матвед. 1. Кристаллизация металлов, охлаждение чистого железа, его модификации
 Скачать 320.32 Kb.
|
|
Различают три вида отпуска: низкий (в интервале температур 150...200°С), средний (300...400°С), высокий (500...600°С). 8.Примеси в сталях и их влияние на свойства Углерод в стали находится в виде химического соединения-Fe3C (цементита), а также в виде твердого раствора — углерода FeαC (феррита). С увеличением содержания углерода твердость и прочность стали увеличиваются, а пластичность и ударная вязкость понижаются. В углеродистых сталях обычно содержится 0,10—0,35% Si и 0,3—0,8% Mn. Их присутствие благоприятно сказывается на качестве стали: с увеличением их процентного содержания увеличиваются упругие свойства стали, сопротивление коррозии, твердость, а также улучшаются магнитные свойства. Фосфор и сера являются неизбежными вредными примесями. Сера находится в стали в виде соединения FeS. Присутствие серы способствует красноломкости стали, т. е. способности к образованию трещин при высоких температурах, понижению сопротивления усталости, уменьшению сопротивления коррозии. Фосфор находится в стали в виде соединения Fe3P. Кристаллы этого химического соединения обычно располагаются по границам зерен стали, ослабляя связь между ними и, тем самым, придавая стали хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость). Углеродистая сталь по химическому составу подразделяется на три группы: низкоуглеродистая, содержащая до 0,25% С; среднеуглеродистая, содержащая 0,25—0,60% С; высокоуглероднстая, содержащая 0,6—2,0% С. Сталь по способу изготовления подразделяется на следующие виды:обычного качества (изготовляется конверторным способом); качественная (выплавляется конверторным способом и в мартеновских печах); высокого качества (может выплавляться как в мартеновских, так и электрических печах). Чем меньше в стали будет вредных примесей (серы и фосфора), тем выше качество стали. 9)Легированные стали и их свойства. Стали, в которые вводят легирующие элементы (Cu, Al, Si, Ti, V, Cr, Nb, W, Mo, Ni, Mu, Co и др.) называются легированными. Легирование повышает коррозионную стойкость в условиях низких и высоких температур и давлений, повышают прочность, твердость, износостойкость и др. Cu, Si, Cr, Mo, Ni – коррозионную стойкость; Si, Cr, Mo, W, Mn, Ni – твердость и прочность; Cr, Mn, Ni – вязкость; Cr, Mn, Ni – сопротивление истиранию. Углеродистые стали 1)По содержанию углерода С<=0.24% - малоуглеродистые 0,24%<=C<=0.5%-cреднеуглеродистая С=>0,5%-высокоуглеродистые 2)По структурре Доэвтэктоидная Чистое железо Эвтектоидная Заэвтектоидная 10)рельсовая сталь Рельсы для железнодорожного транспорта изготавливаются из углеродистой стали. Качество рельсовой стали определяется её химическим составом, микроструктурой и макроструктурой. Углерод повышает твёрдость и износостойкость стали. Однако большое содержание углерода, при прочих равных условиях, делает сталь хрупкой, химический состав при повышении содержания углерода должен выдерживаться более жестко, особенно в отношении вредных примесей. Марганец повышает твёрдость, износостойкость и вязкость стали. Кремний увеличивает твёрдость и износостойкость. Мышьяк увеличивает твёрдость и износостойкость стали, но в больших количествах уменьшает ударную вязкость. Ванадий, титан, цирконий — микролегирующие добавки, улучшают структуру и качество стали. Фосфор и сера являются вредными примесями, придающими хрупкость стали. Большое содержание фосфора делает рельсы хладноломкими, большое содержание серы — красноломкими (образуются трещины при прокате). Микроструктура рельсовой стали представляет собой пластинчатый перлит с прожилками феррита на границах перлитовых зёрен. Твёрдость, сопротивление износу и вязкость достигается приданием стали однородной сорбитной структуры при помощи термической обработки путём поверхностной (на 8—10 мм) закалки головки или объёмной закалки рельса. Макроструктура рельсовой стали должна быть мелкозернистой, однородной, без пустот, неоднородностей и посторонних включений. 11)Белые чугуны. Получение, классификация по структуре, применение Содержат весь углерод в химически связанно состоянии в виде цементита. Имеют высокую твердость и большую хрупкость. Применяются для выплавки стали и получения ковкого чугуна. Классификация белых чугунов 1)доэвтектические 2,14<C<4.3% Перлит+Ледебурит+Цементит 2)эвтектические С=4,3% Ледебурит=100% 3)заэвтектические 4,3<C<6.67% Лед.+Цем. 12)серые чугуны. Получение, виды, применение. Литейные чугуны. Применяются в технике и обязательно содержат углерод в свободном состоянии. Содержание углерода – до 3,8% 1.Частицы графита имет пластинчатую форму. Классификация серых чугунов в зависимости от металлической основы. 1.1)на ферритовой основе Структура – Феррит + графит 1.2)на ферритно-перлитной основе Феррит + перлит + графит 1.3)на перлитной основе Перлит + графит 2.Квокие чугуны - Применяются в технике. Содержат хлопьевидный графит. 3.Высокопрочные чугуны Содержат шаровидный графит. Имеют низкую прочность на растяжение и изгиб. 13. Маркировка сталей и чугунов. Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б, В. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Б – химическими и по группе В – с теми и другими одновременно. В маркировке этих сталей, также указывается сочетание букв «Ст» с цифрой (от 0 до 6), указывающей номер марки, далее приводится степень раскисления если «сп» – то спокойная, «пс» – полуспокойная и «кп» – кипящая. Например, ВСт5пс, АСт3сп и БСт1кп. Спокойную и полуспокойную сталь изготавливают Ст1 – Ст6, кипящую – Ст1 - Ст4. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют, в ней приводится только содержание углерода (С< 0,23 %), серы (S < 0,06 %) и фосфора (Р < 0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание С, Mn, Si, S, P, а также As и Р. Для сталей обыкновенного качества, кроме Ст0, справедлива следующая формула по определению углерода: С (%) ≈ 0,07х номер марки. Так, в стали СтЗ содержание C ≈ 0,07 х 3 ≈ 0,21 % (фактически 0,14 – 0,22 %). В случае если стали производят с повышенным (0,80 – 1,1 %) содержанием марганца, в маркировке будет указываться буква «Г»: СтЗГпс, СтЗГсп, Ст5Гпс. Углеродистые качественные стали маркируются по содержанию углерода. Маркируются эти стали двухзначными числами: 08, 10, 15, 20, 25, …60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-80). Например, сталь 20 содержит в среднем 0,2 мас.% углерода, сталь 50 – 0,5 мас.% и т. д. Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают: Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на: 1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита; 2) высокопрочные - шаровидный графит; 3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85). СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа; ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа; КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа. Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун: С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79. 14.Классификация бетонов. Марки бетонов по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости; Класс бетона по прочности на сжатие; Согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 7473-2010 (ранее 7473-94) классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего вещества, виду заполнителей, структуре и условиям твердения:
Марка бетона по прочности — это показатель его прочности на сжатие, обозначается буквой "М" и числом от 50 до 1000. Марка по водонепроницаемости показывает способность бетона не пропускать воду сквозь свои поры под давлением, обозначается буквой "W" и цифрами от 2 до 20. Марка бетона по морозостойкости показывает сколько циклов замораживания и оттаивания, которое может выдержать бетон в состоянии насыщения влагой без значительной потери прочности (допустимое снижение прочности - 5%). Обозначается буквой "F" и цифрой от 50 до 300. Класс бетона - это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Эта статистическая формулировка означает, что установленное свойство обеспечивается не менее чем в 95% случаев и лишь в 5% проб можно ожидать, что оно не выполнено. Теоретически, существуют следующие классы бетонов: В1; B1,5; В2; B2,5; В3,5; B5; В7,5; B10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60. 15. Требования к заполнителям для бетонов; В качестве крупного заполнителя для бетона может быть использован щебень из естественного камня (ГОСТ 8267—64) и гравия (ГОСТ 10260—74), а также гравий (ГОСТ 8268—74). В зависимости от крупности заполнитель подразделяется на следующие фракции, мм: от 5 до 10; от 10 до 20; от 20 до 40 и от 40 до 70. Количество зерен пластинчатой и игловатой форм должны быть не более 15% (по весу). Различают следующие марки крупного заполнителя по прочности: 1200; 1000; 800; 600; 400; 300 и 200. Прочность определяется дробимостью (раздавливанием) при сжатии в цилиндре. По морозостойкости крупный заполнитель подразделяется на марки: 15; 25; 50; 100; 150; 200 и 300. Песок для приготовления тяжелых бетонов может быть природным в естественном состоянии, фракционированном (на две и более фракции), с улучшенным зерновым составом (природный обогащенный) и в виде дробленого песка (нефракционированный или состоящий из двух фракций и более). Объемный насыпной вес указанных видов песка должен быть не менее 1200кг/м3, а крупность зерен не должна превышать 5 мм. 16. Требования к воде затворения для бетона; Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих схватыванию и твердению вяжущего вещества. Для затворения бетонной смеси применяют водопроводную питьевую воду, а также природную воду (рек, естественных водоемов), имеющую водородный показатель рН не менее 4, содержащую не более 5000 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л (в пересчете на SO3). При изготовлении бетона не допускается применять болотные, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки. 17. Способы обозначения состава бетона; 1. Состав бетона можно обозначить как соотношение между количеством материалов, принимая массу цемента за единицу и выделяя водоцементное отношение. В общем виде состав бетона по массе выражают в виде соотношения: 1:x:y ; В/Ц где 1 – одна часть цемента по массе; x – отношение массы песка к массе цемента; y – отношение массы крупного заполнителя к массе цемента; В/Ц – отношение массы воды к массе цемента. Приняв  , а  , получим обозначение состава бетона по массе в ином виде:  2. Состав бетона можно обозначить по объему, выражая расходы материалов в  . Тогда состав бетона обозначают в виде соотношения между объемами материалов (принимая объем цемента за единицу).В общем виде состав бетона как соотношение объемов материалов обозначают:  , где 1 – одна объемная часть цемента;  отношение объема песка к объему цемента; отношение объема крупного заполнителя к объему цемента.Вариант обозначения состава бетона как соотношения объемов:  ,где   3. Состав бетона может быть выражен количеством материалов, необходимых для получения 1 м  плотно уложенной бетонной смеси,в табличном виде.18. Свойства бетонной смеси 1)тиксотропия — способность разжижаться при механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия. 2)удобоукладываемостью называется способность бетонной смеси растекаться под действием собственного веса или механических воздействий (например, вибрации). 3) Во время транспортирования, перегрузок, укладки и уплотнения бетонной смеси она должна сохранять связность и не расслаиваться. 4) Связность — способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться *сохраняемость свойств во времени. 5) Жесткость — характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора. Влияние водоцементного отношения. При постоянном расходе цемента и неизменном зерновом составе заполнителей подвижность бетонной смеси возрастает с увеличением В/Ц. Такой характер зависимости обусловлен тем, что с увеличением В/Ц снижается вязкость цементного теста, выполняющего роль смазки в бетонной смеси. Влияние расхода цемента. При постоянном водоцементном отношении и неизменном зерновом составе заполнителей подвижность возрастает с увеличением расхода цемента. Это объясняется тем, что с увеличением расхода цемента при постоянном В/Ц количество теста (пластичной составляющей) увеличивается при неизменной его вязкости. 19 Подвижность бетонной смеси - определение, единица измерения, способы изменения подвижности; Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси — ОК, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности. Бетонные смеси марок Ж1-Ж4 имеют ОК=0, а бетонные смеси марок П2 - П5 имеют показатель жесткости Ж=0, т. к. оседают и заполняют форму без включения виброплощадки. 20 Жесткость бетонной смеси - способы определения, единица измерения, способы изменения жесткости Жесткость — характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора который представляет собой металлический цилиндр диаметром 240 мм и высотой 200 мм со штативом и штангой 6 и металлическим диском с шестью отверстиями. Прибор закрепляют на стандартной виброплощадке, в него вставляют форму-конус. Конус заполняют бетонной смесью в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Затем форму-конус снимают и, поворачивая штатив, опускают металлический диск на поверхность бетонной смеси. После этого включают вибратор. Время (в секундах), в течение которого смесь распределится в цилиндрической форме равномерно и хотя бы через два отверстия диска начнет выделяться цементное молоко, принимается за показатель жесткости смеси (Ж). Бетонные смеси марок Ж1-Ж4 имеют ОК=0, а бетонные смеси марок П2 - П5 имеют показатель жесткости Ж=0, т. к. оседают и заполняют форму без включения виброплощадки. 21.Прочность бетонов и зависимость её от различных факторов. Марка бетона по прочности. Под прочностью бетона понимают способность материала сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих под действием внешней нагрузки или других факторов. Разрушение в физическом понимании состоит в отделении частей тела друг от друга. Дефекты в материале приводят к облегчению процесса разрушения, т. е. понижают прочность материала. Прочность и деформативность бетона определяется главным образом его структурой и свойствами цементного камня, которые в свою очередь зависят от минералогического состава, В/Ц, тонкости помола цемента, возраста, условий приготовления и твердения, добавок. Свойства бетона существенно зависят от вида и качества заполнителя, а также от его состава. Прочности бетонов на разных заполнителях при прочих равных условиях могут отличаться в 1,5–2 раза. 2. Разрушение бетона происходит постепенно. Вначале возникают перенапряжения, а затем микротрещины в отдельных микрообъемах. Развитие этого процесса приводит к перераспределению напряжений и вовлечению в трещинообразование все больших объемов материала вплоть до образования сплошного разрыва, зависящего от формы образца или конструкции, ее размеров и других факторов. На последней стадии процесс носит лавинный характер. 3. Разрушение бетона при сжатии обусловлено развитием микротрещин отрыва, направленных параллельно действующему усилию, при этом увеличивается объем образца, но в действительности нарушается сплошность материала. Развитие микротрещин определяется числом дефектных мест в структуре, с видом и режимом приложенной нагрузки. 4. Большое влияние на процесс разрушения оказывает жидкая фаза в бетоне. Облегчая развитие пластических деформаций, деформаций ползучести и микротрещин, ослабляя структурные связи в бетоне, вода снижает его прочность, в зависимости от скорости приложения нагрузки. Класс и марка – это основные параметры, по которым нужно выбирать бетон. По сути, эти показатели обозначают то, насколько бетон становится прочным при затвердевании. Как правило, это происходит на 28 день после укладки смеси. Прочность бетона при растяжении составляет только 5-10% от предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе только 10-15% от предела прочности на сжатие. Бетон не течет. За стадией упругой деформации следует разрушение. В целом, предел прочности при растяжении возрастает с ростом прочности при сжатии (марки бетона) , однако увеличение идет медленнее, чем нарастает прочность на сжатие. Таким образом, % отношение этих прочностей ниже для более высоких марок. 22.Влияние условий твердения бетона на его свойства. Нормальные условия твердения. На набор прочности бетона влияют множество факторов, среди них можно выделить следующие: -тип цемента, используемого при производстве бетонной смеси; -температура, при которой происходит твердение бетона; -водоцеметное отношение; -степень уплотнения бетонной смеси. Повышение прочности бетона во времени обусловлено снижением его пористости, увеличением степени гидратации цемента ,структуры и состава бетона, условий его твердения. При благоприятных температурно-влажностных условиях прочность бетона растет в течение многих лет. При этом интенсивность роста прочности бетона существенно отличается для бетонов на цементах различных групп по химико-минералогическому составу. Большое влияние на льдистость оказывает продолжительность твердения бетона до начала замерзания и водоцементное отношение. Наибольшие разрушения в структуре бетона наблюдаются при замерзании воды в порах радиусом 0,1-1 мкм. Твердение воды на морозе обусловлено возможностью прохождения процесса гидратации и тепловыделения цемента. Отрицательное влияние воды на прочность бетона усиливается при заполнении крупных пор, пустот, полостей. Замерзающая вода, расширяясь, создает дополнительные внутренние напряжения, причем они тем больше, чем выше степень водонасыщенности. При благоприятных условиях твердения прочность бетона непрерывно повышается. Для нормального твердения бетона необходима положительная температура 20±2°С с относительной влажностью окружающего воздуха не менее 90%, создаваемой в специальной камере или при засыпке бетона постоянно увлажненным песком либо опилками. При нормальных условиях твердения нарастание прочности бетона происходит довольно быстро и бетон (на портландцементе) через 7—14 дней после приготовления набирает 60—70% своей 28-дневной прочности. Затем рост прочности замедляется. 23. Зависимости прочности бетона от водоцементного и цементно-водного отношений. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения - прямолинейная зависимость между прочностью бетона, активного цемента и цементно-водным отношением в интервале В/Ц = 0.4-0,7. Качественные характеристики бетона Цементное тесто. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения объясняется тем, что в цементном тесте, полученном при замешивании цемента с водой в период схватывания цемент взаимодействует лишь с частью, введённой в бетонную смесь воды. Остальная вода является избыточной и, испаряясь, обуславливает пористую структуру цементного камня. Поэтому прочность бетона во многом зависит от содержания в нём воды затворения. Зависимость прочности бетона от указанных факторов выражается уравнением: Rв=ARц(Ц/В-0.5)МПа где А-коэффициент, зависящий от качества заполнителей Зависимость прочности бетона от величины водоцементного илицементно-водного отношения объясняется тем, что при изготовлении бетона воды берется значительно больше, чем это требуется для химической реакции между водой и цементом. Повышенное количество воды вводят в бетонную смесь, чтобы придать ей необходимую удобоукладываемость. После изготовления бетона избыточная вода постепенно испаряется, а образующиеся при этом в бетоне воздушные поры понижают прочность бетона. Поэтому необходимо стремиться к получению бетона требуемой подвижности при наименьшем водоцементном отношении. Прочность бетона зависит также от степени уплотнения бетонной смеси. Для жесткой бетонной смеси с увеличением степени уплотнения вибрированием прочность бетона повышается. 24. Задачи подбора состава бетона. Исходные данные для подбора состава бетона. Задача подбора состава бетона заключается в том, чтобы получить бетон требуемой прочности, морозостойкости и долговечности, а бетонную смесь — заданной удобоукладываемости при наиболее рациональном соотношении компонентов. При этом расход цемента должен быть минимальным, а полученный бетон должен иметь максимальную среднюю плотность. Для подбора состава бетона необходимо знать: назначение бетона; требуемую прочность на сжатие; удобоукладываемость бетонной смеси; вид и марку (активность) цемента; истинную, среднюю и насыпную плотности всех компонентов; зерновой состав заполнителей и показатель пустотности крупного заполнителя. Исходными данными для назначения состава бетона являются: требуемая марка бетона, требуемая удобоукладываемость смеси, характеристика исходных материалов, давление пара и продолжительность изотермической выдержки. Вначале определяют свойства исходных материалов. Если они соответствуют требованиям, приведенным в настоящей инструкции, подбор состава бетона ограничивается изготовлением образцов-кубов из бетонных смесей разного состава без изготовления крупноразмерных изделий требуемой номенклатуры. 25.Подбор состава бетона экспериментальным методом; При экспериментальном методе устанавливается зависимость ОК=f(В/Ц) для различных составов,заданных по объему 1:n0, n0=a+b. С этой целью задаются рядом составов и для каждого случая находят необходимое количество цемента,песка, крупного заполнителя на объем пробного замеса. Для построения зависимости подвижности бетонной смеси от В/Ц производят затворение бетонной смеси нескольких составов. На основание графиков ОК=В/Ц можно построить зависимость осадки конуса от состава бетона при одинаковом В/Ц. При работе с жестким бетонными смесями, не дающими осадки конуса,поступают аналогичным путем, но назначают для первого замеса значительно меньшее В/Ц. |