Что такое сталь?
Что такое сталь от чего зависят ее свойства?
Как известно, сталь представляет собой сплав, в основном состоящий из железа и углерода. Благодаря присутствию последнего, в отличие от чистого железа, сталь приобретает более высокие прочностные характеристики, при этом материал теряет пластичность (ковкость).
Свойства стали, как правило, зависят от ее химического состава, прежде всего углерода, содержание которого может варьироваться в зависимости от сорта стали от 0,2 до 2,14%. С увеличением доли углерода сталь становится более прочной, но и более хрупкой. Сплав железа с углеродом в количестве свыше 2,14% уже является чугуном.
Хотя углерод является основным связующим (легирующим) материалом в стали, для этой цели также могут быть использованы некоторые другие элементы, такие как вольфрам, хром, никель, марганец, титан молибден и другие.
Различные типы и количества легирующих элементов использованы определения твердости, пластичности и прочности стали.
Легирующий элемент отвечает за поддержание структуры кристаллической решетки стали путем предотвращения перемещению атомов железа. Таким образом, он действует для стали в качестве затвердителя.
Плотность стали в зависимости от добавленных в нее компонентов варьируется в диапазоне от 7750 и 8050 кг/м3.
Еще одним способом изменения механических свойств стали является ее термическая обработка. Этот процесс влияет на пластичность, твердость, электрические и теплопроводные свойств стали.
Для чего используется сталь?
Существуют различные виды стали, такие как углеродистая сталь, мягкая сталь
, нержавеющая сталь, оцинкованная сталь и другие, которые в основном используется для строительства. Здания, стадионы, железнодорожные пути, мосты и тому подобное.Кроме того, сталь используется практически во всех отраслях промышленности, производстве транспортных средств, судов, самолетов и так далее.
Большинство ежедневно используемых нами предметов быта также изготовлено из стали, например посуда, бытовая техника. В наше время сталь используют также для изготовления мебели, она является неотъемлемой частью стиля Hi Tech.
Для чего нужны нержавеющие и оцинкованные стали?
Несмотря на все преимущества стали, такие как твердость, долговечность, тепло и электропроводность, от железа она унаследовала один основной недостаток – подверженность коррозии – ее способность окисляться.
Путем долгих исследований и испытаний человечество получило стали, способные успешно бороться с коррозией
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь в отличие от других стальных сплавов, практически не подвержена коррозии или ржавчине. При этом она имеет все основные свойства стали – прочность, износостойкость, пластичность.
По составу нержавеющая сталь отличается от углеродистой стали количеством присутствующего в ней хрома. Она содержит как минимум 10,5-11% хрома. Поэтому на поверхности нержавеющей стали, образуется слой оксида хрома, который является инертным. Это является основной причиной антикоррозионных свойств нержавеющей стали. Благодаря этому, нержавеющая сталь используется в случаях контакта поверхности металла с водой или агрессивными средами.
Оцинкованная сталь
Оцинкованная сталь это та же углеродистая сталь с нанесенным покрытием, предохраняющим металл от коррозии. Как можно догадаться в качестве покрытия оцинкованной стали используется материал с высокими антикоррозионными свойствами — цинк. Технологический процесс нанесения цинка на углеродистую сталь называется цинкованием или гальванизация. Существует два способа нанесения цинкового покрытия – погружение в расплавленный цинк и метод электролиза, выделение цинка на поверхности стали из солей цинка под воздействием электрического тока.
Более подробно подробную информацию читайте в статье «Различие между нержавеющей и оцинкованной сталью».
sdlc.ru
виды, классы, информация по стали и металлопрокату
Словом «сталь» обозначают сплавы железа с углеродом и другими химическими элементами, отвечающие следующим условиям: углерода в сплаве от 0,1% до 2,14%, а железа – не менее 45%. Существуют обычные углеродистые стали, стали легированные и высоколегированные. В последних двух случаях в сплав добавляются легирующие элементы, которые придают стали особую прочность.
Для чего вообще железо смешивать с углеродом? Это начали делать после того, как открыли влияние углерода на железо, выявили, как изменяются после этого физические свойства железа: оно становится более прочным, крепким, но при этом теряет пластичность. Добавление легирующих элементов еще больше усиливает этот эффект.
Между собой стали подразделяются по различным признакам, а потому существует несколько их классификаций. Давайте рассмотрим их по порядку и начнем с уже упоминавшихся трех классов, сгруппированных по химическим признакам:
УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
К таким сталям относят любые сплавы железа и углерода, не содержащие дополнительных легирующих элементов, и предназначенные для конструкционных и инструментальных задач. В свою очередь, углеродистая группа делится на подгруппы по количеству углерода в сплаве:
- низкоуглеродистая (где присутствует до 0,25% углерода),
- среднеуглеродистая (от 0,25% до 0,6% углерода в сплаве)
- высокоуглеродистая (до 2% углерода).
Главное отличие углеродистых сталей – их высокие прочность и твердость, а в химическом плане – еще и малое содержание иных примесей.
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Так называют все сплавы железа и углерода с добавлением (для прочности конечного продукта) легирующих элементов. Так же, как и углеродистые, стали легированные разделяются по подгруппам, в зависимости от качества и количества легирующей примеси в них:
- низколегированные стали (в их сплаве менее 4% легирующих добавок)
- среднелегированные (от 4% до 11% легирующих элементов в сплаве)
- высоколегированные стали (в них более 11% легирующих элементов).
В качестве легирующих элементов могут выступать хром (Cr), никель (Ni), молибден (Mo). В сочетании с железом и углеродом они обеспечивают получившийся материал износостойкостью и высокой прочностью.
Далее, стали можно разгруппировать по их структуре:
АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ
Аустенитными сталями называют железные сплавы, которые при кристаллизации образуют однофазную аустенитную структуру γ-Fe c гранецентрированной кристаллической решеткой и сохраняют ее при охлаждении до криогенных температур. Данный класс также можно разделить на подгруппы:
- коррозийностойкие аустенитные стали
- жаростойкие аустенитные стали
- жаропрочные аустенитные стали
- хладостойкие аустенитные стали
Другое название данного класса сталей – «сталь аустенитного класса».
ФЕРРИТНАЯ СТАЛЬ
Так называется сталь со структурой из легированного феррита с допустимыми добавлениями карбидов. Ферритную сталь (иное название – сталь ферритного класса) получают с добавлением к железу небольшого количества углерода и большой доли легирующего элемента, например, ванадия или кремния.
МАРТЕНСИТНАЯ СТАЛЬ
Мартенсит – это игольчатая микроструктура в некоторых чистых металлах и закаленных металлических сплавах. Мартенситными сталями, в свою очередь, называют сплавы с преобладанием мартенсита в структуре. Помимо железа в таких сплавах содержится небольшое количество углерода (около 0,2%), и сравнительно большое количество хрома – от 11% до 17%. Допускается и наличие в мартенситной стали других элементов: никеля, ванадия или молибдена. Стали мартенситного класса стойки к щелочным средам, способны к самозакаливанию, обладают невысокой пластичностью и высокой жаропрочностью.
БЕЙНИТНАЯ СТАЛЬ
Бейнитом называют структуру стали, которая образуется в ходе промежуточного превращения аустенита. Поэтому иногда такую структуру называют «промежуточной». Химически сталь бейнитного класса отличается наличием легирующих добавок и низким содержанием углерода.
ПЕРЛИТНАЯ СТАЛЬ
Стали перлитного класса объединяют из следующих подгрупп:
- доэвтектоидные стали (то есть, стали с содержанием углерода менее 0,8%)
- эвтектоидные стали (стали с содержанием 0,8% углерода в сплаве)
- заэвтектоидные стали (содержание углерода от 0,8% до 2%).
Все они отличаются сравнительно небольшим содержанием легирующих элементов.
Другой, наиболее простой способ классификации стали – по ее качеству, которое зависит от характеристик элементов, участвующих в создании сплава, и их количества в нем.
СТАЛЬ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА
Самый дешевый вид стали, что обусловлено качеством сплава. В стали обыкновенного качества допускается присутствие загрязнений, сторонних (то есть, не входящих в «рецептуру» сплава) элементов и даже неметаллических вкраплений. Вместе с тем, у обыкновенной стали есть свои градации качества: А, Б и В, при этом, в маркировке стали указываются только буквы «Б» и «В». Если же в указании марки стали обыкновенного качества нет буквенного обозначения, то подразумевается по умолчанию, что она относится к классу «А». В чем же особенности этих подклассов?
- сталь А – без указания химического состава, но с гарантией определенных механических свойств;
- сталь Б – химические свойства указываются, но не гарантируются механические свойства материала;
- сталь В – гарантируются определенные химические и механические свойства материала.
Из марок стали обыкновенного качества не рекомендуется изготавливать изделия, которые должны выдерживать большие нагрузки во время эксплуатации. Другое название стали обыкновенного качества – «рядовая сталь».
КАЧЕСТВЕННАЯ СТАЛЬ
К составу этой стали предъявляются гораздо более высокие требования, чем к предыдущей. В ней тоже допускаются включения неметаллических элементов, но совсем незначительные. Содержание серы в сплаве такой стали – не более 0,4%. Столько же может содержаться и фосфора – не более четырех десятых процента.
Плавят качественные стали в мартенах и кислородных конвертерах. Более высокие свойства качественной стали позволяют изготавливать изделия, которые допустимо использовать в сферах, где на них будет оказываться большая физическая нагрузка.
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ СТАЛЬ
К составу этого вида стали предъявляются высокие стандарты. В сплаве не должно быть неметаллических вкраплений, процентное соотношение вредных примесей допускается совсем мизерное (серы – до 0,030%, фосфора – до 0,035%). Также понижено допустимое присутствие в высококачественном сплаве углерода.
Высококачественные стали выплавляются в электрических и кислых мартенах. Изготавливать из них можно любые металлические изделия, без боязни быстрой поломки или недостаточной износостойкости. При этом, нужно учитывать, что высококачественный сплав отличается повышенной вязкостью, нежели качественный.
СТАЛЬ ОСОБО ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ
Особо высококачественные стали изготавливаются с помощью самых современных методов, позволяющих не допускать сторонних, не входящих в «рецептуру» элементов и добиваться предельно высокой частоты сплава. Плавка таких сталей производится в электропечах с электрошлаковым переплавом. В химическом составе особо высококачественных сплавов практически нет газов и неметаллических вкраплений.
В конце марки особо высококачественных сталей принято ставить букву Ш. Поскольку производство таких материалов довольно трудоемкое и дорогое, то изготавливают из них изделия с наиболее ответственными функциями.
Наконец, популярно разделение сталей по их назначению. Такая классификация содержит большое множество групп:
КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ
Применяются для изготовления механизмов, деталей, конструкции в строительстве, машиностроении, автомобилестроении, судостроении. Внутри этой группы сталей есть свои подгруппы, которые состоят из сплавов, различающихся между собой прежде всего качеством.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Так называют стали, которые содержат от 0,7% углерода и выше. Содержание серы и фосфора в сплаве определяет качество инструментальной стали (она может быть качественной и высококачественной).
Отличаются инструментальные стали невысокой стоимостью, высокой твердостью, но, при этом, невысокой износостойчивостью.
Внутри группы принято деление на следующие подгруппы:
инструментальные углеродистые стали
инструментальные легированные стали
инструментальные валковые стали
стали инструментальные штамповые
стали инструментальные быстрорежущие.
По названию всей группы не трудно догадаться, что из такого рода материалов изготавливают различные инструменты: метчики, топоры, молотки, пилы, фрезы и прочее.
НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ
Другое их название – «коррозийно-стойкие стали». Само название указывает на главное их свойство: они не подвержены коррозийным влияниям и стойки к воздействию агрессивных сред. Достигается это за счет включения в сплав с железом металла с антикоррозийными свойствами. Чаще всего в этой роли в нержавеющих сталях выступает хром или соединение хрома и никеля. Чем больше содержание хрома в сплаве, тем более коррозийно-стойкой оказывается сталь.
СТАЛИ ЖАРОПРОЧНЫЕ
Главное их отличие – стойкость к высоким температурам, высокие показатели ползучести и длительной прочности (это основные характеристики жаропрочных материалов). Изделия из таких сталей можно использовать длительное время в условиях высокой температуры, не опасаясь, что они начнут деформироваться и разрушаться. Соответственно, из жаропрочных сталей делают лопатки паровых турбин, газовые турбины, котельные установки, детали ракет и многое другое.
При создании жаропрочного сплава внимание прежде всего обращают на следующие характеристики основного компонента: температура плавления, легирование, режимы уже пройденной им термообработки.
По легированию жаропрочных сталей их подразделяют на уже рассмотренные на этой странице классы:
ферритные
мартенситные
мартенситно-ферритные
аустенитные.
СТАЛИ ЖАРОСТОЙКИЕ
Другое название – «окалиностойкие стали». Они отличаются стойкостью к коррозийному воздействию в газовых средах при повышенных температурах (имеются в виду температуры выше 550 °C). Поверхность их не окисляется и не начинает разрушаться при таком температурном режиме, что позволяет изготавливать из них изделия, которые предназначены для функционирования в условиях повышенных температур. Изделиями могут быть части двигателей машин и самолетов, конструкционные части печей, трубы теплоприемников.
Чтобы добиться окалиностойких свойств, в сплав добавляют некоторые элементы, которые при повышении температур образуют на поверхности стали защитный слой. В современной металлургии элементами этими выступают хром или кремний, которые при окислении образуют оксиды. От количества хрома или кремния зависит степень жаростойкости материала. Чтобы добиться наиболее высоких жаростойких свойств, в сплав вводят и хром, и кремний одновременно.
Внутри жаростойких сталей есть свое разделение на группы, различающиеся составом и структурой:
- стали хромистые ферритного класса
- стали хромокремнистые мартенситного класса
- хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса
- хромоникелевые аустенитные стали.
И КРИОГЕННЫЕ СТАЛИ.
Остались еще вопросы?
Оставьте заявку и мы Вам перезвоним.
mirsplava.ru
Сплавы железа — Материалы и свойства
Содержание статьи
Строго говоря, единственным представителем собственно черных металлов является железо, однако к этому классу металлов относят и так называемые железные сплавы: чугун, сталь, ферросплавы.
Железо – пластичный блестящий металл серо-белого цвета, способный растворять углерод и другие элементы, что создает условия для получения сплавов на его основе. Железо легко куется в холодном и нагретом состоянии, поддается различным способам механической обработки (прокатке, штамповке, резанию и др.). Это наиболее доступный и дешевый металл.
В твердом состоянии оно имеет несколько кристаллических модификаций, которые могут переходить одна в другую при нагревании или охлаждении. Изменившееся строение кристаллической решетки, приобретенное металлом при более низкой температуре, принято обозначать буквой α (α -железо), при более высокой – буквой β (β -железо), при дальнейшем повышении температуры – буквой γ (γ -железо). Так, при нагревании свыше 723 °C α -железо переходит в γ -железо. Это наиболее важное превращение широко используют в термообработке. Оно сопровождается перестройкой решетки с распадом существующих кристаллов и образованием новых. При этом резко увеличивается способность железа растворять углерод и улучшаются механические свойства его сплавов.
Железо образует сплавы со многими металлами и неметаллами. Наиболее разнообразные свойства имеют железоуглеродистые сплавы, что связано с их структурой. К структурным составляющим железоуглеродистых сплавов относятся: феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит.
Феррит
Феррит – твердый раствор углерода (до 0,02 %) в a-железе. Поскольку α -железо растворяет углерод при комнатной температуре лишь в тысячных долях процента, то свойства феррита близки к свойствам чистого железа. Он имеет небольшую прочность и твердость, но очень пластичен. Эта структура преобладает у тонколистовой и низкоуглеродистой стали.
Аустенит
Аустенит – твердый раствор углерода (до 2 %) и легирующих элементов в α -железе. Твердость его в 2—2,5 раза больше, чем у феррита, при высокой пластичности. Такую структуру получают при термической и химико-термической обработке.
Цементит
Перлит
Перлит – механическая смесь феррита с цементитом, образуемая при распаде аустенита, с содержанием 0,8 % углерода. Наиболее распространенная структурная составляющая сталей и чугунов.
Ледебурит
Ледебурит – одна из основных структурных составляющих железоуглеродистых сплавов. В момент образования состоит из цементита и аустенита, а после охлаждения – из цементита и перлита. Содержит 4,3 % углерода, отличается высокой твердостью и хрупкостью.
Чугун
Чугун – сплав железа с углеродом (2 – 4,3%), содержащий постоянные примеси кремния (до 4,5%), марганца (1,5%), фосфора (до 1,5%) и серы (0,08%), а в ряде случаев и легирующие элементы (обычно металлы, например никель, хром, медь, алюминий), включаемые в сплавы для придания последним требуемых свойств.
Различают чугун передельный (как правило, белый), используемый для передела в сталь, и литейный (серый), служащий для получения отливок. Доля передельного чугуна в общем объеме выплавляемых чугунов составляет около 80 %.
Для улучшения свойств серый чугун модифицируют или легируют. Разновидностью легированных чугунов являются специальные чугуны, к которым относятся антифрикционные, жаростойкие, износостойкие и др. Более высокими механическими свойствами и меньшей по сравнению с серым чугуном хрупкостью обладает ковкий чугун, занимающий промежуточное положение между чугуном и сталью.
arxipedia.ru
Сталь — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Сталь (от нем. Stahl)[1] — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в стали от 0,1 до 2,14 %. На данный момент существуют стали с большим содержанием углерода, такие как: zdp-189 ~ 3,0 %, cpm rex 121 ~ 3,4 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь), содержащий не менее 45 % железа.
Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.
Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы, кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью [2].
encyclopaedia.bid
Металлы и сплавы
Категория: Облицовка камнем
Металлы и сплавы
Металлы, применяемые в строительстве, разделяются на черные и цветные.
Черные металлы — это сплавы железа с углеродом, содержащие в малых количествах кремний, марганец, фосфор, серу и другие химические вещества.
Черные металлы по содержанию углерода делятся на чугуны и стали. Количество углерода в чугуне 2—4,3%, в стали — до 2%. Сталь в отличие от чугуна, хрупкого металла, пластична, упруга и обладает высокой способностью обрабатываться.
Добавки легирующих веществ (медь, никель, хром, вольфрам, молибден, кобальт, алюминий и др.) придают черным металлам некоторые специфические свойства (жаростойкость, износостойкость, коррозионную стойкость).
Цветные металлы и сплавы подразделяют по плотности на легкие и тяжелые. К легким относятся сплавы на основе алюминия, магния,^ тяжелым — на основе меди, никеля, цинка, олова, свинца.
По химическому составу стали разделяются на углеродистые и легированные.
В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы подразделяют на категории: группы А — 1, 2, 3; группы Б — 1, 2; группы В — 1, 2, 3, 4, 5, 6.
В строительстве в основном применяют углеродистую сталь обыкновенного качества группы А (табл. 36). Она, кроме 0,06—0,62% углерода, содержит небольшое количество кремния и марганца.
В зависимости от назначения углеродистые стали делят на конструкционные, содержащие 0,02—0,6% углерода, и инструментальные – 0,65—1,4%. Повышение углерода в инструментальных сталях придает им высокую твердость, но вызывает повышенную хрупкость.
Легированные стили (табл. 37) в зависимости от величины легирующих добавок бывают низколегированные, содержащие до 2% добавок, среднелегированные — от 2 до 10% и высоколегированные — более 10%. В строительстве широко применяют низколегированную сталь. Нержавеющая сталь, используемая для изготовления пиронов и закреп, относится к высоколегированным.
В качестве легирующих добавок применяют: кремний— С, хром — X, никель — Н, молибден — М, марганец— Г, вольфрам — В, алюминий — Ю, медь — Д, кобальт — К.
Высоколегированные стали делятся на три группы: нержавеющие и кислотостойкие; окалиностоикие и жаропрочные; сплавы с высоким электросопротивлением.
В чистом виде медь в строительстве практически не применяется. Ее используют в виде сплавов — латуни и бронзы.
Латунь — это сплав меди с цинком (до 40%), а бронза — сплав меди с оловом или каким-либо металлом, кроме пинка.
Латуни и бронзы обладают коррозионной стойкостью, твердостью, достаточной прочностью, а облицовочных работах применяются для изготовления элементов крепления каменных облицовок в виде пиропов, закреп, проволоки.
Свинец получают в виде роллов, листов для прокладок, проволоки, лент. Рольный свинец представляет собой листы толщиной 1,5—2 мм, шириной 0,8—1 м и длиной 10—15 м. Свинец пластичен и легко режется; применяют свинец для зачекапки швов между элементами облицовки из гранита.
В строительстве используют черные металлы — сталь и чугун, цветные металлы — алюминиевые и медные сплавы.
Сталь
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, кроме того, в незначительных количествах в ней содержатся примесь марганца, кремния, фосфора, серы. Наличие фосфора более 0,05% делает сталь хрупкой при низкой температуре, а серы более 0,055% приводит к образованию трещин в горячем состоянии. Получают сталь в результате переплавки чугуна в мартеновских печах или конверторах. По способу получения марки стали, применяемые в строительстве, делятся на спокойные (СП), полуспокойные (ПС) и кипящие например, СтЗкп. Из стали возводят каркасы зданий, изготовляют арматуру для железобетона, трубы, кровельные листы, дверные и оконные приборы, заклепки, болты, гвозди. В несущих стальных конструкциях, эксплуатируемых при температуре ниже — 30 °С, кипящие стали, как правило, не применяют.
Основные механические характеристики сталей, употребляемых в строительстве, — прочность, пластичность, усталость. Прочность измеряется в двух состояниях, при достижении металлом предела текучести когда сталь течет без увеличения внешней нагрузки и при достижении предела прочности, при котором материал разрушается. Для расчета конструкций принимается расчетное сопротивление стали, соответствующее пределу текучести. Стадия текучести благодаря пластичности металла (т. е. способности возвращаться в первоначальное состояние после снятия внешней нагрузки) может повторяться многократно без изменения механических свойств материала. Причем чем меньше содержание углерода в стали, тем более она пластична.
Усталостью металла называют изменение его состояния под действием многократно повторяющейся внешней нагрузки, приводящее к его прогрессирующему разрушению. Напряжение, при котором металл разрушается от усталости, называется его вибрационной прочностью. В зависимости от прочности применяемые в строительстве стали подразделяют на классы С 38/23, С 44/29, С 46/33 и др. Цифры в индексе класса обозначают: числитель — минимальное значение временного сопротивления на разрыв, знаменатель — минимальное значение предела текучести. При поставке стали, предназначенной для строительных конструкций, указывают марку и группу стали, а также предел текучести, содержание углерода, серы, фосфора.
Сортамент стальных профилей, поставляемых заводами на строительные площадки, включает (рис. 1): сталь — круглую, квадратную, полосовую, уголки — равнобокие и неравнобокие, профили — зетовый, швеллер, двутавровый, а также трубы, полосы, волнистую и рифленую сталь и специальные профили для оконных переплетов. Стальные профили выпускают длиной 6…12 м.
Рис. 1. Прокатные стальные профилиСтальные конструкции — балки, фермы, колонны собирают из профилей необходимой длины с помощью сварки и болтов. Наиболее простым, надежным и дешевым соединением является сварка. По методу выполнения различают сварку ручную, автоматическую и полуавтоматическую. По виду соединения сварные швы подразделяют на швы встык и угловые (лобовые, втавр, фланговые). Прочность сварных швов должна быть не ниже прочности соединяемых элементов. Болтовые соединения применяют для крепления конструкций при монтаже до сварки их рабочими швами. Такие болты называются черными или монтажными. Опорные узлы стальных колонн, балок и ферм крепят к фундаментам и опорам с помощью черных анкерных болтов. Черные болты ставятся в отверстия с зазором 2…3 мм.
Металлические конструкции от взаимодействия материала с окружающей средой подвергаются разрушению — коррозии. Для предохранения от коррозии поверхность металла покрывают красками, лаками, эмалями или пленкой другого металла, менее подверженного коррозии (например, цинком, слоем бетона или цементного раствора).
Алюминий. Алюминиевые сплавы, применяемые в строительстве, имеют прочность, почти равную прочности стали, но они значительно легче (плотность алюминия —2900 кг/м3, стали — 7850 кг/м3) и стойки против коррозии. Из них делают сборные и сборно-разборные конструкции магазинов и столовых для отдаленных и труднодоступных районов, а также стеновые панели, витрины, витражи, окна для торговых зданий с высокими архитектурными требованиями. Алюминиевые конструкции выполняют из листов и профилей. Листы изготавливают прокаткой, а профили — прокаткой и прессованием. При прессовании слиток продавливают сквозь матрицу, имеющую отверстие необходимого профиля. В сортамент прокатных алюминиевых профилей входят круг, квадрах, многогранник, полоса, а также листы толщиной 0,5… 10 мм; прессованные профили — уголки, швеллеры, тавры и двутавры, а также Z-образные профили. Элементы из алюминиевых сплавов соединяют между собой с помощью болтов, заклепок или клея.
Несмотря на то что алюминий более стойкий к коррозии, чем сталь, в месте контакта со сталью детали из алюминиевых сплавов необходимо защищать от коррозии. Для защиты от коррозии алюминиевые конструкции покрывают пленкой (оксидируют), а затем грунтуют. Стойкость против коррозии можно повысить анодированием — нанесением на поверхность тонкого слоя никеля, меди, латуни. Анодирование с цветным наполнителем окрашивает поверхность алюминиевых конструкций в различные цвета, придавая им красивый внешний вид.
Металлические конструкции имеют небольшую огнестойкость — 0,5 ч. Поэтому применение незащищенных от огня металлических конструкций в качестве несущих элементов в зданиях торговли и общественного питания не допускается. Для повышения огнестойкости металлические конструкции бетонируют, штукатурят и обкладывают кирпичом. Защитные противопожарные мероприятия значительно увеличивают массу конструкций, сечения элементов, повышают трудоемкость и стоимость строительства. Строительство зданий торговли и общественного питания с применением несущих металлических конструкций допускается только в исключительных случаях и по специальному разрешению.
В строительстве используют черные металлы — сталь и чугун, цветные металлы — алюминиевые и медные сплавы.
Сталь. Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, кроме того, в незначительных количествах в ней содержатся примесь марганца, кремния, фосфора, серы. Наличие фосфора более 0,05% делает сталь хрупкой при низкой температуре, а серы более 0,055% приводит к образованию трещин в горячем состоянии. Получают сталь в результате переплавки чугуна в мартеновских печах или конверторах. По способу получения марки стали, применяемые в строительстве, делятся на спокойные (СП), полуспокойные (ПС) и кипящие (КП), например, СтЗкп. Из стали возводят каркасы зданий, изготовляют арматуру для железобетона, трубы, кровельные листы, дверные и оконные приборы, заклепки, болты, гвозди. В несущих стальных конструкциях, эксплуатируемых при температуре ниже — 30 СС, кипящие стали, как правило, не применяют.
Основные механические характеристики сталей, употребляемых в строительстве, — прочность, пластичность, усталость. Прочность измеряется в двух состояниях, при достижении металлом предела текучести когда сталь течет без увеличения внешней нагрузки и при достижении предела прочности, при котором материал разрушается. Для расчета конструкций принимается расчетное сопротивление стали, соответствующее пределу текучести. Стадия текучести благодаря пластичности металла (т. е. способности возвращаться в первоначальное состояние после снятия внешней нагрузки) может повторяться многократно без изменения механических свойств материала. Причем чем меньше содержание углерода в стали, тем более она пластична.
Усталостью металла называют изменение его состояния под действием многократно повторяющейся внешней нагрузки, приводящее к его прогрессирующему разрушению. Напряжение, при котором металл разрушается от усталости, называется его вибрационной прочностью. В зависимости от прочности применяемые в строительстве стали подразделяют на классы С 38/23, С 44/29, С 46/33 и др. Цифры в индексе класса обозначают: числитель — минимальное значение временного сопротивления на разрыв, знаменатель — минимальное значение предела текучести. При поставке стали, предназначенной для строительных конструкций, указывают марку и группу стали, а также предел текучести, содержание углерода, серы, фосфора.
Сортамент стальных профилей, поставляемых заводами на строительные площадки, включает (рис. 1): сталь — круглую, квадратную, полосовую, уголки — равнобокие и неравно-бокие, профили — зетовый, швеллер, двутавровый, а также трубы, полосы, волнистую и рифленую сталь и специальные профили для оконных переплетов. Стальные профили выпускают длиной 6… 12 м.
Стальные конструкции — балки, фермы, колонны собирают из профилей необходимой длины с помощью сварки и болтов. Наиболее простым, надежным и дешевым соединением является сварка. По методу выполнения различают сварку ручную, автоматическую и полуавтоматическую. По виду соединения сварные швы подразделяют на швы встык и угловые (лобовые, втавр, фланговые). Прочность сварных швов должна быть не ниже прочности соединяемых элементов. Болтовые соединения применяют для крепления конструкций при монтаже до сварки их рабочими швами. Такие болты называются черными или монтажными. Опорные узлы стальных колонн, балок и ферм крепят к фундаментам и опорам с помощью черных анкерных болтов. Черные болты ставятся в отверстия с зазором 2…3 мм.
Рис. 2. Прокатные стальные профили
Металлические конструкции от взаимодействия материала с окружающей средой подвергаются разрушению — коррозии. Для предохранения от коррозии поверхность металла покрывают красками, лаками, эмалями или пленкой другого металла, менее подверженного коррозии (например, цинком, слоем бетона или цементного раствора).
Алюминий. Алюминиевые сплавы, применяемые в строительстве, имеют прочность, почти равную прочности стали, но они значительно легче (плотность алюминия — 2900 кг/м3, стали — 7850 кг/м3) и стойки против коррозии. Из них делают сборные и сборно-разборные конструкции магазинов и столовых для отдаленных и труднодоступных районов, а также стеновые панели, витрины, витражи, окна для торговых зданий с высокими архитектурными требованиями. Алюминиевые конструкции выполняют из листов и профилей. Листы изготавливают прокаткой, а профили — прокаткой и прессованием. При прессовании слиток продавливают сквозь матрицу, имеющую отверстие необходимого профиля. В сортамент прокатных алюминиевых профилей входят круг, квадрат, многогранник, полоса, а также листы толщиной 0,5… 10 мм; прессованные профили — уголки, швеллеры, тавры и двутавры, а также Z-об-разные профили. Элементы из алюминиевых сплавов соединяют между собой с помощью болтов, заклепок или клея.
Несмотря на то что алюминий более стойкий к коррозии, чем сталь, в месте контакта со сталью детали из алюминиевых сплавов необходимо защищать от коррозии. Для защиты от коррозии алюминиевые конструкции покрывают пленкой (оксидируют), а затем грунтуют. Стойкость против коррозии можно повысить анодированием — нанесением на поверхность тонкого слоя никеля, меди, латуни. Анодирование с цветным наполнителем окрашивает поверхность алюминиевых конструкций в различные цвета, придавая им красивый внешний вид.
Металлические конструкции имеют небольшую огнестойкость — 0,5 ч. Поэтому применение незащищенных от огня металлических конструкций в качестве несущих элементов в зданиях торговли и общественного питания не допускается. Для повышения огнестойкости металлические конструкции бетонируют, штукатурят и обкладывают кирпичом. Защитные противопожарные мероприятия значительно увеличивают массу конструкций, сечения элементов, повышают трудоемкость и стоимость строительства. Строительство зданий торговли и общественного питания с применением несущих металлических конструкций допускается только в исключительных случаях и по специальному разрешению.
Металлы — кристаллические вещества, обладающие высокими электропроводимостью и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и рядом других специфических свойств. Свойства металлов обусловлены их строением: в их кристаллической решетке есть не связанные с атомами электроны, которые могут свободно перемещаться.
В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы, что связано с трудностью получения чистых веществ, а также с необходимостью придания металлам требуемых свойств.
Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь). На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы, поэтому далее он относится и к металлическим сплавам.
Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь).
Чугун — сплав железа с углеродом (более 2%), некоторым количеством марганца (до 1,5%), кремния (до 4,5%), а иногда и других элементов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.
Сталь — сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. По химическому составу различают стали углеродистые и легированные, а по назначению — конструкционные, инструментальные и специальные.
К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на их основе, кроме железа. В строительстве применяют сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана.
Металлы обладают высокой прочностью, причем прочность на изгиб и растяжение у них практически такая же, как и на сжатие (у каменных материалов прочность на растяжение и изгиб в 10…15 раз ниже прочности на сжатие). Так, прочность стали более чем в 10 раз превышает прочность бетона на сжатие и в 200…300 раз прочность на изгиб, поэтому, несмотря на то, что плотность стали (7850 кг/м3) в три раза выше плотности бетона (2500 кг/м3), металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче и компактнее бетонных. Еще более эффективны с этой точки зрения конструкции из легких сплавов.
Металлы очень технологичны: во-первых, изделия из них можно получать различными индустриальными методами (прокатом, волочением, штамповкой и т. п.), во-вторых, металлические изделия и конструкции легко соединяются друг с другом с помощью болтов, заклепок и сварки.
Однако с точки зрения строителя металлы имеют и недостатки. Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня. Это объясняется тем, что при нагревании прочность металлов резко снижается и металлоконструкции теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб народному хозяйству наносит коррозия металлов. И наконец, металлы широко применяют в других отраслях промышленности, поэтому их использование в строительстве должно быть обосновано экономически.
Облицовка камнем — Металлы и сплавы
gardenweb.ru
Сталь для ножей в зависимости от сплавов
В современном мире сталь для ножей играет важную роль в жизнедеятельности человека, так как с данным предметом приходится сталкиваться практически на протяжении всего существования. Теперь для изготовления применяются самые различные технологии обработки, которые подразумевают наличие сплавов. Все добавляемые примеси призваны улучшить качество создаваемого изделия. Ученые всей планеты мечтают добиться того, чтобы качество сплавов вышло на новый уровень, благодаря чему возникают замысловатые технологии и рецептуры. В настоящее время есть определенные марки стали для ножей, позволяющие выбрать лучший вариант в зависимости от области применения.
Ведется постоянная борьба за физические качества вроде твердости, жаростойкости и износостойкости. Качественная сталь для ножей должна обеспечивать хорошую сопротивляемость к проникновению внутрь других тел. То есть она обязана переносить серьезные нагрузки, не деформируясь и не теряя своей формы. Кроме того, немаловажное значение имеет способность материала к изнашиванию, что обусловлено в первую очередь содержанием самых твердых карбидов (ванадия, молибдена и вольфрама). Именно по этой причине марки CPM 10V и CPM S90V обладают повышенной износостойкостью.
Каждый химический элемент по-своему влияет на сталь для ножей, придавая ей то или иное качество. Одним из базовых компонентов считается углерод, предопределяющий во многом основные характеристики. Благодаря этому элементу появляется возможность закалять сталь для ножей. Твердость будет зависеть в основном от его соотношения. Однако в то же самое время из-за углерода увеличивается подверженность металла коррозии. Обычно наличие углерода не должно быть менее 0,6 процентов, но многие производители не обращают на этот показатель особого внимания, выпуская изделия низкого качества с невысокой стоимостью.
Другой распространенный и необходимый элемент – хром. С его помощью удается успешно противостоять коррозии, добавив в сталь для ножей. Если количество представленного компонента превышает 14 процентов, то можно считать, что это нержавеющее изделие. Однако большое содержание хрома негативно сказывается на прочностных характеристиках. В качестве легирующей добавки очень часто используется молибден, способный повысить жаропрочность и устойчивость к коррозии. Безусловно, он положительно влияет на любую сталь для ножа.
Достаточно интересным элементом предстает ванадий, который помогает обогатить физические свойства различных сплавов. Его основная функция заключается в том, чтобы в значительной степени увеличить износостойкость и прочность. Сталь для ножей обогащенная данным элементом способна длительный период сохранять режущие качества. Однако следует отметить, что заточка такого ножа становится более трудоемкой. Во многих случаях в сплав входит кобальт, отличающийся высокой прочностью. Его, как правило, содержат марки N690 и VG-10. Также ножевая сталь может включать никель, азот, серу, кремний, титан и многие другие химические элементы.
fb.ru
Сплавы железа — Популярная химия
Сплавами называют материалы, состоящие из нескольких химических элементов, из которых хотя бы один является металлом.
В металлургии железо и все его сплавы называют чёрными металлами.
Все сплавы железа разделяют на стали и чугуны.
В чистом виде железо слишком мягкое, поэтому для повышения прочности в него вводят углерод. И в зависимости от его содержания сплавы железа делятся на стали и чугуны. Если углерода в сплаве содержится более 2,14%, то такой сплав называется чугуном. А если менее 2,14%, то это сталь.
Чугун
Обычно чугун содержит 2,5-4% углерода, 0,2-1,5% марганца, 1-4,5% кремния, примеси фосфора и серы.
По своей структуре чугуны делятся на белые и серые.
В белых чугунах большая часть углерода находится в виде цементита (карбида железа Fe3C). Такие чугуны очень твёрдые и хрупкие. Применяют их для изготовления деталей и конструкций, не требующих дальнейшей обработки.
В серых чугунах углерод содержится в виде структурного свободного графита. В изломе такой чугун имеет серый цвет. Он хорошо сваривается и обрабатывается режущими инструментами.
Очень давно, когда чугун только научились получать, его считали отходом производства, так как из-за его хрупкости из него нельзя было ковать изделия. Но позже расплавленный чугун научились заливать в формы и стали получать готовые чугунные изделия: пушечные ядра, посуду, решётки и др.
Получают чугун в доменных печах из железной руды. В состав железной руды входят оксиды железа. При плавке происходит их восстановление углеродом. В результате получается расплавленный металл с высоким содержанием углерода (чугун) и шлаки. Так как плотность чугуна в 2,5 раза выше плотности шлака, то он легко отделяется от шлаков.
Чугун выпускают для дальнейшей переделки в сталь и для литейного производства в чугунолитейных цехах.
Из чугуна изготавливают детали двигателей, цилиндры, втулки, станины, решётки, люки, тормозные колодки и др.
Сталь
Сплав железа с углеродом, в котором углерода содержится не более 2,14%, называют сталью.
По своему химическому составу различают сталь углеродистую и сталь легированную.
Углеродистая сталь, кроме углерода, содержит примеси кремния, серы и фосфора. Эта сталь имеет низкие электротехнические свойства, невысокую прочность. Она теряет твёрдость и режущую способность уже при 200о С. Кроме того, она подвергается коррозии в агрессивных средах.
Для улучшения физических и химических свойств стали в неё добавляют элементы, которые называют легирующими. А сама сталь называется легированной. В процессе легирования в сталь добавляют вольфрам, хром, никель, молибден, ванадий, а также большое количество марганца и кремния. Так, марганец увеличивает твёрдость и прочность стали. Медь делает сталь устойчивой к коррозии. А никель и хром увеличивает вязкость. Легированная сталь не имеет недостатков, присущих углеродистой стали.
По количественному содержанию добавок легированную сталь делят на три группы: низколегированную, среднелегированную и высоколегированную. Низколегированная сталь содержит не более 2,5% добавок. Среднелегированная – от 2,5 до 10%. А в состав высоколегированной стали входит более 10% добавок. Высоколегированные стали различаются на нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные стали.
На заре металлургии сталь получали из железной руды в плавильных горнах. Но оказалось, что гораздо проще и дешевле получать сталь из чугуна. Поэтому в современной металлургии чугун переплавляют в сталеплавильных печах, чтобы выжечь из него излишки водорода. И получают высококачественную сталь.
Сталь – прочный и пластичный материал. Её используют в металлических конструкциях зданий, мостов, в опорах линий электропередач, трубопроводах, резервуарах, в производстве арматуры, посуды, различного электрооборудования. Без стали невозможно представить кораблестроение, автомобилестроение, авиастроение и многие другие отрасли современной промышленности.
ximik.biz