Металлические материалы

Министерство образования РФ Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства Реферат Металлические материалы Выполнил: ст. гр. АДА-21 Егурнов Н.Г. Проверил: Козлов Ю.Д. Пенза, 2003 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 2 КЛАССИФИКАЦИЯ. 4 Сталь углеродистая обыкновенного качества. 4 Сталь углеродистая качественная конструкционная. 6 Сталь легированная. 7 СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ 9 Структура. 11 Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. 11 СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 14 Химические свойства. 14 Физические свойства. 15 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. 19 Сталь. 19 Чугуны. 20 Цветные металлы и сплавы. 21 ЛИТЕРАТУРА 24 ВВЕДЕНИЕ Металлы – наиболее распространенные и широко используемые материалы в про-изводстве и в быту человека.

Особенно велико значение металлов в наше время, когда большое их количество используют в машиностроительной промышленности, на транс-порте, в промышленном, жилищном и дорожном строительстве, а также в других отраслях народного хозяйства.[1, стр. 4] Термин «металл» произошёл от греческого слова métallon (от metalléuō – выкапываю, добываю из земли), которое означало первоначально копи, рудники (в этом смысле оно встречается у Геродота, 5 в. до н. э.). То, что добывалось в рудниках, Платон называл metalléia. В древности и в средние века считалось, что существует только 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть.

По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы – вещества сложные, состоящие из «начала металличности» (ртути) и «начала горючести» (серы). В начале 18 в. получила распространение гипотеза, согласно которой металлы состоят из земли и «начала горючести» – флогистона.

М.В. Ломоносов насчитывал 6 М. (Au, Ag, Cu, Sn, Fe, Pb) и определял металл как «светлое тело, которое ковать можно». В кон. 18 в. А.Л. Лавуазье опроверг гипотезу флогистона и показал, что металлы – простые вещества. В 1789 Лавуа-зье в руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тогда 17 металлов (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn). По мере развития методов химического исследования число известных металлов возрастало.

В 1-й пол. 19 в. были открыты спутники Pt, получены путём электролиза некоторые щелочные и щёлочноземельные металлы, положено начало разделению редкоземельных металлов, открыты неизвестные металлы при химическом анализе минералов.

В 1860-63 методом спектрального анализа были открыты Cs, Rb, Tl, In. Блестяще подтвердилось существование металлов, предсказанных Д. И. Менделеевым на основе его периодического закона.

Открытие радиоактивности в кон. 19 в. повлекло за собой поиски природных радиоактивных металлов, увенчавшиеся полным успехом. На-конец, методом ядерных превращений начиная с сер. 20 в. были искусственно получены радиоактивные металлы, в частности трансурановые элементы. В конце 19 – начале 20 вв. получила физико-химическую основу металлургия – наука о производстве металлов из природного сырья. Тогда же началось исследование свойств металлов и их сплавов в зависимости от состава и строения [3, стр. 133]. Основы современного металловедения были заложены выдающимися русскими метал- лургами П.П. Аносовым (1799–1851) и Д.К. Черновым (1839–1921), впервые установившими связь между строением и свойствами металлов и сплавов.

П. П. Аносов заложил основы учения о стали, разработал научные принципы получе-ния высококачественной стали, впервые в мире в 1831 г. применил микроскоп для исследования строения металлов.

Д. К. Чернов продолжил труды П. П. Аносова. Он по праву считается осно-воположником металлографии – науки о строении металлов и сплавов. Его научные открытия легли в основу процессов ковки, прокатки, термической обработки стали. Открытые Д. К. Черновым критические точки в стали явились основой для построения современной диаграммы состояния системы железо – углерод. Классические труды «отца металлографии» Д. К. Чернова развивали выдающиеся русские ученые. Первое подробное описание структур железоуглеродистых сплавов было сделано А. А. Ржешотарским(1898). Дальнейшее развитие металловедение получило в ра-ботах видных отечественных ученых Н. И. Беляева, Н. С. Курнакова, А. А. Байко-ва, С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Г. В. Курдюмова и др. Наука о металлах развивается широким фронтом во вновь созданных научных центрах с применением электронных микроскопов и другой современной аппаратуры, с использо-ванием достижений рентгенографии и физики твердого тела. Все это позволяет более глу-боко изучить строение металлов и сплавов и находить новые пути повышения механиче-ских и физико-химических свойств.

Создаются сверхтвердые сплавы, сплавы с заранее заданными свойствами, многослойные композиции с широким спектром свойств и многие другие металлические, алмазные и керамико-металлические материалы. [1, стр. 58] КЛАССИФИКАЦИЯ. В строительстве обычно применяют не чистые металлы, а сплавы. Наибольшее распространение получили сплавы на основе черных металлов (~94%) и незначительное – сплавы цветных металлов (рис. 1) [2, стр.288] Рис. 1. Классификация металлов и сплавов. Более подробно рассмотрим классификацию стали.

Сталь углеродистая обыкновенного качества.

Решающее влияние на механические свойства в углеродистых сталях оказывает со-держание углерода (рис. 2). При увеличении содержания углерода повышаются прочность, твердость и износоустойчивость, но понижаются пластичность и ударная вязкость, а также ухудшается свариваемость.

Примесь фосфора вызывает хладноломкость, а примесь серы – красноломкость стали. Для различных марок стали допустимое содержание фосфора 0,04 0,09 %, а серы 0.04 Д07 %. Вредное влияние на свойства стали оказывает кислород: содержание его бо-лее 0,03% вызывает старение стали, а более 0,1 % – красноломкость. Примеси марганца и кремния в количестве 0,8 1 % не оказывают практически влияния на механические свой-ства углеродистых сталей. В стали, предназначенной для сварных конструкций, содержа-ние кремния не должно превышать 0,12 0,25 %. Содержание азота повышает прочность и твердость стали и снижает пластичность.

Рис. 2. Влияние углерода на механические свойства отожженных сталей. При обозначении марок стали могут быть указаны: группы, по которым сталь по-ставляется («А» – по механическим свойствам, «Б» – по химическому составу, «B» – по механическим свойствам и дополнительным требованиям по химическому составу); методу производства («М» – мартеновский, «Б» – бессемеровский, «K» – кислородно-конвертерный); дополнительные индексы («сп» – спокойная сталь, «пс» – полуспокойная Сталь, «кп» – кипящая сталь). В группе «А» индекс «М» часто опускается, но имеется в виду сталь мартеновская, а при отсутствии индексов «сп», «пс», «кп» имеется в виду сталь спокойная. Спокойная сталь является более качественной, но по стоимости она на 12 15 % дороже кипящей.

Полуспокойная сталь занимает по свойствам промежуточное положе-ние между спокойной и кипящей сталью, но в результате и незначительного расхода раскислителей стоимость ее меньше, чем спокойной.

Механические характеристики стали зависят также от формы и толщины проката. Углеродистые стали обыкновенного качества применяют без термообработки. В таблице 1 приведены нормы на механические свойства стали углеродистой обыкновенного качества (группа А). Таблица 1. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки стали группы А Предел прочности при растяжении, МПа Предел теку, чести, МПа Относительное удлинение, % Ст0 Ст1сп, пс Ст2сп, пс Ст3сп, пс Ст3Гпс Ст4сп, пс Ст5Гпс Ст6сп, пс 310 320 420 340 440 380 490 380 500 420 540 460 600 Не менее 600 – – 200 230 210 250 210 250 240 270 260 290 300 320 20 30 31…34 29 32 23 26 23 26 21 24 17 20 12…15 Примечание: В стали марок Ст3Гпс и Ст5Гпс повышенное содержание марганца. [2, стр.318-320]

Сталь углеродистая качественная конструкционная

В зависимости от химического состава эта сталь делится на две группы: ... В марке стали двузначные цифры означают среднее содержание углерода в ... Сталь углеродистая качественная по ГОСТ 2050-74 Марки стали Содержание... Марки этих сталей обозначаются буквой У и цифрой, показывающей содержа... Высококачественные стали имеют низкое содержание серы (до 0,02 %) и фо...

Сталь легированная

Цифры, стоящие перед буквами, показывают содержание углерода в констру... Поэтому в целом металлы и сплавы можно считать условно изотропными тел... Ледебурит очень тверд (НВ 700) и хрупок. Графит – мягкая и хрупкая сос... е. Эти металлы характеризуются тем, что в их атомах происходит последоват...

Физические свойства

Эти нарушения могут быть связаны как с тепловым движением атомов, так ... На 3-й стадии плотность дислокации, G и ко-эффициент упрочнения уменьш... Если этот процесс достаточно интенсивен, то деформация не сопровождает... Межфазные границы вносят дополнительный вклад в упрочнение. С другой стороны, они могут быть местами предпочтительного разрушения ...

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Стержневую арматуру в зависимости от механических свойств делят на кла... Белый чугун, в котором весь углерод (2,0 3,8%) находится в связанном с... Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому ... Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычны... При маркировке серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, пе...

Цветные металлы и сплавы

Медь – металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводност... ОЦСЗ-12-5 отдельные индексы обозначают: Бр – бронза, О – олово, Ц – ци... В чистом виде в строительстве применяют редко (краски, газообразовател... Силумины – сплавы алюминия с кремнием (до 14%), они обладают высокими ... Ста-рение осуществляют на воздухе в течение 4 5 сут при нагреве на 170...

ЛИТЕРАТУРА

ЛИТЕРАТУРА 1. Технология металлов и сварка.

Под ред. П.И. Полухина. М. Высшая школа. 1977. 2. Строительные материалы.

А.Г. Домокеев. М. Высшая школа. 1989 3. Большая советская энциклопедия. Под ред. А.М. Прохорова. М. изд. «Советская энциклопедия». 1974.