Металлы и изделия из металлов и сплавов

1.

Металлы и
изделия из металлов и сплавов

2.

• Металлы – кристаллические вещества,
характеризующиеся высокими электро- и
теплопроводностью, ковкостью,
способностью хорошо отражать
электромагнитные волны и другими
специфическими свойствами
• Сплавы – системы, состоящие из
нескольких металлов или металлов и
неметаллов

3.

• Внешняя форма – кристалл (твердое тело,
ограниченное плоскими гранями,
пересекающимися под определенными
углами)
• Внутренняя форма –кристаллическая
решетка (система атомов, определенным
образом расположенных в пространстве )

4.

Типы кристаллических решеток
• Характеризуются координационным
числом (количество частиц в
кристаллической решетке расположено на
кратчайшем расстоянии от данной частицы)
и базисом (число частиц, необходимых для
построения элементарной ячейки )

5.

1. Кубическая
2. Объемно-центрированная кубаческая кристаллическая
решетка (натрий, калий, вольфрам, , альфа-железо хром
и др.). Базис=2, КЧ=8
3. Гранецентрированная кубическая кристаллическая
решетка (алюминий, медь, серебро, золото, никель,
бета-железо). Базис=4, КЧ=12

6.

Гексагональная
плотноупакованная решетка
(цинк, магний, берилий).
– тетрагональная объемноцентрированная,
– ромбическая объемноцентрированная,
– ромбическая
гранецентрированная

7.

• Некоторые металлы обладают
полиморфизмом: в различных условиях они
могут образовывать кристаллы различной
формы. Например, железо, марганец,
кобальт, олово.

8.

Сплавы (по кристалическому
строению)
1. Механические смеси (кристаллические
решетки обоих компонентов сплава, нет
химического)
2. Химические соединения (новая
кристаллическая решетка)
3. Твердые растворы (взаимно растворяются
друг в друге в интервалах концентраций)
-раствор внедрения,
-раствор замещения.

9.

10.

В строительстве МЕ делят на:
• Черные
- Сталь (сплав железа с углеродом (до 2,14%)).
Бывает по химсоставу легированные и
углеродистые, по назначению:
конструкционные, инструментальные,
специальные.
- Чугун (сплав железа с углеродом (более
2,14%), марганцем (до 5%) и др. элементами)
• Цветные (все Ме и сплавы на основе
алюминия (дюралюмин, силумин) , меди
(латунь, бронза), цинка, титана)

11.

12.

Виды обработки Ме:
1. Прокатка. Получают сталь круглую,
квадратную, полосовую, угловую,
швеллеры, сваи, трубы и т.д. В холодном
состоянии

13.

Виды обработки Ме:
2. Волочение. Заготовка протягивается чрез
отверстие меньше, чем диаметр заготовки.
Обработка в холодном состоянии.
Получают проволоку, трубы маленького
сечения

14.

Виды обработки Ме:
3. Ковка – обработка раскаленной стали
повторяющимися ударами молота. Получают
болты, анкеры, скобы
4. Штамповка – разновидность ковки, под
ударами сталь заполняет форму-штамп
5. Прессование – продавливание находящейся в
контейнер стали через выходное отверстие
6. Холодное профилирование – процесс
деформирования листовой или круглой стали
на прокатных станках.

15.

Свойства сталей
1. Плотность 7850кг/м3
2. Твердость на твердомерах Бриннеля (НВ) и
Роквелла (HR) по величине вдавливаемого
индентора (закаленный стальной шарик
или алмазная пирамидка) в испытуемый
образец. Выражают в Мпа.
3. Ударная вязкость – свойство противостоять
динамическим (ударным нагрузкам)

16.

4. Прочностные и деформативные характеристики.
Прочность на растяжение равна прочности на сжатие.
Модуль упругости 2,1*105МПа

17.

Свойства сталей
5. Испытание на загиб. Смотрят появление
трещин. Чем пластичнее материал – тем
меньше диаметр оправки

18.

Свойства сталей
6. Теплотехнические свойства
- Теплопроводность 70 Вт/м*К
- Коэффициент линейного термического
расширения 10-5 К
- Температура плавления сталь 1500-1300◦C,
чугун 1150 ◦C (зависит от содержания
примесей)
- Температуроустойчивость 200 ◦C(начальная
потеря прочности), 500-600 ◦C (полная потеря
прочности, мягкие)

19.

Влияние примесей
• В обычных углеродистых сталях содержание
кремния не превышает 0,35 % и марганца 0,9
%
• Фосфор - вредная примесь. Повышаются его
твердость и хрупкость. В присутствии меди
добавки фосфора могут улучшать
обрабатываемость и повышать коррозионную
стойкость сплава.
• Сера - вредная примесь. Такая сталь хрупкая
при горячей механической обработке,
понижается коррозионная стойкость и
ухудшается свариваемость стали. Содержание
не должно превышать 0,06 %.

20.

Влияние примесей
• Кислород. Способствует повышению
хрупкости и понижению ударной вязкости.
В спокойной стали 0,002…0,001 %
кислорода, в кипящей – 0,03…0,08 %.
• Азот повышает хрупкость, снижает
пластичность стали.

21.

Влияние примесей
• Никель и хром улучшают механические
свойства, жаростойкость и коррозионную
стойкость
• Молибден улучшает механические свойства
при нормальной и повышенной температурах
• Марганец – повышает прочность,
износостойкость, сопротивление ударным
нагрузкам
• Кремний – повышает упругие свойства

22.

Термическая обработка стали
1. Закалка. Нагрев до 800-1000 ◦C и быстрое
охлаждение в масле или в воде. Получают
структуру – мартенсит. Высокая прочность и
твердость, но низкая пластичность и ударная
вязкость
2. Нормализация. Нагрев с последующим
охлаждением на воздухе. Увеличивается
пластичность и ударная вязкость.
Производится при прокатке, ковке, отливке

23.

Термическая обработка стали
3. Отпуск. Медленный нагрев до 250-350 ◦C,
выдержка при Т и медленное охлаждение.
Повышение пластичности с сохранением
прочности. Процесс обратный закалке.

24.

Изделия из Ме: Профильная сталь.
Колонны, фермы, прогоны
1 – круглая;
2 – квадратная;
3 – полосовая;
4 – полосовая с
закруглением;
профили: 5, 6 –
уголковый;
7 – зетовый;
8, 9 – тавровый;
10 – двутавровый;
11 – колонный;
12 корытообразный;
13 – оконный;
14 – шпунтовый;
15 – швеллерный;
16 – рельс

25.

• Арматурная сталь: горячекатанная 6-40мм,
холоднотянутая 3-8мм. Стержневая горячекатаная
арматурная сталь выпускается гладкой класса А-I
и периодического профиля классов А-II, А-III, А-IV,
А-V, A-VI. а – изделия из проволочной арматуры;
б – стержневая классов А-III…A-VI;
в – стержневая класса А-II

26.

• Арматурная холоднотянутая проволока
выпускается гладкой классов В-I и В-II и
рифленой классов Вр-I и Вр-II.
В-I – низко-углеродистую, холоднотянутую
(предназначенную для ненапрягаемой
арматуры) и
проволоку В-II – выcокопрочную,
углеродистую (для напрягаемой арматуры).
• Листовая и широкополосная сталь
(профнастил, металлочерепица, сайдинг)

27.

Соединение элементов
1. Сварка (расплавление концов элементов
или третьего компонента (электрода) и
соединение в расплавленном состоянии)
2. Болтовые соединения

28.

Соединение элементов
3. Заклепка. Для конструкций, испытавающих
большие динамические нагрузки

29.

Коррозия
• самопроизвольное разрушение металлов и
сплавов, вызванное химическим или
электрохимическим взаимодействием
металла с окружающей средой.

30.

Виды по химическому воздействию
• Химическая коррозия протекает при
воздействии на металл сухих газов и
неэлектролитов.
• Электро-химическая коррозия происходит
при действии на металл жидких
электролитов – водных растворов солей,
кислот, щелочей, а также влажного воздуха,
то есть сред, содержащих ионы.

31.

По характеру распространения
1) равномерную поверхностную, приводит к равномерному
уменьшению толщины изделия. Скорость равномерной коррозии
выражают глубинным показателем – проникновением коррозии
в глубину в мм/год;
2) точечную, или язвенную. Неравномерная коррозия, при которой
относительно небольшая потеря в массе может вызвать очень
глубокие повреждения;
3) межкристаллитную, при которой разрушение происходит по
границам зерен металла и распространяется вглубь металла.
Межкристаллитная коррозия при воздействии на металлическую
конструкцию знакопеременных нагрузок вызывает
коррозионную усталость металла;
4) контактную, при которой происходит преимущественное
разрушение одного из металлов пары.

32.

Химизм коррозии стали
Fе + 2OН = Fе (ОН)2 ;
4Fе(ОН)2 + O2 + 2Н2O = 4Fе(ОН)3.
• При дальнейшем взаимодействии с
кислородом и последующем отщеплении
воды образуется FеО(ОН) – важнейшая
составляющая ржавчины nFe2О3mН2О.

33.

Способы защиты
1. Лакокрасочные покрытия
2. Легирование (ввод в состав сплава
специальных компонентов)
3. Воронение (образование) на поверхности
изделия защитного слоя, состоящего из
оксидов данного металла.

34.

• Металлические покрытия (осаждением на
поверхности изделия металла из раствора
(гальванические покрытия), обрызгиванием
или погружением в ванну с другим
расплавленным металлом. ) Гальванизация
(холодная и горячая)