 30-х годах позволило применять в металлических конструкциях вместо обычной малоуглеродистой стали более прочную низколегированную сталь ==================================== Конец 2 вопроса!!!Скоростной монтаж. Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования. Долговечность конструкции определяется сроками ее физического и морального износа. Эстетичность. Все эти требования удовлетворяются конструкторами на основе выработанных наукой и практикой принципов советской школы проектирования и основных направлений ее развития. 2.ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯМеталлические конструкции применяются сегодня во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов. 1. Промышленные здания. Конструкции одноэтажных промышленных зданий выполняются в виде цельнометаллических или смешанных каркасов, в которых по железобетонным колоннам устанавливаются металлические конструкции покрытия здания («шатер») и подкрановые пути. Цельнометаллические каркасы в основном применяются в зданиях с большими пролетами, высотой и оборудованных мостовыми кранами большой грузоподъемности. 2. Большепролетные покрытия зданий. Здания общественного назначения, театры и некоторые здания производственного характера (ангары, авиасборочные цехи, лаборатории) имеют большие пролеты (до 100- 150 м ), перекрывать которые наиболее целесообразно металлическими конструкциями. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причем как плоские, так и пространственные системы. 3. Мосты, эстакады. Мостовые металлические конструкции на железнодорожных и автомобильных магистралях применяются при больших, а в отдаленных районах и при средних пролетах, а также при сжатых сроках возведения. Как и большепролетные покрытия, мосты имеют разнообразные системы: балочную, арочную, висячую, комбинированную. 4. Листовые конструкциив виде резервуаров, газгольдеров, бункеров. Металлические конструкции обладают следующими достоинствами, позволяющими применять их в разнообразных сооружениях.5. Балки и мачты. Радио тв нефтяные вышки и т.д.6.каркасы многоэтажных зданий.7.крановые и др.виды Ме констр.(бышенные краны, констр. Больших экскаваторов)8.прочие конструкции(конструкции агропром-ти, радиотелескопы, всп.констр.шахт) Достоинства Ме констр.:1.Надежность расчетные и фактические характеристики практически совпадают.2.Легкость. Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций (железобетонные, каменные, деревянные) металлические конструкции являются наиболее легкими. Легкость конструкций с определяется отношением плотности материала p , к его расчетному сопротивлению R , 1/м: с = p /R. Чем меньше значение с, тем относительно легче конструкция3.Индустриальность. Металлические конструкции в основной своей массе изготовляются на заводах, оснащенных современным оборудованием, что обеспечивает высокую степень индустриальности их изготовления. 4.Непроницаемость. Металлы обладают не только значительной прочностью, но и высокой плотностью - непроницаемостью для газов и жидкостей. Металлические конструкции имеют и недостатки:1.Коррозия. Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь специальных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными пленками (лаки, краски и т. п.), а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для очистки и защиты. 2.Небольшая огнестойкость. У стали при t=200°С начинает уменьшаться модуль упругости, а при t=600°С сталь полностью переходит в пластическое состояние. Поэтому металлические конструкции зданий, опасных в пожарном отношении должны быть защищены огнестойкими облицовками (бетон, керамика, специальные покрытия и т. п.). При проектировании металлических конструкций должны учитываться следующие основные требования. Условия эксплуатации. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него. Экономия металла. Экономия денег.Достигается за счет применения низколегированых и высокопрочных сталей,использования наиболее экономичных прокатных и гнутых профилей, совершенствование методов расчета и изысканий, изыскание и внедрение в стр-во современных констр.ферм и систем.Транспортабельность. Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа . 3.СТАЛИ.КЛАСИФИКАЦИЯ.Качество стали применяемое при изготовлении стр.конструкций определяется: 1.механическими свойствами:сопротивление статическим воздействиям(хар-ся временным сопротивлением, предел текучести при растяжении) сопротивление динам.воздействиям и хрупкому разгружению(ударная вязкость при разл. t) показатель пластичности Сопротивление расслоениям(хар-ся изгибом в хол.составе) Значение этих показателей уст. Гостами. Сопротивление многократному нагружению(усталость стали) свариваемость стали(гарнтируется хим.составом стали и техн.ее произв-ва) корозионная стойкость По механическим свойствам делятся на 3 группы: 1- обычной прочности(С235-С285) 2-повышенной прочости С345-С390. 3-высокой прочности С390К-С590 Механические свойства стали и ее свариваемость зависят от ее хим. Состава, вида терм. Обработки и технологии прокатки. 2 способа получения 2 и 3 гр. Стали : введение легирующих добавок, термическая обработка(закалка и отпуск) ====================================
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Легирование. Легирующие элементы. Вредные примеси.
Легирующие эл-ты: С,Cr,Ni,Mn,Si,W,V,Cu
Хар-ки на которые они влияют: прочность на разрыв, предел текучести, отн. Удлинение, твердось, уд.вязкость, усталостная прочность, свариваемость, коррозионная стойкость
Сера, фосфор. Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Повышенное содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления изделий неответственного назначения, т.к. сера улучшает обрабатываемость стали. Основной источник серы в стали - это исходное сырье, т.е. чугун. Фосфор также снижает пластичность железа, т.к. резко отличается от него по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Основной источник фосфора в стали – это руда, из которой выплавлен исходный чугун.Кислород, водород, водород, азот.Даже небольшую присутствие этих примесей оказывает резко отрицательное воздействие на свойства стали. Кислород и азот способствуют снижению вязкости и пластичности стали. Повышенное содержание водорода делает сталь хрупкой, а также приводит к образованию внутренних трещин – флокенов. Для выведения скрытых примесей используется метод вакуумирования.
5.МАРКИРОВКА. ВЫБОР СТАЛЕЙ. Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Буква К в конце наименования указывает на стали с повышенной коррозионной стойкостью, буква Т — на термоупрочненный прокат, а буква Д — на повышенное содержание меди. Например: С255, С345Т, С 390К, С440Д и т.д. Марку стали выбирают на основе вариантного проектирования и техниео-эконом. Анализа.В целях упрощения заказа Ме при выборе марки стали следует стремиться к большей унификации констр-ии и к сокращению профилей.Параметры влияющие на выбор марки стали для стр.конструкций:1)t среды в которой монтируется и эксплуатируется 2) вид напряж. состояния 3) способы соединения 4) толщина проката применяемого в эл-х 5) в зависимости от условий материала все конструкции разделены на 4 группы:К первой группе отнесены сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях или подвергающиеся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок (например, подкрановые балки, балки рабочих площадок или элементы эстакад, непосредственно воспринимающих нагрузку от подвижных составов, фасон-ки ферм и т. д.). Напряженное состояние таких конструкций характеризуется высоким уровнем и большой частотой загружения.Ко второй группе относятся сварные конструкции, работающие на статическую нагрузку при воздействии одноосного и однозначного двухосного поля растягивающих напряжений (например, фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы), а также конструкции первой группы при отсутствии сварных соединений.К третьей группе отнесены сварные конструкции, работающие при преимущественном воздействии сжимающих напряжений (например, колонны, стойки, опоры под оборудование и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы), а также конструкции второй группы при отсутствии сварных соединений.В четвертую группу включены вспомогательные конструкции и элементы (связи, элементы фахверка, лестницы, ограждения и т.п.), а также конструкции третьей группы при отсутствии сварных соединений.
В зависимости от t эксплуатации к сталям предъявляют требования по уд. Вязкости при разл. T Окончательный выбор марки стали в пределах каждой группы должен выполняться на основании сравнения технико-экономических показателей (расхода стали и стоимости конструкций), а также с учетом заказа металла и технологических возможностей завода-изготовителя. В составных конструкциях (например, составных балках, фермах и т. п.) экономически целесообразно применение двух марок стали - более высокой прочности для сильно нагруженных элементов (пояса ферм, балок) и меньшей прочности для слабо нагруженных элементов (решетка ферм, стенки балок).
6ТЕРМООБРАБОТКА СТАЛЕЙ.Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.Среди основных видов термической обработки следует отметить:Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.Закалкупроводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.
7.СПОСОБЫ ВЫПЛАВКИ СТАЛЕЙСуществуют три способа выплавки стали: мартеновский, конвертерный и электропечной. На комбинате сталь получают всеми тремя способами. Основным из них является конвертерный, т.к. мартеновский способ трудоемкий и низкопроизводительный, а при электропечном требуется большое количество электроэнергии. Конвертерный способ не требует больших капитальных затрат и является высокопроизводительным. Качество конвертерной стали соответствует уровню современных стандартов. В ККЦ три конвертера выдают до 60 плавок в сутки.
Сущность конвертерного способа заключается в том, что расплавленный чугун в конвертере продувается кислородом. Конвертер – агрегат грушевидной формы для получения стали из расплавленного чугуна. Во время продувки происходят химические процессы в результате которых железо, а также углерод, кремний, марганец и др. примеси окисляются; окисление сопровождается кипением стали и удалением газов и неметаллических включений: часть примесей выгорает, часть переходит в шлак; чугун постепенно переделывается в сталь. Процесс идет с бурным выделением тепла, поэтому топливо не требуется.
Во время выпуска стали осуществляется раскисление – удаление растворенного в ней кислорода, который является вредной примесью, ухудшает свойства стали: снижает ударную вязкость – способность металла выдерживать ударную нагрузку без разрушения, придает красноломкость, старение – изменение механических свойств с течением времени (повышается прочность, уменьшается пластичность).
Удаление кислорода происходит в ковше путем добавления химических элементов – раскислителей: марганца, кремния. алюминия в виде сплавов с железом (ферросплавов). Ферросплавы связывают кислород и образуют с ним устойчивые соединения – окислы с более низкой температурой плавления, которые легче удаляются из стали.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 455; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!