Вопрос 46 основы технологии чёрных металлов.Производство чугуна

Чугун получают в доменных печах высокотемпературной, обработкой смеси железной руды, твёрдого топлива (кокса) и флюса.Кокс – продукт термообработки каменного угля при температуре без доступа воздуха, состоящий из углерода.Флюс – как правило известняк. Изделия из чугуна: 1.Трубы канализационные и фасонные части к ним.2.трубы напорные. Производство стали. Около 80 % чугуна перерабатывается в сталь. Сталь также получают из железного лома.

Чугун (лом) и добавки плавятся в печах:1.мартеновских;2.конверторных;3.’лектрических. Изготовление стальных изделий. Прокат – пропускание горячего стального слитка между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и приобретает заданный профиль, зависящий от формы валков. Прессование – выдавливание находящейся в контейнере стали через выходное отверстие матрицы. В зависимости от формы отверстия можно получать стальные изделия разнообразного профиля. Волочение – последовательное протягивание заготовки через отверстия размером меньше размера заготовки, в результате которого заготовка обжимается и вытягивается Ковка – обработка раскалённой стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке нужных размеров и формы.Сортамент кованной стали: болты, анкеры, скобы, архитектурные изделия. Штамповка – разновидность ковки, при которой сталь, деформируясь под ударами молота, заполняет форму штампа.Штамповка может быть горячей и холодной.Штамповкой получают изделия высокоточных размеров. Холодное профилирование – деформирование листовой или круглой стали на прокатных станах с приданием формы различных профилей.

Вопрос 47 Свойства сталей. Основные свойства сталей:1.физические:

1.1плотность;2физико-механические:2.1.прочностные;2.2деформативные;3.технологические;4.теплофизические. Плотность. Плотность стали ρ = 7850 кг/м³, что приблизительно в 3 раза выше средней плотности каменных материалов. Прочность и деформативность: В изделиях и конструкциях стали работают как на сжатие, так и на растяжение. Характеристики сталей, нормируемые в стандартах:временное сопротивление при разрыве σ_В;предел текучести физический σ_Т или условный σ_0,2;предел упругости (пропорциональности) физический σ_у или условный σ_0,02;относительное удлинение при разрыве ε. Физический предел пропорциональности (упругости) σ_у (МПа) – наибольшие напряжения при растяжении, при которых сохраняется зависимость:σ = ε·Е.Условный предел пропорциональности (упругости) σ_0,02 (МПа) – наибольшие напряжения при растяжении, при которых пластические (остаточные) деформации составляют ε = 0,02%. Физический предел текучести σ_Т (МПа) –напряжения, при которых начинается течение стали под нагрузкой.Течение стали – существенное увеличение деформаций без увеличения внешней нагрузки или при незначительном её увеличении.Условный предел текучести σ_0,2 (МПа) – наибольшие напряжения при растяжении, при которых пластические (остаточные) деформации составляют ε = 0,2%. Временное сопротивление при разрыве σ_В (МПа) – наибольшие напряжения при растяжении, которые может выдержать сталь при растяжении.

Относительное удлинение при разрыве ε (%) – относительное удлинение стали, характеризующее её пластичность:ε = [(Ɩ₁ – Ɩ₀) / Ɩ₀]·100,где Ɩ₀ – начальная длина расчётной части образца, мм;Ɩ₁ – его конечная длина после разрыва, мм. Твёрдость. Твёрдость сталей определяют по величине вдавливания индентера в испытуемую сталь.Индентер – тело с твёрдостью существенно выше, чем у испытуемого материала. Ударная вязкость.

Ударная вязкость – свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Теплофизические свойства сталей слабо зависят от её состава (кроме температуры размягчения и плавления)

Вопрос 48 Углеродистые и легированные стали. Углеродистые (нелегированные) стали – это сплавы железа с углеродом, марганцем и кремнием.Вредные примеси – сера и фосфор. Легированные стали – это стали, содержащие легирующие элементы в количестве, сверх установленных в ГОСТ.Легирующие элементы – металлы и неметаллы, повышающие физико-механические характеристики или придающие стали особые свойства. Нержавеющие стали – стали с минимальной массовой долей хрома 10,5 % и максимальной массовой долей углерода 1,2 %. Углеродистые стали обыкновенного качества: Особенности свойств: 1. Высокая пластичность2. Средняя пластичность, ярко выраженная текучесть. Применение в строительстве: Трубы, резервуары,листовой и фасонный прокат для изготовления конструкций, арматура. Легированные стали. Особенности свойств: 1. Высокая прочность, низкая пластичность2. Высокая прочность. Применение в строительстве: Ответственные несущие конструкции (балки, фермы, колонны),арматура для преднапряжённых конструкций. Нержавеющие стали. Особенности свойств: Высокая коррозионная стойкость.Применение в строительстве: Конструкции, работающие в агрессивных средах.

Вопрос 49 Термическая обработка стали. Термическая обработка стали – высокотемпературная обработка стали, направленная на изменение её структуры и, соответственно, свойств. В основе термической обработки лежит то, что при одинаковом составе, но при разных температурах устойчивыми оказываются различные кристаллические модификации железа.

Вид термической обработки: 1.Закалка. Изменение свойств стали: Увеличивается твёрдость, прочность, снижаются пластичность, ударная вязкость

2.Нормализация. Изменение свойств стали: Увеличивается пластичность, ударная вязкость

3.Отпуск. Изменение свойств стали: Повышение пластичности, снятие внутренних напряжений.

Вопрос 50 Стальной прокат и гнутый профиль. Стальной прокат – горячекатаные фасонные и гнутые профили, выпускаемые по сортаменту.Сортамент – состав продукции по маркам, профилям, размерам. Стальной прокат:1) широкополосный универсальный.2) полоса горячекатаная.3)круглый горячекатаный.4) квадратный горячекатаный.5) швеллер горячекатаный.6) уголок горячекатаный равнополочный.7) уголок горячекатаный неравнополочный.8) листовой горячекатаный.9) листовой холоднокатаный.10) двутавры.11) двутавры с параллельными гранями полок.12) трубы бесшовные горячедеформированные общего назначения.13) трубы бесшовные холоднодеформированные общего назначения.14) трубы водопроводные и газопроводные..15) трубы электросварные со спиральным швом общего назначения.16) трубы электросварные с прямым швом.17) трубы электросварные холоднодеформированные. Гнутый стальной профиль:1) швеллеры равнополочные.2) швеллеры неравнополочные.3) зетовый равнополочные.4) зетовый неравнополочные.5) уголок равнополочный.6) уголок неравнополочный.7) листовой с трапециевидными гофрами типа Н. 8) замкнутые сварные квадратные.

Вопрос 51 Стальные конструкции. Сталь- ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2 %. Это один из основных конструкционных строительных материалов. Из стали изготовляют строительные конструкции, трубопроводы, арматуру для железобетона.

По способу получения тали разделяют на мартеновские, конвертерные и электростали. По химическому составу в зависимости от входящих в сплав химических элементов стали бывают углеродистые и легированные.Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит до 1 % марганца, до 0,4 % кремния, а также примеси серы и фосфора. Если количество примесей не превышает заданного верхнего предела, их называют нормальными.Чугун - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2...4,3 %. В его состав входят также марганец, сера, кремнийд фосфор. Основная масса чугуна идет на производство стали. Кроме того, его используют как самостоятельный конструкционный материал В зависимости от формы связи углерода различают белый и серый чугун.Белый чугун содержит углерод в химически связанном состоянии в виде карбида железа Fe3C.В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде графита.\

52. Соединения стальных конструкций.
В строительной практике применяют три вида соединений: болтовое, заклепочное и сварочное. Сварка – заполнение шва (стыка) между двумя стальными элементами расплавленным металлом. Расплав металла может получаться: в результате плавления электрода (стержневого или проволочного); в результате плавления металла свариваемых элементов. Сварка: Электродуговая, Газоэлектрическая, Контактная. Электродуговая сварка – сварка стержневыми электродами, плавящимися в результате образования электрической дуги между стержневым электродом и свариваемыми элементами. Электроды для электродуговой сварки подразделяются на типы и марки (ГОСТ 9467-75). Тип электрода определяет прочность металла шва (в кН/см2), марка – состав защитной обмазки, которая выбирается в зависимости от тока и положения шва.
Газоэлектрическая сварка – сварка проволочными электродами, плавящимися в результате образования электрической дуги между электродом и свариваемыми элементами. Проволока для газоэлектрической сварки подразделяется на типы. Тип проволоки определяет прочность металла шва (в кН/см2). Защитная среда создаётся за счёт подачи в зону шва нейтрального газа (СО2 или Ar). Сварка под слоем флюса – сварка проволочными электродами, плавящимися в результате образования электрической дуги между электродом и свариваемыми элементами.
Контактная сварка – сварка плавлением в результате образования электрической дуги между свариваемыми элементами. Виды контактной сварки: точечная; валковая, стыковая.
Болтовые соединения – разъёмные соединения стальных конструкций с помощью болтов: обычных (ГОСТ 22356-77); высокопрочных (ГОСТ 22356-77); анкерных (ГОСТ 24379.1-80). Болты бывают грубой, нормальной и повышенной точности (классы С, В и А), требующих диаметр отверстия на 2…3, 1…1,5 и 0,25…0,3 мм большего, чем диаметр болта. Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок.

53. Стальная арматура
Стальная арматура – стальная проволока и стержни, воспринимающие в железобетонных изделиях и конструкциях, а также в армированной кладке преимущественно растягивающие напряжения. Требования к стальной арматуре устанавливаются в стандартах: ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия. ГОСТ 10884-94. Сталь арматурная термомеханически упрочнённая для железобетонных конструкций. Технические условия.
Классификация стальной арматуры.
По диаметру: Проволочная (3…8 мм), Стержневая (8…80 мм).
По виду поверхности: Гладкая, Периодического профиля.
По способу производства: Холоднотянутая (Условные обозначения: «В» или «Вр»), Горячекатаная (Условное обозначение: «А»), Термомеханически упрочнённая (Условное обозначение: «Ат»).
По физико-механическим свойствам на классы:
Холоднотянутая:

B-I, Bp-I, B1200…В1500, Bp1200…Вр1500, В500C
Горячекатаная:

А240… А1000, Ат400…Ат1200
По применению: Для обычного армирования (B-I, Bp-I, A240, A300, А400), Напрягаемая (В1200…В1500, Bp1200…Вр1500, А500C, В500C, А600, А800, А1000).
Арматура поставляется в мотках или прутках длиной до 12 м. Арматура поставляется в мотках при диаметре до 6 мм; в прутках – при 10…14 мм и выше; высокопрочная горячекатаная – только в прутках.
Арматурные изделия:
1) сетки:
- лёгкие и тяжёлые;
- плоские и гнутые;
2) каркасы:
- плоские;
- пространственные;
3) нераскручивающиеся пряди (стальные канаты);
4) закладные детали.

54. Цветные металлы и сплавы
К цветным металлам и сплавам относятся практически все металлы и сплавы, за исключением железа и его сплавов, образующих группу чёрных металлов. Цветные металлы встречаются реже, чем железо и часто их добыча стоит значительно дороже, чем добыча железа. Однако цветные металлы часто обладают такими свойствами, какие у железа не обнаруживаются, и это оправдывает их применение.
Выражение «цветной металл» объясняется цветом некоторых тяжёлых металлов: так, например, медь имеет красный цвет.
Если металлы соответствующим образом смешать (в расплавленном состоянии), то получаются сплавы. Сплавы обладают лучшими свойствами, чем металлы, из которых они состоят. Сплавы, в свою очередь, подразделяются на сплавы тяжёлых металлов, сплавы лёгких металлов и т.д.
Цветные металлы по ряду признаков разделяют на следующие группы:
- тяжёлые металлы — медь, никель, цинк, свинец, олово;
- лёгкие металлы — алюминий, магний, титан, бериллий, кальций, стронций, барий, литий, натрий, калий, рубидий, цезий;
- благородные металлы — золото, серебро, платина, осмий, рутений, родий, палладий;
- малые металлы — кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть, мышьяк;
- тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ванадий, тантал, ниобий, хром, марганец, цирконий;
- редкоземельные металлы — лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, иттербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, лютеций, прометий, скандий, иттрий;
- рассеянные металлы — индий, германий, таллий, таллий, рений, гафний, селен, теллур;
- радиоактивные металлы — уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий. Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, эа счёт искусственного и естественного старения и т. д. Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением — ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке. Из цветных металлов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.
Сплавы цветных металлов применяют для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды, подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы.
55. Изделия из цветных металлов и сплавов.
1. Изделия из меди и медных сплавов.
В химически чистом виде медь применятся для производства листов, труб.
Листовая медь производится в соответствии с требованиями стандарта:
ГОСТ 495-92. Листы и полосы медные. Технические условия.
Медные листы изготавливаются из меди марок М1, М2, М3 по ГОСТ 859.
Толщина листов 0,4…25 мм, ширина 600…6000 мм, длина 1500…6000 мм.
Из литьевых латуней изготавливают:
- санитарно-техническую арматуру.
Из деформируемых латуней изготавливают:
- трубы;
- листовой, ленточный и полосовой прокат;
- радиаторы и теплообменники;
- декоративные элементы (поручни, накладки).
Из бронзового литья изготовляют:
- декоративные изделия (дверная и оконная арматура, плитка);
- санитарно-техническая арматура и фасонные детали трубопроводов, работающих при повышенных температурах (до 200 ОС), в морской и пресной воде, паре;
- художественные изделия.
2. Изделия из алюминиевых сплавов.
Из алюминиевых сплавов изготовляют следующий сортамент:
- листы и полосы;
- трубы прессованные и холоднодеформированные;
- профили уголкового, зетового, таврового, двутаврового, швеллерного и трапециевидного сечения;
- профили холодногнутые для ограждающих конструкций.
3. Конструкции из алюминиевых сплавов.
Конструкции из алюминиевых сплавов изготовляют в следующих случаях:
- когда требуется малый вес конструкции;
- когда требуется высокая стойкость к атмосферной коррозии.

56. Коррозия металлов и меры защиты от неё.
Коррозия металлов – процесс разрушения металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой, вследствие которого металл окисляется и теряет присущие ему свойства. Ежегодно в мире в результате коррозии теряется 10…15 % выплавляемого металла. В наибольшей степени коррозии подвержены чёрные металлы (сталь и чугун). Химическая коррозия – процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с сухими газами (О2, SO2 и др.) при высоких температурах или с органическими жидкостями (нефтепродуктами, спиртами). Химическая коррозия в органических жидкостях (неэлектролитах) объясняется наличием в них примесей. Например, чистые нефтепродукты не взаимодействуют с металлами. Наличие в них даже незначительных примесей серы приводит к развитию химической коррозии. Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов и сплавов в воде и водных растворах. При этом из-за неоднородности строения в них образуются гальванические пары (катод-анод) между кристаллами, отличающимися химическим составом. Атомы металла с анода переходят в раствор в виде катионов.

Для развития электрохимической коррозии необходимо наличие в воде катионов металлов и кислорода.
Защита конструкций от коррозии:
- Первичная
Конструктивные решения, снижающие агрессивное воздействие; Выбор материалов, стойких к агрессивным воздействиям
- Вторичная
Изоляция конструкций от агрессивных воздействий среды
- Специальная
Местная и общая вентиляция, организация стоков, дренаж
Выбор материалов, стойких к агрессивным воздействиям, является наиболее эффективным способом. Например, нержавеющие стали не коррозируют не только в воде, но и в кислотах.
Изоляция конструкции от агрессивного воздействия внешней среды, является наиболее распространённым методом защиты от коррозии.
Для его реализации на поверхности металлов создаются защитные покрытия: Неметаллические (битумные, лакокрасочные, полимерные); Металлические (хром, цинк, алюминий, олово; Оксидные (фосфатирование, анодирование).

57. Общие сведения. Классификация вяжущих веществ.
Вяжущие вещества – это строительные материалы, способные в определённых условиях (при смешивании с водой, нагревании и др.) образовывать пластично-вязкое тесто, которое самопроизвольно или под действием определённых факторов со временем затвердевает.
Это свойство вяжущих материалов применяется для получения искусственных каменных материалов и изделий (бетонов, строительных растворов, асбестоцемента, строительных пластмасс и пр.)
Классификация вяжущих веществ.
I. По химическому составу.
- неорганические (Извести, Цемент, гипс)
- органические (Полимеры, олигомеры).
II. По условиям твердения вяжущих веществ:
- вяжущие, способные в нормальных условиях твердеть самопроизвольно (цемент, гипс);
- вяжущие, не способные твердеть без создания особых условий:
- повышенной температуры (органические смолы);
- повышенных температуры и давления (известково-кремнезёмистые);
- наличия добавки-инициатора твердения (шлакощелочные цементы, смолы).
III. По отношению затвердевших вяжущих веществ к воде:
- Воздушные вяжущие вещества
- Гидравлические вяжущие вещества