Классификация металлов и сплавов

30. 04. 2020 

Группа С -203, преподаватель Шабаева О.Н.

Тема 1.2. Строительные материалы и изделия

Тема: Классификация металлов (чёрные металлы и сплавы).

Литература: Строительные материалы и изделия: Учебник для студентов средних проф. учеб. заведений/ К.Н. Попов, М.Б. Каддо, М.: Высш. шк., - стр. 140-151. Допустимо использование интернет ресурсов.

Инструкция по выполнению заданий для обучающихся:

Задание №1. Запишите в рабочую тетрадь по Тема 1.2. Строительные материалы и изделия дату и тему занятия.

Задание №2. Изучите теоретический материал.

Задание №3. Изучить таблицу: Классификация металлов и сплавов.

Задание №4. Изучите материал, и выполнить опорный конспект в рабочей тетради по следующим вопросам: 1. Общие сведения о металлах и сплавах; 3. Углеродистые и легированные стали.

Задание № 5. Сделать фотографию выполненных заданий в тетради, и отправите фото конспекта на электронную почту shabaeva1977@yandex.ru, или в ВК https://vk.com/club193816674 с указанием темы, ФИО, и номер группы.

Теоретический материал.

Общие сведения о металлах и сплавах

Металлы – кристаллические вещества, характеризующиеся высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны и другими специфическими свойствами. Свойства металлов обусловлены их строением.
В технике обычно применяют не чистые металлы, а сплавы.
Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь).
Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные.

 К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (чугун и сталь).

Сталь – сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими элементами. По химическому составу различают, стали углеродистые и легированные, а по назначению – конструкционные, инструментальные и специальные.

Чугун – сплав железа с углеродом (более 2,14 %), некоторым количеством марганца (до 2 %), кремния (до 5 %), а иногда и других элементов. В зависимости от строения и состава чугун бывает белый, серый и ковкий.

Физико – механические свойства металлов и их сплавов

Металлы	Предел прочности при растяжении, МПа	Плотность,кг/м3
Чугун	100 - 600	7850
Углеродистая сталь	200 - 600	7850
Легированная сталь	500 - 1600	7850
Алюминиевые сплавы	100 - 3000	2500 - 3000
Титановые сплавы	до 1500	4500 - 5000

К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана. 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.
Высокая теплопроводность металлов требует устройства тепловой изоляции металлоконструкций зданий. Металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня, т.к. они теряют устойчивость и деформируются. Большой ущерб экономике наносит коррозия металлов. Металлы широко применяют в других отраслях промышленности, поэтому их использование в строительстве должно быть обосновано экономически.
 

Классификация металлов и сплавов

 

 

 

 

 

                                    2. Основы технологии черных металлов
Производство чугуна.

Основной способ производства черных металлов – получение чугуна и последующая его переработка в сталь. Для получения стали, используют металлолом и железную руду. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900°С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаСО₃) необходим для перевода пустой породы (состоящей в основном из SiO₂ и Al₂O₃), содержащейся в руде и золы от сжигания топлива в расплавленное состояние. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой смесь силикатов и алюминатов кальция.

Доменная печь – сооружение с полезным объемом печи – 2000...3000 м³, суточной производительностью – 5000…7000 т. В печь через устройство загружают шихту, а снизу через фурмы  подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях органического доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействует с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до СО_2. Железо плавиться, и при этом растворяется в себя углерод до 5%, превращаясь в чугун. Расплавленный чугун  стекает в низ печи, а расплав шлака, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки и в ковш. На каждую тонну получается около 0,6 т огненно – жидкого шлака.  

Схема доменной печи

Чугун главным образом 80% идет для производства стали остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий. В зависимости от состав различают белый и чугун твердый и прочный, содержит большое количество цемента; в сером из-за присутствия кремния цементит не образуется и углерод выделяется в виде графита.

Белыми называют предельные чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (карбид железа Fe3C). В изломе они имеют матово-белый цвет и характерный металлический блеск. Получают при быстром охлаждении расплава. Из-за большого содержания цементита белые чугуны обладают высокой твёрдостью (450…550 НВ), износостойкостью, хрупкостью, но плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий они не используется. Применяются как передельный чугун для производства стали или для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.

Серыми называют литейные чугуны с пластинчатой формой графита, в изломе

имеющие серый цвет. Содержание углерода в связанном состоянии составляет не более

0,5%. Получают при медленном охлаждении жидкого чугуна.

Производство стали.

Сталь получают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печей, конверторах и электрических печах. Выплавка стали – сложный процесс, складывающий из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавки и топочными газами. Выплавку стали различают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки – полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложений силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки стали часто предварительно нагревают.  Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространенный метод обработки – прокатка. Им обрабатывается более 70% полученной стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и приобретает заданную форму. Прокатывают сталь в холодном состоянии. Сортамент стали горячего проката – сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля.

При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, и получают изделия заданных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка – обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.). Штамповка – разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа.

Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.
Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.
Холодное профилирование – процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания – упрочненную холодносплющенную арматуру.