Міністерство освіти РФ

Пензенський Державний Університет Архітектури та Будівництва

Реферат

Металеві матеріали

Виконав: ст. гр. АДА-21

Егурнов Н.Г.

Перевірив: Козлов Ю.Д.

Пенза, 2003

ЗМІСТ

ВСТУП 2
КЛАСИФІКАЦІЯ. 4
Сталь вуглецева звичайної якості. 4
Сталь вуглецева якісна конструкційна. 6
Сталь легована. 7
БУДОВА МЕТАЛІВ 9
Структура. 11
Діаграма стану залізовуглецевих сплавів. 11
ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ 14
Хімічні властивості. 14
Фізичні властивості. 15
ЗАСТОСУВАННЯ МЕТАЛІВ У БУДІВНИЦТВІ. 19
Сталь. 19
Чавуни. 20
Кольорові метали та сплави. 21
ЛІТЕРАТУРА 24

ВСТУП

Метали - найпоширеніші і широко використовуються матеріали ввиробництві та в побуті людини. Особливо велике значення металів у нашчас, коли велика кількість їх використовують у машинобудівнійпромисловості, на транспорті, в промисловому, житловому і дорожньомубудівництві, а також в інших галузях народного господарства. [1, стор 4]

Термін «метал» походить від грецького слова mйtallon (від metallйu? --викопують, добуваю з землі), яке означало первісно копальні, рудники
(в цьому сенсі воно зустрічається в Геродота, 5 ст. до н. е..). Те, щовидобувалося в рудниках, Платон називав metallйia. У стародавні часи і в середністоліття вважалося, що існує тільки 7 металів: золото, срібло, мідь,олово, свинець, залізо, ртуть. За алхімічних уявленнями, метализароджувалися в земних надрах під впливом променів планет і поступово вкрайповільно удосконалювалися, перетворюючись на срібло та золото. Алхімікивважали, що метали - складні речовини, що складаються з «початкуметаллічності »(ртуті) і« початку горючості »(сірки). На початку 18 ст. отрималапоширення гіпотеза, згідно з якою метали складаються з землі і
«Початку горючості» - флогістону. М.В. Ломоносов налічував 6 М. (Au, Ag,
Cu, Sn, Fe, Pb) і визначав метал як «світле тіло, яке куватиможна ». В кін. 18 в. А.Л. Лавуазьє спростував гіпотезу флогістону і показав,що метали - прості речовини. У 1789 Лавуазьє в керівництві з хімії давсписок простих речовин, в який включив всі відомі тоді 17 металів
(Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn). Заміру розвитку методів хімічного дослідження число відомих металівзростала. У 1-й пол. 19 в. були відкриті супутники Pt, отримані шляхомелектролізу деякі лужні і лужноземельні метали, покладено початокрозділення рідкоземельних металів, відкриті невідомі метали прихімічному аналізі мінералів. У 1860-63 методом спектрального аналізу буливідкриті Cs, Rb, Tl, In. Блискуче підтвердилося існування металів,передбачених Д. І. Менделєєвим на основі його періодичного закону.
Відкриття радіоактивності в кін. 19 в. спричинило за собою пошуки природнихрадіоактивних металів, які увінчалися повним успіхом. Нарешті, методомядерних перетворень починаючи з сер. 20 в. були штучно отриманірадіоактивні метали, зокрема трансуранові елементи.

Наприкінці 19 - початку 20 ст. отримала фізико-хімічну основуметалургія - наука про виробництво металів з природної сировини. Тоді жпочалося дослідження властивостей металів і їхніх сплавів в залежності відскладу і будови [3, стр. 133].
Основи сучасного металознавства були закладені видатними російськимиметалургами П.П. Аносова (1799-1851) і Д.К. Черновим (1839-1921), впершевстановили зв'язок між будовою і властивостями металів і сплавів.
П. П. Аносов заклав основи вчення про сталі, розробив наукові принципиотримання високоякісної сталі, вперше в світі у 1831 р. застосувавмікроскоп для дослідження будови металів.
Д. К. Чернов продовжив праці П. П. Аносова. Він по праву вважаєтьсяосновоположником металографії - науки про будову металів і сплавів. Йогонаукові відкриття лягли в основу процесів кування, прокатки, термічноїобробки сталі.
Відкриті Д. К. Черновим критичні точки в стали стали основою дляпобудови сучасної діаграми стану системи залізо - вуглець.

Класичні праці «батька металографії» Д. К. Чернова розвиваливидатні російські вчені. Перший докладний опис структурзалізовуглецевих сплавів було зроблено А. А. Ржешотарскім (1898).
Подальший розвиток металознавство одержало в роботах відомих вітчизнянихучених М. І. Бєляєва, Н. С. Курнакова, А. А. Байко-ва, С. С. Штейнберга, А.
А. Бочвар, Г. В. Курдюмова та ін
Наука про метали розвивається широким фронтом у новостворених науковихцентрах з застосуванням електронних мікроскопів та іншої сучасноїапаратури, з використанням досягнень рентгенографії та фізики твердоготіла. Все це дозволяє більш глибоко вивчити будову металів і сплавів ізнаходити нові шляхи підвищення механічних та фізико-хімічних властивостей.
Створюються надтверді сплави, сплави з заздалегідь заданими властивостями,багатошарові композиції з широким спектром властивостей і багато іншихметалеві, алмазні і кераміко-металічні матеріали. [1, стор 58]

КЛАСИФІКАЦІЯ.

У будівництві зазвичай застосовують не чисті метали, а сплави.
Найбільшого поширення набули сплави на основі чорних металів (~ 94%)і незначне - сплави кольорових металів (рис. 1) [2, стр.288]

Рис. 1. Класифікація металів і сплавів.

Більш докладно розглянемо класифікацію сталі.

Сталь вуглецева звичайної якості.

Вирішальний вплив на механічні властивості в вуглецевих сталяхнадає вміст вуглецю (рис. 2). При збільшенні вмісту вуглецюпідвищуються міцність, твердість і зносостійкість, але знижуютьсяпластичність і ударна в'язкість, а також погіршується зварюваність.

Домішка фосфору викликає хладноломкость, а домішка сірки --красноломкость сталі. Для різних марок сталі допустимий вмістфосфору 0,04 ... 0,09%, а сірки 0.04 .. Д07%. Шкідливий вплив на властивостістали надає кисень: зміст його більше 0,03% викликає старіннясталі, а більше 0,1% - красноломкость. Домішки марганцю і кремнію вкількості 0,8 ... 1% не роблять практично впливу на механічнівластивості вуглецевих сталей. У сталі, призначеної для зварнихконструкцій, зміст кремнію не повинно перевищувати 0,12 ... 0,25%.
Зміст азоту підвищує міцність і твердість сталі і знижуєпластичність.

Рис. 2. Вплив вуглецю на механічні властивості відпалених сталей.

При позначенні марок сталі можуть бути вказані назва групи, за якимисталь постачається ( «А» - за механічними властивостями, «Б» - за хімічнимскладу, «B» - за механічними властивостями та додатковим вимогам щодохімічним складом); методу виробництва ( «М» - мартенівський, «Б» --бесемерівський, «K» - киснево-конвертерний); додаткові індекси
( «Сп» - спокійна сталь, «пс» - напівспокійна Сталь, «кп» - кипляча сталь).
У групі «А» індекс «М» часто опускається, але мається на увазі стальмартенівська, а за відсутності індексів «сп», «пс», «кп» мається на увазісталь спокійна.

Спокійна сталь є більш якісною, але за вартістю вона на
12 ... 15% дорожче киплячій. Напівспокійна сталь займає за властивостямипроміжне положення між спокійною і киплячій сталлю, але в результаті інезначного витрати розкислювачі вартість її менше, ніж спокійною.

Механічні характеристики стали залежать також від форми і товщинипрокату. Вуглецеві сталі звичайної якості застосовують безтермообробки. У таблиці 1 наведені норми на механічні властивості сталівуглецевої звичайної якості (група А).

Таблиця 1.

Сталь вуглецева звичайної якості.
| Марки сталі | Межа міцності | Межа теку, | Відносне |
| групи А | при розтягу, МПа | честі, МПа | подовження,% |
| Ст0 | 310 | - | 20 ... 30 |
| Ст1сп, пс | 320 ... 420 | - | 31 ... 34 |
| Ст2сп, пс | 340 ... 440 | 200 ... 230 | 29 ... 32 |
| Ст3сп, пс | 380 ... 490 | 210 ... 250 | 23 ... 26 |
| Ст3Гпс | 380 ... 500 | 210 ... 250 | 23 ... 26 |
| Ст4сп, пс | 420 ... 540 | 240 ... 270 | 21 ... 24 |
| Ст5Гпс | 460 ... 600 | 260 ... 290 | 17 ... 20 |
| Ст6сп, пс | Не менше 600 | 300 ... 320 | 12 ... 15 |

Примітка: У сталі марок Ст3Гпс і Ст5Гпс підвищений вмістмарганцю. [2, стор.318-320]

Сталь вуглецева якісна конструкційна.

Якісна конструкційна сталь виплавляється в мартенівських іелектричних печах (спокійна, напівспокійна, яке кипить).

Залежно від хімічного складу ця сталь ділиться на дві групи:
I - з нормальним вмістом марганцю і II - з підвищеним вмістоммарганцю. Марки стали і вимоги до механічних властивостей сталі I групив стані нормалізації наведені в таблиці 2. У марки стали двозначніцифри означають середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка. Сталь ввідповідно до вимог може поставлятися в термічно обробленомустані (відпалених, нормалізована, високоотпущенная).

Таблиця 2.

Сталь вуглецева якісна за ГОСТ 2050-74
| Марки сталі | Зміст | Межа | Межа | Щодо |
| | Вуглецю,% | міцності | плинності, | е |
| | | При | МПа | подовження, |
| | | Розтягу, | |% |
| | | МПа | | |
| 08 кп, пс | 0,05 ... 0,11 | 330 | 200 | 35 |
| 10 кп, пс | 0,07 ... 0,14 | 340 | 210 | 31 |
| 15 кп, пс | 0,12 ... 0,19 | 380 | 230 | 27 |
| 20 кп, пс | 0,17 ... 0,24 | 420 | 250 | 25 |
| 25 - | 0,22 ... 0,30 | 460 | 280 | 23 |
| 30 - | 0,27 ... 0,35 | 500 | 300 | 21 |
| 35 - | 0,32 ... 0,40 | 540 | 320 | 20 |
| 40 - | 0,37 ... 0,45 | 580 | 340 | 19 |
| 45 - | 0,42 ... 0,50 | 610 | 360 | 16 |
| 50 - | 0,47 ... 0,55 | 640 | 380 | 14 |
| 60 - | 0,57 ... 0,65 | 690 | 410 | 12 |
| 70 - | 0,67 ... 0,75 | 730 | 430 | 9 |
| 80 - | 0,77 ... 0,85 | 1100 * | 950 * | 6 * |

* Механічні властивості після гартування та відпуску.

Примітка: У таблиці наведено тільки деякі марки сталей.

Інструментальні якісні вуглецеві сталі призначені длявиготовлення різального, вимірювального та штампувального інструменту невеликихрозмірів. Марки цих сталей позначаються літерою У і цифрою, що показуєвміст вуглецю в десятих частках відсотка (У7, У8, У9 ,..., У13).
Високоякісні сталі мають низький вміст сірки (до 0,02%) і фосфору
(до 0,03%), менше неметалічних включень, володіють підвищенимимеханічними властивостями. У позначення марок високоякісних сталей ввідміну від якісних ставиться буква А (наприклад, У7А, У8Аіт. д.). [2,стр.320-321]

Сталь легована.

При введенні в вуглецеві сталі спеціальних легуючих добавок (Cr,
Mn, Ni, Si, W, Mo, Ti, Co, V та ін) досягається значне поліпшення їхфізико-механічних властивостей (наприклад, підвищення межі текучості беззниження пластичності та ударної в'язкості і т.д.).

Легуючі добавки, розчиняючись в залозі, спотворюють і порушуютьсиметрію його кристалічної решітки, оскільки вони мають інші атомнірозміри і будова зовнішніх електронних оболонок. Частіше за все збільшуєтьсякарбідосодержащая фаза за рахунок зменшення вуглецю в перліті, щовідповідно збільшує міцність сталі. Багато легуючі елементисприяють подрібнення зерен фериту та перліту в сталі, що значнопідвищує в'язкість сталі. Деякі легуючі елементи розширюють областьаустеніту, знижуючи критичні точки АС3, а інші, навпаки, звужують цюобласть. Велике значення на практиці має здатність більшостілегуючих елементів підвищувати прокаліваемость стали на значнутовщину, затримуючи перехід аустеніту в інші структури, що створюєможливість гартувати стали при помірних швидкостях охолодження. При цьомузменшуються внутрішні напруження і знижується небезпека появигартівних тріщин.

Згідно з існуючими стандартами леговані стали класифікують запризначенням, хімічним складом та мікроструктурі.

За призначенням леговані сталі поділяють на три класи:конструкційні (машіноподелочние і будівельні), інструментальні і сталіз особливими фізико-хімічними властивостями.

Для позначення марок сталей прийнята буквено-цифрова система.
Легуючі елементи позначаються літерами: С - кремній, Г - марганець, X --хром, Н - нікель, М - молібден, В - вольфрам, Р - бор, Т - титан, Ю --алюміній, Ф - ванадій, Ц - цирконій, Б - ніобій, А - азот, Д - мідь, До --кобальт, П - фосфор і т.д. Цифри, що стоять перед буквами, показуютьвміст вуглецю в конструкційних сталях в сотих частках відсотка, уінструментальних - в десятих частках відсотка. Цифри, що стоять за буквами,показують зміст легуючих елементів у відсотках. Якщо змістелементів не перевищує 1,5%, то цифри не ставлять. Буква А, що стоїть в кінцімарки, означає, що високоякісна сталь. Наприклад, сталь марки
35ХНЗМА - високоякісна, що містить 0,35% С, 1% Сг, 3% Ni, 1% Mo.

За хімічним складом леговані сталі ділять на три класи:низьколеговані із загальним вмістом легуючих елементів до 2,5%;середньолегованих - від 2,5 до 10% і високолеговані, що містять більше
10% таких елементів, наприклад нержавіюча сталь 1Х18Н9.

В залежності від структури, яку отримують леговані сталі післянормалізації, їх ділять на п'ять класів: перлітною, мартенситних,аустенітні, ферит-ва і карбідним (ледебурітная). Більшістьконструкційних і інструментальних сталей відноситься до сталей перлітногокласу. Такі стали містять незначну кількість легуючих елементів
(не більше 5 ... 6%), добре обробляються тиском і різанням.

Після нормалізації мають структуру перліту (сорбіту, троостіта). Післязагартування та відпуску помітно підвищують механічні властивості.

Основною перевагою легованих сталей за, порівняно зі сталлюмарки СТЗ є їх велика міцність при збереженні досить високоїпластичності і зварюваності, що дозволяє підвищити допустимі напругиі зменшити витрату металу на виготовлення конструкцій, а також підвищенастійкість до атмосферної корозії. [2, с 321-323]

БУДОВА МЕТАЛІВ

Дослідження структури металу проводять шляхом вивчення макроструктуриіз збільшенням до 10 разів і без збільшення; мікроструктури зі збільшенням від
10 до 2000 разів на оптичних мікроскопах і до 100 000 раз на електроннихмікроскопах, атомної структури - рентгенографічних аналізом.

Метали являють собою кристалічні тіла з закономірнимрозташуванням атомів у вузлах просторової решітки.

Рис. 3. Елементарний кубічний кристал: а - об'ємно-центрований; б - гранецентрованої

Грати складаються з ряду кристалічних площин, розміщених однавід одного на відстані кількох нанометрів (1 нм = 10-9 м). Для залізаці відстані 28,4 нм (? = Fe) і 36,3 нм (? = Fe). Більшість металівмає просторові решітки у вигляді простих геометричних фігур.
Окремі ділянки кристалічної решітки міцно пов'язані між собою вкомплекси - зерна. Взаємне розташування зерен окремих елементів ісплавів визначає структуру металів і їх властивості.

Атоми металів характеризуються малою кількістю електронів (1 ... 2) назовнішній оболонці, легко віддають їх, що підтверджується високоюелектропровідність.

Чорні метали мають прості кубічні комірки решіток (рис. 3) двохвидів: а) центрований або об'ємно-центрований куб (9 атомів уклітинці), обсяг куль займає 68%; б) гранецентрованої або куб зцентровані гранями (14 атомів), обсяг куль займає 74%. Деякікольорові метали та їх сплави мають гексагональну (шестигранну) грати.

Залізо, олово, титан і інші метали мають властивості Алотропія,тобто здатністю одного й того ж хімічного елемента при різнійтемпературі мати різну кристалічну структуру. Аллотропіческіеперетворення супроводжуються виділенням або поглинанням теплоти. Залізо маєчотири аллотропіческіе форми:?-Fe;?-Fe,?-Fe,?-Fe. Практичне значеннямають? -Fe і? -Fe, тому що p-Fe і б-Fe відрізняються від a-Fe тількивеличиною міжатомних відстані, а для?-Fe характерна відсутністьмагнітних властивостей.

Рис. 4. Криві охолодження і нагрівання заліза

Температура, при якій відбувається перехід металу з одногоаллотропіческого виду в інший, називається критичною. Величини цихтемператур видно на діаграмі охолодження і нагрівання чистого заліза (рис.
4) у вигляді ділянок, що свідчать про те, що фазові перетвореннявідбуваються з виділенням теплоти при нагріванні.

Всі метали перебувають у твердому стані до певної температури.
При нагріванні металу амплітуда коливання атомів досягає деякоїкритичної величини, при якій відбуваються руйнування кристалічноїрешітки та перехід металів з твердого в рідкий стан. Процескристалізації полягає в зростанні кристалів шляхом відкладення новихкристалічних груп навколо виникли зародків. Зростання кристалічнихутворень відбувається в певних напрямках. Спочатку утворюютьсяголовні осі кристала шляхом зростання в трьох взаємно перпендикулярнихнапрямках, а потім від кожної з цих осей утворюються нові і виникаєне повністю завершений кристал, званий дендрітов. Надалі всіпроміжки між осями дендрита заповнюються упорядковано розташованимиатомами.

В умовах невільною кристалізації утворюються кристали отримуютьнеправильні обриси і форму і називаються кристалітів або зернами.
Величина зерен впливає на механічні властивостіметалів: чим дрібніше зерна, тим міцніше метал.

Технічні метали та сплави являють собою полікристалічнітіла, що складаються з великого числа по-різному орієнтованих кристалічнихзерен (поперечні розміри зерен - 0,001 ... 0,1 мм). Тому в цілому металита сплави можна вважати умовно ізотропним тілами.

Структура.

Сплави мають металевими властивостями і складаються з двох елементіві більше. Елементи, що входять до складу сплавів, називають компонентами.

Компоненти сплавів в процесі затвердіння і подальшого охолодженняможуть утворювати хімічні сполуки, тверді розчини на базі одногоз компонентів або нового хімічної сполуки та механічні суміші.

Хімічні сполуки, які утворюються на підставі загальних хімічнихзаконів (валентності, іонної зв'язку), можуть бути виражені хімічнимиіндексами. Зазвичай хімічні сполуки підвищують твердість і крихкістьметалів і, як правило, мають кристалічну решітку іншого типу, ніж укожного з елементів окремо.

Тверді розчини - сплави, у яких атоми розчинного елементурозсіяні в кристалічній решітці розчинника; розчинна елемент можезаміщати частину атомів основного металу або впроваджуватися між ними, але безутворення молекул певного складу. У залізовуглецевих сплавах
Fe-С атоми вуглецю впроваджуються в пори решітки Fe. На відміну від хімічнихсполук складу твердих розчинів непостійний і залежить від температури іконцентрації (проникнення одного елемента кристалічної решітки в іншій).
Кристалічна решітка твердого розчину зберігає тип грат одного зкомпонентів, що за цією ознакою вважається розчинником.

Механічні суміші (евтектики, евтектоіди) - мікроскопічні малі,перемішані і тісно пов'язані між собою компоненти сплаву, що складаються зчистих металів, твердих розчинів і хімічних сполук. Евтектикиутворюються з рідкого сплаву при охолодженні і характеризуються найнижчоютемпературою затвердіння суміші, гарними ливарними якостями і високимимеханічними властивостями. Евтектоіди утворюються при розпаді твердогорозчину. Евтектичних і евтектоїдних суміші виникають при певнійконцентрації окремих складових і певній температурі. У сплавах,відмінних за складом від евтектичних, при затвердінні в першу чергувипадає компонент, надмірна по відношенню до евтектичних.

Зміни структури і властивостей сплавів із зміною концентрації татемператури в наочній формі представлені на діаграмах стану сплавів.
Ці діаграми не містять фактору часу та відповідають умові дужеповільного нагрівання й охолодження.

Діаграма стану залізовуглецевих сплавів (рис. 5).

Основними структурами, що становлять залізовуглецевих сплавів,є наступні.

Ферит - твердий розчин вуглецю в? -Fe. При температурі 723 ° Сграничне вміст вуглецю 0,02%. При відсутності домішок некорродирует.

Цемент - карбід заліза Fe3C - хімічна сполука, що містить 6,67
% Вуглецю. Є складовою частиною евтектичних суміші, а такожсамостійної структурної складової. Здатний утворювати твердірозчини шляхом заміщення атомами інших металів, нестійкий, розпадаєтьсяпри термічній обробці. Цементит дуже твердий (НВ 800) і крихкий.

Аустеніт - твердий розчин вуглецю в? -Fe. Атоми вуглецю впроваджуютьсяв кристалічну решітку, причому насичення може бути різним узалежно від температури і домішок. Стійкий тільки при високійтемпературі, а з домішками Mn, Сг - при звичайних, навіть низьких температурах.
Твердість аустеніту НВ 170 ... 220.

Рис. 5. Діаграма стану залізовуглецевих сплавів:а - діаграма; I - рідкий сплав; II - жилки сплав і кристали аустеніту;
III - рідкий сплав і цементит; IV - аустеніт; V - цементит і аустеніт; VI --аустеніт, цементит, ледебуріт; VII - цементит і ледебуріт; VIII - ферит іаустеніт; IX - ферит і перліт; X - цементит і перліт; XI - перліт,цементит; ледебуріт; XII - цементит, ледебуріт; б - орієнтовнівідносини структурні складових у різних областях діаграми.

Перліт - евтектоїдних суміш фериту і цементиту, утворюється прирозпад аустеніту при температурі 723 ° С і зміст вуглецю 0,83%.
Домішки Si і Мn сприяють утворенню перліту і при меншому вмістівуглецю. Твердість перліту НВ 160 ... 260. Структура перліту може бутипластинчастої й глобулярні (зернистою).

Ледебуріт - евтектичних суміш аустеніту і цементиту, що утворюєтьсяпри 1130 ° С і змісті вуглецю 4,3% Структура нестійка: приохолодженні аустеніт, що входить до складу ледебуріта, розпадається на вториннийцементит і перліт. Ледебуріт дуже твердий (НВ 700) і крихкий.

Графіт - м'яка й тендітна складова чавуну, що складається зрізновидів вуглецю. Зустрічається в сірих і кування чавунах.

На діаграмі стану залізовуглецевих сплавів (рис 5) на осіординат відкладена температура, на осі абсцис - вміст у сплавахвуглецю до 6,67% тобто до такої кількості, при якому утворюєтьсяхімічна сполука Fe3C - цементит. Пунктирними лініями нанесенадіаграма стану для системи залізо - графіт, тому що можливий розпадцементиту Fe3С.

розглянуту діаграму правильніше вважати не залізовуглецевих, ажелезоцементітной, так як вільного вуглецю в сплавах не міститься. Алетому що вміст вуглецю за змістом цементиту, тоКращий час практично всі зміни структури сплавів пов'язувати з різнимвмістом вуглецю.

Усі лінії на діаграмі відповідають критичним точкам, тобто тимтемператур, при яких відбуваються структурні зміни в сплавах.
Критичні точки для сталі вперше відкрив російський учений-металург Д.К.
Чернов.

Лінія ACD - лінія початку кристалізації сплаву (лінія Ліквідус),AECF лінія - лінія кінця кристалізації сплаву (лінія солідуса). Тількичисті метали і евтектика плавляться і тверднуть при постійнійтемпературі. Затвердіння всіх інших сплавів відбувається поступово,причому з рідкого сплаву спочатку виділяється надмірна по відношенню доскладу евтектики компонент. Область AESG на діаграмі відповідаєаустеніту. Лінія GS - початок виділення фериту, а лінія SE - вторинногоцементиту. Лінія PSK відповідає остаточного розпаду аустеніту івиділенню перліту. В області нижче лінії PSK ніяких змін структури невідбувається.

У залежності від вмісту вуглецю залізовуглецевих сплавиотримують такі назви:

При змісті вуглецю 0,5 Тпл у пластичній деформації починають відігравати істотнуроль точкові дефекти, в першу чергу вакансії, які, осідаючи надислокаціях, призводять до їх виходу з площин ковзання. Якщо цейпроцес досить інтенсивний, то деформація не супроводжується зміцненням:метал тече з постійною швидкістю при незмінній навантаженні (повзучість).
Перебіг процесів релаксації напруг і постійна розрядкадислокаційної структури забезпечують високу пластичність металів при їхгарячої обробки, що дозволяє надавати виробам з металіврізноманітну форму. Отжиг сильно деформованих монокристалів металівнерідко призводить до утворення полікристалів з малою щільністю дислокаційвсередині зерен (рекристалізація).

досяжні ступеня деформації металів обмежені процесомруйнування. У міру зростання щільності дислокацій при холодній деформаціїзростає нерівномірність їх розподілу, що призводить до концентраціїнапружень у місцях згущення дислокацій і зародженню тут вогнищруйнування - тріщин. У реальних кристалах такі концентрації напруженьє й у вихідному недеформірованном стані (скупчення домішок,частки ін фаз і т.п.). Але внаслідок пластичності металу деформаціяпоблизу небезпечних місць знімає напруження і запобігає руйнуванню. Однакякщо опір руху дислокацій зростає, то релаксаційназдатність матеріалу падає, що під навантаженням призводить до розвитку тріщин
(крихке руйнування). Це особливо проявляється в металах з об'ємно -центрованої гратами, у яких рухливість дислокацій різко зменшуєтьсяпри зниженні температури (з-за взаємодії з домішками і зменшеннячисла кристалографічних можливих площин ковзання). Запобіганняхладноломкості - одна з найважливіших технічних проблем розробкиконструкційних металевих матеріалів. Інша актуальна проблема --збільшення міцності та опору деформації при високих температурах.
Зародками руйнування в цих умовах служать мікропори, що утворюються врезультаті скупчення вакансій. Ефективний спосіб підвищеннявисокотемпературної міцності - зменшення дифузійного рухливостіточкових дефектів, зокрема легуванням.

Застосовувані в техніці конструкційні металеві матеріали єполікристалічний. Їх механічні властивості практично ізотропні іможуть істотно відрізнятися від властивостей монокристалів металів. Міжфазнихкордону вносять додатковий внесок у зміцнення. З іншого боку, вониможуть бути місцями пріоритетним руйнування (межзеренное руйнування)або деформації. Змінюючи число і будова міжфазних кордонів, форму іпросторове розташування окремих структурних складовихбагатофазних систем (полікристалів, гетерофазних агрегатів, що виникаютьвнаслідок фазових перетворень, або штучно отриманих композицій), атакож регулюючи склад і дефектну структуру окремих кристалів, можнаотримати велике розмаїття механічних властивостей, необхідних дляпрактичного використання металевих матеріалів. [3, стр. 133-136].

ЗАСТОСУВАННЯ МЕТАЛІВ У БУДІВНИЦТВІ.

Сталь.

У будівництві сталь використовують для виготовлення конструкцій,армування залізобетонних конструкцій, пристрої покрівлі, риштовання,огороджень, форм залізобетонних виробів і т.д. Правильний вибір марки стализабезпечує економний витрати сталі й успішну роботу конструкції.

Для виготовлення несучих (розрахункових) зварних і клепаних конструкційрекомендують наступні види сталей: мартенівську - марок ВМСтЗпс (сп, кп),низьколеговану - марок 15ГС, 14Г2, 10Г2С, 10Г2СД; природно-леговану
- Марок 15ХСНД, 10ХСНД; киснево-конвертерну - марок ВКСтЗсп (пс, кп).

Стали марок СТ4 і СТ5 рекомендують для конструкцій, що не мають зварнихз'єднань, і для зварних конструкцій, що сприймають лише статичнінавантаження.

Сталь для конструкцій, що працюють на динамічні та вібраційнінавантаження і призначених для експлуатації в умовах низьких температур,повинна додатково перевірятися на ударну в'язкість при негативнихтемпературах.

До стали для мостових конструкцій пред'являють спеціальні вимоги
(ГОСТ 6713-75) по однорідності і дрібнозернистий, відсутності зовнішніхдефектів, міцності та деформаційних властивостях.

Для армування залізобетонних конструкцій сталь застосовують у виглядістрижнів, дроту, зварних сіток, каркасів. Арматурна сталь може бутигарячекатана (стрижнева) і холоднотягнутий (дротяна). За формою стальнайчастіше буває кругла, а для поліпшення зчеплення - періодичногопрофілю. В окремих випадках для підвищення механічних властивостей стальобробляють наклепом і застосовують термічну обробку.

стрижневу арматуру в залежності від механічних властивостей ділять накласи: AI, A-II, A-III, A-IV та ін При позначенні класу термічнозміцненої арматурної сталі додають індекс «т» (наприклад, Ат-III),зміцнену витяжкою - «у» (наприклад, А-Шв).

Арматурна дріт може бути холоднотянуті класу BI
(низьковуглецевої) для ненапрягаемой арматури і класу В-II (вуглецевої)для напружуємося арматури. Для звичайного армування переважнозастосовують арматурну сталь класів A-III (марок 25Г2С, 35ГС та ін), А-II
(марок СТ5) і звичайну арматурний дріт, а при особливому обгрунтуваннітакож A-I (марки СТЗ) і А-ІІВ. Для попередньо напруженого армуваннявикористовують високоміцну дріт, арматурні пасма і арматуру класу A-IV
(марок ЗОХГ2С, 20ХГСТ, 20ХГ2Ц та інші низьколеговані сталі), а такожзміцнену витяжкою сталь класу А-IIIв (марок 35ГС, 25Г2С).

Сортамент прокатного металу і металовиробів в будівництвірізноманітний: сортова сталь, прокатна сталь листова, куточки, швелери,двутаври, труби та інші служать основою для виготовлення металевихконструкцій (балки, колони, ферми і т.д.). На сортаменту є ГОСТинайбільш раціональних типів профілів і частоти їх градацій.

Сортова сталь: кругла (діаметром 10 ... 210 мм) застосовується длявиготовлення арматури, скоб, болтів; квадратна (сторона квадрата 10 ... 100мм); смуговий (шириною 12 ... 20 мм) - для виготовлення зв'язків, хомутів,бугелів.

Сталь листова включає листи товщиною від 4 ... 160 мм, шириною 600 ... 3800мм; тонколистова покрівельна - чорна і оцинкована товщиною до 4 мм;шірокополочная товщиною 6 ... 60 мм, шириною 200 ... 1500 мм, довжиною 5 ... 12 м.

Уголковие профілі (рівнополочні і полками) випускають площеюперетину 1,0 ... 140 см2.

Швелери характеризуються перетином швелерів і визначаються йогономером, що відповідає висоті стінки швелера в сантиметрах.

Балки двотаврові - основний балковий профіль - різноманітні за типами;позначаються номером, відповідним їх висоті в сантиметрах. Трубикруглі мають діаметр 8 ... ... 1620 мм. Труби можуть бути квадратного іпрямокутного перерізу.

У будівництві також широко застосовують спеціальні профілі іметалеві матеріали: сталеві канати і дріт, профільованінастили і т.д. [2, с 323-325]

Чавуни.

чавуну називають залізовуглецевих сплави, що містять понад 2%.вуглецю. Чавун володіє більш низькими механічними властивостями, ніж сталь,але дешевше і добре відливається у вироби складної форми. Розрізняють декількавидів чавуну.

Білий чавун, в якому весь вуглець (2,0 ... 3,8%) перебуває у зв'язаномустані у вигляді Fe3C (цементиту), що і визначає його властивості: високітвердість і крихкість, хорошу опірність зносу, погануоброблюваність ріжучими інструментами. Білий чавун застосовують дляотримання сірого та ковкого чавуну і сталі.

Сірий чавун містить вуглець у зв'язаному стані тільки частково (небільше 0,5%). Решта вуглець знаходиться в чавуні у вільному стані ввигляді графіту. Графітові включення роблять колір зламу сірим. Чим зламтемніше, тим чавун м'якше. Освіта графіту відбувається в результатітермічної обробки білого чавуну, коли частина цементиту розпадається нам'яке пластичне залізо і графіт. Залежно від переважної структурирозрізняють сірий чавун на перлітною, феритної або феррітоперлітной основі.

Властивості сірого чавуну залежать від режиму охолодження і наявностідеяких домішок. Наприклад, чим більше кремнію, тим більше виділяєтьсяграфіту, а тому чавун робиться м'якше. Сірий чавун має помірнутвердість і легко обробляється ріжучими інструментами. Сірий чавун,що застосовується у будівництві, повинен мати межу міцності при розтягуне менше 120 МПа, а межа міцності при вигині 280 МПа.

З сірого чавуну відливають елементи конструкцій, що добре працюють настиск: колони, опорні подушки, черевики, тюбінги, опалювальні батареї,труби водопровідні та каналізаційні, плити для підлог, станини і корпуснідеталі верстатів, головки і поршні двигунів, зубчасті колеса та іншідеталі.

Ковкий чавун отримують після тривалого відпалу% білого чавуну привисоких температурах, коли цементит майже повністю розпадається звиділенням вільного вуглецю на феритної або перлітною основі.
Вуглецеві включення мають округлу форму. На відміну від сірих ковкі чавуниє більш міцними і пластичними і легше обробляються.

Високоміцні (модифіковані) чавуни значно перевершуютьзвичайні сірі по міцності і володіють деякими пластичними властивостями.
Їх застосовують для виливків відповідальних деталей.

При випробуванні сірого і високоміцного чавунів визначають межуміцності при розтягу, вигині і стиску, а при випробуванні ковкого чавуну --межа міцності при розтягу, відносне подовження і твердість.

При маркуванні сірого і модифікованого чавуну, наприклад СЧ12-28,першим?? дві цифри позначають межа міцності при розтягу, наступнідва - межа міцності при вигині. [2, с 325-326]

Кольорові метали та сплави.

Сплави кольорових металів застосовують для виготовлення деталей, що працюютьв умовах агресивного середовища, що піддаються тертю, вимагають великоїтеплопровідності, електропровідності і зменшеної маси.

Мідь - метал червоного кольору, що відрізняється високоютеплопровідністю і стійкістю проти атмосферної корозії. Міцністьневисока:? в = 180 ... 240 МПа при високій пластичності?> 50%.

Латунь - сплав міді з цинком (10 ... 40%), добре піддається холодноїпрокатці, штампування, витягування? в = 250 ... 400 МПа,? = 35 ... 15%. Примаркування латуней (Л96, Л90, ..., Л62) цифри вказують на вміст мідіу відсотках. Крім того, випускають латуні багатокомпонентні, тобто з іншимиелементами (Мn, Sn.Pb.Al).

Бронза - сплав міді з оловом (до 10%), алюмінієм, марганцем, свинцем ііншими елементами. Володіє гарними ливарними властивостями (вентилі, крани,люстри). При маркуванні бронзи Бр.ОЦСЗ-12-5 окремі індекси позначають:
Бр - бронза, О - олово, Ц - цинк, С - свинець, цифри 3, 12, 5 - вміст увідсотках олова цинку, свинцю. Властивості бронзи залежать від складу:
? в = 150 ... 2Ю МПа,? = 4 ... 8%, НВ60 (в середньому).

Алюміній - легкий сріблястий метал, що володіє низькою міцністю прирозтягуванні -? в = 80 ... 100 МПа, твердістю - НВ20, малою щільністю - 2700кг/м3, стійкий до атмосферної корозії. У чистому вигляді в будівництвізастосовують рідко (фарби, газоутворювача, фольга). Для підвищення міцностів нього вводять легуючі добавки (Мn, Сn, Mg, Si, Fe) і використовуютьдеякі технологічні прийоми. Алюмінієві сплави поділяють на ливарні,застосовувані для відливання виробів (силуміну), і деформуються (дюралюмінію),що йдуть для прокатки профілів, листів і т.п.

Силумін - сплави алюмінію з кремнієм (до 14%), вони мають високіливарними якостями, малої усадкою, міцністю? в = 200 МПа, твердістю
НВ50 ... 70 при досить високій пластичності? = 5 ... 10%. Механічнівластивості силумінів можна істотно поліпшити шляхом модифікування. Прицьому збільшується ступінь дисперсності кристалів, що підвищує міцністьі пластичність силумінів.

Дюралюминий-складні сплави алюмінію з міддю (до 5,5%), кремнієм
(менше 0,8%), марганець (до 0,8%), магній (до 0,8%) та ін Їх властивостіпокращують термічною обробкою (загартуванням при температурі 500 ... 520 ° С зподальшим старінням). Старіння здійснюють на повітрі протягом 4 ... 5добу при нагріванні на 170СС протягом 4 ... 5 ч.

Термообробка алюмінієвих сплавів заснована на дисперсному твердінні звиділенням твердих дисперсних частинок складного хімічного складу. Чимдрібніше частки новоутворень, тим вище ефект зміцнення сплавів. Межаміцності дюралюмінію після загартування і старіння складає 400 ... 480 МПа іможе бути підвищений до 550 ... 600 МПа в результаті наклепа при обробцітиском.

Останнім часом алюміній і його сплави все ширше застосовують убудівництві для несучих та огороджуючих конструкцій. Особливо ефективнозастосування дюралюмінію для конструкцій в великопрольотних споруди