Файл: Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов.pdf

Между кристаллами часто образуется очень тонкая прослойка примесей, имею­ щих более низкую температуру плавления, а на границе зерен располагаются посторонние включения и образуются микропустоты. В результате получается поли­ кристаллическое тело с резко выраженными границами между отдельными кристал­ литами. Расстояния между атомами в кристаллической решетке могут быть различ­ ными по разным направлениям, а в соответствии с этим свойства кристалла по раз­ ным направлениям будут неодинаковы, что называется анизотропией кристалла.

4. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЙ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Открытие в 1868 г. русским металлургом Д. К- Черновым критиче­ ских точек, т. е. температур, при которых происходят аллотропиче­ ские превращения стали, дало возможность определить режимы горячей механической и термической обработки стали. В результате

I

Рис. 132. Диаграмма состояния сплавов системы «железо — углерод»

последующих исследований была построена диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов, позволяющая определять состояние и структуру сплавов при любой температуре и при любом содержании углерода в пределах до 6,67%.

В диаграмме (рис. 132) крайняя левая ордината при отсутствии углерода (С=0% соответствует чистому железу, а крайняя правая при С=6,67% — цементиту. Не­

обходимо иметь в виду, что в железоуглеродистых сплавах при охлаждении углерод чаще выделяется не в чистом виде, а в виде цементита, поэтому ось абсцисс ограни­ чена чистым цементитом, содержание углерода в котором равно 6,67%.

Диаграмма железоуглеродистых сплавов получена на основании исследования структур сплавов при медленном охлаждении (равновесное состояние). Такая ди­ аграмма позволяет находить новые разновидности структур сталей, определяющие заданные свойства металла.

Линию ACD диаграммы называют линией ликвидуса; выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии. Когда температура сплава соответствует линии АС, начинается процесс кристаллизации аустенита, а на линии CD — цементита.

349

сплавы содержат следующие структурные составляющие:

а у с т е н и т — твердый раствор углерода в 7-железе. Сталь, имеющая структуру

аустенита, немагнитна и обладает большой пластичностью; кристаллы аустенита и жидкий сплав находятся ниже линии ВС;

л е д е б у р и т — механическая смесь аустенита и цементита (эвтектика) при температуре 1120° и содержании углерода 4,3%;

г р а ф и т — свободный углерод в основной массе металла в виде пластинок или зерен.

С учетом содержания углерода железоуглеродистые сплавы имеют следующие названия:

доэвтектоидные стали, содержащие углерода < 0,83%; эвтектоидные стали, содержащие углерода 0,83% ; заэвтектоидные стали с содержанием углерода 0,83—2% ; доэвтектические чугуны, содержащие углерода 2,0—4,3% ;

эвтектические чугуны, у которых содержание углерода равно 4,3%; заэвтектические чугуны с содержанием углерода 4,3—6,67%.

5. Т Е Р М И Ч Е С К А Я О Б Р А Б О Т К А СТАЛИ

Под термической обработкой металлов принято понимать искусст­ венное изменение структуры и свойств стали путем термического воз­ действия на нее, заключающегося в нагреве стали до определенной температуры, некоторой выдержке при этой температуре и последую­ щем охлаждении с различной скоростью. Как было показано выше, в зависимости от температуры нагрева и скорости последующего охлаж­ дения структура металла может быть различной. Основными видами термической обработки стали являются отжиг, нормализация, закалка

иотпуск.

От ж и г . Отжигом называют операцию, заключающуюся в на­ греве стали до определенной температуры, лежащей выше верхней критической точки, некоторой выдержке при этой температуре и после­ дующем медленном охлаждении ее вместе с печью или под слоем песка или шлака.

приобретает мелкозернистое строение, твердость ее понижается и внут­ ренние напряжения снимаются. Такой отжиг называют полным. Этот отжиг устраняет полосчатую структуру в прокатной стали и позволяет получить сталь с равномерным распределением зерен феррита и пер­ лита. При более значительном повышении температуры величина зерен стали снова увеличивается.

Но р м а л и з а ц и я . Нормализация стали состоит в нагревании

еедо температуры выше верхней критической линии GS на 30—50°,

350

т. е. несколько превышающей температуру полного отжига, неболь­ шой выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе. При такой термической обработке сталь получает более одно­ родную мелкозернистую структуру с мелкопластинчатым перлитом. Соответственно этой структуре сталь будет иметь повышенные характе­ ристики пределов текучести и прочности по сравнению с отожженным

стали необходимой прочности, упругости, твердости и выносливости при сохранении достаточной вязкости. Для закалки необходимы два главных условия: высокая температура нагрева и быстрое охлаждение нагретой стали. При полной закалке сталь становится очень твердой, но хрупкой.

Температура нагрева для закалки должна быть только на 30—50° выше GS. Крупные изделия закаливают иногда на 50—70° выше линии GS. Длительность выдержки зависит главным образом от размеров изделия, его формы, начальной структуры и химического состава стали. Охладителями при закалке служат вода, растворы солей в воде, различные масла.

О т п у с к . Отпуском называют операции нагрева закаленного сплава до температуры не выше нижней критической точки (723°), последующего перевода его в более устойчивое состояние, но без дове­ дения до полностью равновесной структуры, достигаемой обжигом. Отпуск стали производят тогда, когда требуется устранить внутренние напряжения, получаемые при быстром охлаждении, т. е. ослабить ее хрупкость, уменьшить твердость и увеличить вязкость.

Различают три вида отпуска стали:

низкий (нагрев закаленной стали до 150—230°, что обеспечивает получение стали с твердостью в 550—580 кГІмм2);

средний (нагрев до 350—500° и получение стали с твердостью 320— 450 кГІмм2);

высокий (нагрев до 600—650° с получением стали твердостью 250—

поверхности изделия и последующем проведении термообработки.

том путем длительной выдержки стали, нагретой до 600—650°, в атмо­

351

ниже критических температур. Это явление называют рекристалли­ зацией. При температурах ниже GS при рекристаллизации стали на­ ряду с мелкими зернами могут образовываться и очень крупные, по­ нижающие прочность стали и повышающие ее хрупкость. Отжиг наклепанной стали ведут при температурах выше GS. Этот дефект при отжиге наклепанной стали возникает в мягких материалах с содержа­ нием углерода до 0,3%. При содержании углерода более 0,3% стали из-за наличия большого количества перлитных зерен не рекристаллизуются.

6. В И Д Ы СТАЛЕЙ

Строительные стали по способу выплавки разделяют на мартенов­ ские и конверторные. По качеству и назначению стали выпускают

Втабл. 54 приведены технические условия на сталь углеродистую обыкновенного качества по ГОСТ 380-71.

Взависимости от химического состава конструкционную сталь

352

Свойства конструкционной стали описаны в ГОСТ 1050-60, причем марки указывают по содержанию углерода в сотых долях процента (например, 20 кп означает 0,2% углерода, кипящая сталь (кп). Сталь может поставляться в термически обработанном состоянии.

По механическим свойствам разные марки конструкционной стали характеризуются пределом текучести 20—100 кГІмм2, пределом проч­ ности при растяжении 33—115 кГ/мм2 и относительным удлинением 35—70%.

Легированные стали. По сравнению с углеродистыми легирован­ ные конструкционные стали обладают рядом технологических и меха­ нических преимуществ. Получают их путем введения в сплав легирую­ щих элементов, к которым относятся хром, никель, марганец, воль­ фрам, алюминий, свинец, молибден, титан, медь и др.

В зависимости от вида легирующего элемента, его количества можно значительно ул7чшить свойства углеродистых сталей: повысить закаливаемость, механическую прочность, придать сталям антикоррозионность.