Файл: Лачинов, Н. В. Клепка и чеканка стальных конструкций учеб. пособие.pdf

П р о б а на о б р а б а т ы в а е м о с т ь производит­ ся сверлением. Чем глубже проникнет сверло в металл при одинаковых условиях испытаний (диаметр сверла, нагрузка, скорость сверления и продолжительность оди­ наковые), тем лучше обрабатываемость металла. Такое испытание показывает, что серый чугун обрабатывается

сплава пластически деформироваться, т. е. изменять свою форму под действием давления или ударов и сохранять эту измененную форму, не разрушаясь и не теряя своих первоначальных механических свойств.

Чем меньше сплав содержит углерода и легирующих элементов, тем лучше куется.

С в а р и в а е м о с т ь различных металлов и сплавов не одинакова и зависит от химического состава, тепло­ проводности, величины усадки, коэффициента расшире­ ния. Чем меньше углерода в сплаве, тем легче он свари­ вается.

на загиб или на растяжение и сравнивается по прочности с цельным, несваренным образцом из того же металла.

стоянии. Образец устанавливают на две опоры и посре­ дине к нему прилагают усилие при помощи пресса и оправки с целью определения способности образца при­ нимать загиб до определенного угла, до параллельности сторон или до совпадения сторон без надрывов и трещин.

Существуют специальные пробы для труб: на бортование, загиб, раздачу.

Вопросы для повторения

1.Что такое свойство металлов, как оно проявляется?

2.Какие известны свойства металлов?

3.Перечислите физические свойства металлов, расскажите, ка­ кое они имеют практическое значение.

4.В чем проявляются химические свойства металлов и приносят ли эти свойства пользу?

5..Какие известны механические свойства металлов и для чего нужно их знать?

6. Что такое прочность, как ее определить?

18

7. Какова роль удлинения металлов, как определяется удлинение, для каких практических целен нужно знание способности удли­ няться?

8.Что такое предел текучести металла и что дает знание этой величины?

9.Какая разница между упругой и пластической деформациями?

10.Что такое ударная вязкость металла?

11.Что такое технологические свойства металла?

12.Каково влияние углерода в составе сплава на технологические свойства?

§3. Поведение стали при ударной обработке

Впроцессе изготовления стальных строительных и котельных конструкций приходится осаживать и раскле­ пывать металл в холодном или в горячем состоянии.

Поэтому необходимо знать поведение стали при ударной обработке в области различных температур.

Исследования и опыты показывают, что холодное осаживание и расклепывание ударами хорошо перено­ сят, т. е. ие разрушаются и не теряют прочности, стали с высокой прочностью, например сталь 10 кп (Ст2 и 20кп*), из которой изготовляют заклепки для стальных конструкций и котельных изделий. Относительное удли­ нение стали Ст2 составляет 26%. Еще большую пластич­ ность имеют алюминиевые заклепки (40%) или заклеп­ ки из специальных металлов и сплавов; такие заклепки применяют в самолетостроении и приборостроении.

Фосфор способствует хрупкости стали в холодном состоянии, поэтому в заклепочной стали присутствие фосфора ограничивают величиной не более 0,05%.

С повышением температуры стали ее пластичность повышается. Именно поэтому операции ковки, прокатки, штамповки, клепки стремятся выполнять в горячем со­ стоянии.

При этом нужно отметить следующее.. Углеродистая заклепочная сталь в интервале температур 200—300°С снижает свои пластичность и вязкость и при обработке давлением или ударами в ней возникают трещины; это явление принято называть синеломкостью, так как при температуре 295°С чисто обработанная поверхность стали приобретает синий цвет и сталь становится хруп­ кой (ломкой).

* ГОСТ 10304—70 * на заклептнр^маушншйj ^ hhocth общего на-

значения.

' 11V'■ г.-.блячная-

НО у-1НО-ГЧ-JX!!Я Че Од. я

биОяиствма С ( С Р

Дальнейшее повышение температуры низкоуглеро­ дистой стали до 500—600° С вызывает снижение ударной вязкости, а если содержание серы в ней превышает 0,05%, то металл будет хрупким и может не выдержать обработки давлением пли ударами.

тервале этих температур создаются наиболее благопри­ ятные условия для обработки стали давлением и уда­ рами.

Нагрев выше температуры 1150° С является опасным для стали, так как становится возможным ее пережог, при котором прочность и пластичность остывшего метал­ ла резко снижаются и он становится непригодным.

В области температур 600—1100°С низкоуглеродпстая сталь удовлетворительно переносит пластические деформации, не требует особо сильных ударов пли боль­ ших усилий давления и при этом в процессе обработки ударами или давлением в металле не возникают дефек­ ты; по окончании обработки прочность и пластичность остывшей стали не снижаются и остаются на уровне ис­ ходных.

Таким образом, из условий прочности заклепок из иизкоуглеродпстой стали горячую клепку необходимо выполнять в интервале 1100—600° С, не допуская нагре­ ва заклепок выше температуры 1100° С, чтобы не пере­ жечь металл, и заканчивая процесс клепки при темпе­ ратуре не ниже 600° С.

Вопросы для повторения

1. Какие марки сталей хорошо переносят холодное осаживание и расклепывание, т. е. пригодны для заклепок?

2.Что такое синеломкость, как она проявляется и при каких ус­ ловиях?

3.Какой интервал температур является оптимальным для удар­ ной обработки низкоуглеродистой стали?

4.Какое влияние оказывают фосфор и сера на сталь?

§ 4. Наклеп

Пластинка из мягкой иизкоуглеродпстой стали обыч­ но имеет высокую пластичность и ее не удается перело­ мить при нескольких загибах в противоположные стороны. Но если эту мягкую стальную пластинку по­ ложить на наковальню и обстучать молотком по поверх-

18

сталь после остукивания молотком изменилась п стала хрупкой. Что же произошло?

Дело в том, что металлы с-остоят из мельчайших час­ тиц, нормально занимающих строго определенное поло­ жение по отношению друг к другу, т. е. имеющих в нор­ мальном состоянии, строго определенное внутреннее строение; между собой частицы связаны силами внутрен­ него сцепления; при сильном остукиванип молотком ка­ кого-либо места пластинки происходит внутреннее смещение частиц на этом участке, т. е. искажается внут­ реннее строение; при этом внутренняя связь между частицами становится напряженной; такое состояние на­ зывается состоянием н а к л е п а .

После остукивания пластинки этот участок находится в состоянии наклепа или, как принято говорить, получил наклеп, в результате чего твердость его увеличилась, а пластичность снизилась или, как говорят, материал на этом участке упрочнился.

При очень сильном наклепе искажение внутреннего строения металла может оказаться столь значительным, что нарушится внутренняя связь между частицами ме­ талла, в нем появятся мельчайшие трещинки и он ока­ жется негодным к применению. Именно поэтому опера­ ции холодной правки, осаживания, расклепывания металла должны производиться осторожными и умерен­ ными по силе ударами, по разным местам, чтобы не вы­ зывать чрезмерный наклеп.

Наклеп появляется не только после ударов, но и при сильном давлении; например, в процессе прокатки на вальцах холодные или недостаточно нагретые стальные листы также теряют пластичность. Холодная клепка давлением на машинах, пробивка отверстий, резка нож­ ницами также сопровождаются наклепом.

Наклепа не получится, если металл обрабатывать давлением в нагретом выше определенной температуры состоянии; для низкоуглеродистой стали такая темпера­ тура составляет около 860° С. Полученный наклеп можно устранить нагреванием выше определенной температуры (для низкоуглеродистой стали выше 860° С), выдержкой при этой температуре и последующим медленным ох­ лаждением металла; в результате сталь восстанавливает свое первоначальное строение и первоначальные свойст­

19

ва; такое явление называется р е к р и с т а л л и з а- ц и е й.

Под действием ударов пли давления металл может получить наклеп и при этом практически изменить или не изменить свою 'форму в зависимости от силы ударов или давления. Но если материал изменил свою форму или размеры в холодном состоянии от действия на него нагрузки, то такие изменения обязательно сопровожда­ ются наклепом. Поэтому некоторые изделия после хо­ лодной пластической деформации подвергают специаль­ ной термической обработке, называемой о т ж и г о м , для снятия наклепа и внутренних напряжений.

В заключение отметим, что металл, получивший на­ клеп, слабо сопротивляется коррозии. Опыт подтвержда­ ет это и устанавливает, что на стальной конструкции, работающей во влажном воздухе, первые очаги корро­ зийных разъеданий появятся на участках, получивших наклеп в процессе изготовления, т. е. на кромках проби­ тых отверстий, отрезанных механическими ножницами, на заклепках, расклепанных в холодном состоянии. Ско­ рость коррозии (см. далее) на этих участках также бу­ дет значительно выше.

Вопросы для повторения

1.Что такое наклеп, как он проявляется?

2.При каких операциях металл получает наклеп?

3.Что такое рекристаллизация, при каких условиях она происхо­ дит, каково ее практическое значение?

4.Может ли явление наклепа быть практически использовано при изготовлении изделии?

§ 5. Черные металлы

Черными металлами называются сплавы железа с уг­

2%; при содержании углерода более 2% сплав называет­ ся ч у г у н о м .

Ч у г у н

Современное производство черных металлов идет в такой последовательности: из руд выплавляют чугун, который перерабатывают в сталь.

Р у д а м и называют природные соединения того или иного металла с другими химическими элементами, ког­

20

да содержание металла достаточно для его промышлен­ ной добычи. В железных рудах металл присутствует в виде различных окислов, все другие вещества руд яв­ ляются пустой породой — кварц, глина, известняки.

Процесс получения чугуна из руды происходит в дом­ нах (шахтных печах), куда загружается железная руда, флюс и кокс или древесный уголь *; все эти материалы вместе составляют так называемую шихту. При горении топлива образуются продукты горения (отходящие газы), которые отнимают от окислов железа кислород и восстанавливают железо в чистом виде. Одновременно с этим из руды отделяются посторонние примеси, обра­ зующие вместе с флюсами шлак. Далее чистое железо науглероживается в домне, превращается в чугун, рас­ плавляется и скапливается внизу домны (в горне). Шлак, более легкий, всплывает на поверхность жидкого чугуна. Расплавленный чугун вместе со шлаками перио­ дически выпускается из доменной печи.

Обычно чугуны, кроме железа и углерода, содержат кремний, марганец, фосфор, серу, являющиеся в сплаве составляющими (примесями).

В машиностроении применяют серый чугун, обла­ дающий хорошими литейными свойствами и легко обра­ батываемый резанием (напильником, ножовкой). Этот чугун имеет темный цвет в изломе.

По сравнению со сталью чугун менее прочен, а кроме того, хрупок. Эти свойства ограничивают применение чу­ гуна в конструкциях.

Кроме серого, имеется белый чугун, светлый в изло­ ме. Этот чугун обладает очень большой по сравнению с серым чугуном твердостью и хрупкостью., Белый чугун применяется для защиты от истирания стальных корпу­ сов различных машин (дымососов, мельниц и др.).

Если белый чугун подвергнуть длительному отжигу, то он становится менее хрупким; получается особый вид чугуна — «ковкий», из которого делают соединительные части для водопроводных и других труб.

При изготовлении клепаных конструкций чугун не применяется.

* В последних конструкциях домен в качестве топлива использу­ ют природный газ.

21