Материал: конспект сварка

Легированная сталь представляет собой материал, физические и химические свойства которого улучшаются за счет добавления легирующих элементов в состав.

• Никель – позволяет сделать материал не только прочным, но и пластичным. Именно этот элемент, входящий в состав, отвечает за стойкость к коррозии;

• Хром – также отвечает за устойчивость к коррозии, благодаря ему получается нержавеющая сталь, делает ее твердой и прочной;

• Ванадий – благодаря этому элементу структура стали становится мелкозернистой, плотной;

• Медь – помимо стойкости к коррозии противодействует кислотам;

• Вольфрам – позволяет материалу оставаться твердым при увеличении температуры (нагреве);

• Марганец, входящий в состав, отвечает за износостойкость;

• Кремний – делает металл упругим, отвечает за магнетизм;

• Если в состав входит алюминий, то он позволяет становиться материалу жаростойким.

\ При их введении кристаллическая решетка рушится за счет различия в формах электронов, а также атомных величин. В состав могут входить две, три и более примесей. Это зависит от того, какой конечный продукт нужно получить.

В состав могут также входить титан, кобальт, молибден, отвечающие за прочность, твердость и пластичность материала, который приобретает все перечисленные свойства в основном после того, как будет пройдена термообработка.

1. Низколегированная – состав легированных добавок не превышает 2,5%. Конструкционная сталь представлена в ГОСТ 5958-57 (в зависимости от состава);

2. Среднелегированная – добавки, входящие в состав, находятся в диапазоне 2,5-10%;

3. Высоколегированная  – процент примесей, входящих в состав, превышают 10% (до 50%).

Также классификация подразделяется на жаропрочную (более 1000 градусов), коррозино-устойчивую, по химическому распаду на жароустойчивую и окалиноустойчивую (при 550 градусах).

Конструкционные легированные стали. Их используют для изготовления деталей машин и механизмов, приборов, ответственных металлических конструкций. К этой группе относят среднелегированные и в основном низколегированные стали. Низколегированная сталь является переходной между углеродистыми и легированными сталями, она по своей основе соответствует малоуглеродистой стали (0,1 – 0,2%С), легированной кремнием, марганцем, хромом, никелем, медью, ванадием, ниобием и некоторыми другими элементами в небольших количествах.

Марганцовистые стали выпускают следующих марок: 10Г2, 14Г2, 35Г2, 50Г2 и др. Сталь 10Г2 отличается высокой пластичностью, хорошей свариваемостью, применяется для изготовления змеевиков, фланцев, штуцеров, пучков труб и крепежных деталей. Изделия из нее могут работать при низких температурах (до –70°С). Стали 35Г2, 50Г2 имеют повышенную износостойкость и служат для изготовления осей, небольших коленчатых валов, штоков, шестерен, пружин, амортизаторов. Марганцовистые стали хорошо поддаются обработке резанием и штамповке в холодном состоянии.

Хромистые, хромоникелевые стали делят на цементуемые и улучшаемые. Из цементуемых сталей (например, 15Х, 20Х, 15ХРА, 12Х2Н4А, 18ХГТ) изготовляют детали (зубчатые колеса, шестерни, плунжеры, шлицевые валики, поршневые пальцы, толкатели и др.) относительно небольших размеров, работающие на износ при тяжелых нагрузках и имеющие высокие твердость поверхностного слоя и прочность сердцевины. Улучшаемые стали (например, 35Х, 38ХА, 35ХРА, 37ХН3А, 38ХНЗМФ) обладают высокой прочностью, пластичностью, высоким пределом выносливости, малой чувствительностью к отпускной хрупкости, хорошей прокаливаемостью (глубина закалки до 20 мм). Из них изготовляют детали крупных сечений, такие, как роторы турбокомпрессоров, фрикционные диски прессов, кривошипы, валы больших диаметров, шестерни крупных размеров и др.

Инструментальные легированные стали. Общие требования для всех инструментальных сталей – высокая твердость и прочность при удовлетворительной вязкости, хорошая износостойкость. Кроме того, инструментальные стали должны хорошо закаливаться, а сталь для режущего инструмента должна иметь высокую теплостойкость (красностойкость). Инструментальные стали применяют для изготовления режущего, ударно-штампового и измерительного инструмента.

Для режущего инструмента применяют низколегированные инструментальные стали с суммарным содержанием легирующих элементов от 1 до 6 % и углерода от 0,9 до 1,2 %. Основные легирующие элементы для сталей этой группы – хром, вольфрам или ванадий, которые, являясь сильными карбидообразующими элементами, несколько увеличивают твердость закаленной стали и значительно повышают ее износостойкость. Из сталей X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ изготовляют сверла, фрезы, метчики, плашки, развертки, протяжки. На инструменте ставят клеймо с обозначением марки стали.

Для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания и применяемого для обработки труднообрабатываемых материалов, применяют быстрорежущие стали, которые относят к высоколегированным сталям. Основные легирующие элементы для быстрорежущих сталей вольфрам, кобальт, молибден (более 1%) , ванадий, хром. Стали Р9Ф5, Р9К10, Р18К5Ф2, Р18, Р6М5 сохраняют красностойкость до 650 °С и твердость не ниже HRC 60. Высокие режущие свойства быстрорежущей стали достигаются термической обработкой, состоящей из нагрева до 1270—1290°С и последующего трехкратного отпуска при 560°С.

Легированные стали и сплавы с особыми свойствами. К этой группе относятся стали и сплавы на основе железа, в которых суммарное содержание легирующих элементов составляет более 10%: коррозионно-стойкие, износостойкие, жаропрочные, жаростойкие, магнитные, немагнитные, электротехнические, с особыми упругими свойствами и др.

Коррозионно-стойкие стали и сплавы получают при легировании железа с элементами, повышающими электрохимический потенциал сплава. Таким элементом, в частности, является хром. Сплавы, содержащие более 12% хрома, имеют электроположительный потенциал и обладают хорошей коррозионной стойкостью на воздухе, в воде, растворах солей, во многих щелочах, органических, а также в неорганических кислотах (в зависимости от их концентрации) и в других агрессивных средах. В состав этих сталей вводят также никель, марганец, титан, молибден.

Коррозионно-стойкие стали применяют для изготовления гальванических ванн, ванн промывки деталей в горячей воде, для изготовления деталей насосов для перекачки электролитов, теплообменной аппаратуры.

Коррозионно-стойкие хромистые стали 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 12X17, 15Х25Т, 08Х17Т, 14Х17Н2 обладают достаточной стойкостью в условиях загрязненного воздуха, воды, пара, в растворах щелочей слабой концентрации, в некоторых кислотах. Наибольшая коррозионная стойкость указанных марок сталей достигается после термической обработки.

Хромоникелевые и хромоникелемолибденовые коррозионно-стойкие стали 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, Х17Н13М2Т, 14Х17Н2, 06ХН28МДТ получают увеличением содержания хрома или добавлением небольших количеств никеля к хромистой стали для увеличения ее коррозионной стойкости. Эти стали менее прочны, чем хромистые, но более пластичны. Широко применяют для сварных конструкций, работающих в высокоагрессивных средах, для изготовления деталей машин, используемых в пищевой промышленности.

Кроме того, из этих сталей изготовляют детали теплообменных аппаратов, мембран, сильфонов, вентиляторов (эксплуатирующихся в химических цехах). Для получения наибольшей коррозионной стойкости эти стали закаливают в воде после нагрева при 1100—1150°С.

Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем. Например, сталь 10Х14Г14Н3 рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9; 08Х18Г8Н2Т как заменитель стали 08Х18Н10Т.

Эти стали и сплавы применяют для изготовления деталей и узлов автоматических линий

Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии и сохранять достаточную механическую прочность при высоких температурах (500—1000°С) в течение определенного времени от 100 до 100 000 ч.

Основными легирующими элементами в этих сталях и сплавах являются хром и никель. Для упрочнения сплава и уменьшения скорости ползучести добавляют тугоплавкие металлы: молибден, ниобий, вольфрам. Разработаны различные марки этих сталей, например 15Х11МФ, 15Х25Т, 09Х14Н16Б, ХН45Ю, 20Х23Н18; 40Х9С2, ХН70Ю, ХН77ТЮР. Жаропрочные стали используют преимущественно в котло- и турбиностроении.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Сu, Mg, Si, Mn, Zn; реже – Li, Ni, Ti.

Алюминиевые сплавы подразделяются на:

- деформируемые, предназначенные для получения поковок, штамповок и проката (листов, плит, прутков и т. п.);

- литейные;

- гранулированные (получаемые методами порошковой металлургии).

Маркировка алюминиевых сплавов осуществляется следующим образом. Буква Д в начале марки обозначает сплавы типа дуралюминов. Буквы АК в начале марки присваивают ковким алюминиевым сплавам, а АЛ –литейным алюминиевым сплавам. Буквой В маркируются высокопрочные сплавы. После букв указывается условный номер сплава. Часто за условным номером следует обозначение, которое характеризует состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка + старение); Н – нагартованный; П - полунагартованный.

Конструкционная прочность алюминиевых сплавов зависит от примесей Fe и Si. Они образуют в сплавах нерастворимые в твердом растворе фазы, которые снижают пластичность, вязкость разрушения, сопротивление развитию трещин. Легирование сплавов марганцем уменьшает вредное влияние примесей.

Обработка резанием – срезание с заготовки слоя материала в виде стружки. Срезаемый слой материала называется припуском. Важным в определении обработки резанием является указание на то, что припуск превращается в стружку. Обработкой резанием достигается и заданная шероховатость поверхностей, с которых удаляют припуски.

В машиностроительном производстве обработка металлов резанием – самый распространённый тип технологических процессов

Схемы обработки заготовок резанием

Схемы обработки резанием различаются по инструменту, осуществляющему резание и по тому, как движутся инструмент и заготовка в процессе резания.

1. Токарная обработка (точение). Резание производится резцом. Осуществляется токарная схема движений: главное движение – вращение заготовки, движение подачи – поступательное движение резца на заготовку.

2. Фрезерование. Резание производится фрезой. Осуществляется фрезерная схема движений: главное движение – вращение фрезы, движение подачи – движение заготовки на фрезу.

3. Строгание.

4. Сверление.

5. Протягивание.

6. Шлифование. Шлифовальный круг режет своей шершавой поверхностью – мелкими, твёрдыми, острыми абразивными частицами, вкрапленными в его материал, выходящими на его поверхность. Главное движение – вращение шлифовального круга.

Черновая обработка – с заготовки срезается большая часть припуска, заготовка по форме и размерам приближается к будущей детали.

Чистовая обработка – с заготовки срезается остаток припуска, получается деталь заданной формы и размеров. В большинстве случаев достигается при чистовой обработке и заданная шероховатость (заданное качество) поверхностей детали.

Стальные трубы делят на шесть классов:

Трубы 1-2 классов изготавливаются из углеродистых сталей.

Трубы 1-го класса. Так называемые стандартные и газовые, используют в тех случаях, когда не предъявляются специальные требования, например при сооружении строительных лесов.

Трубы 2-го класса применяют в магистральных трубопроводах высокого и низкого давления для подачи газа. Нефти и воды, нефтехимических продуктов, топлива и твердых тел.

Трубы 3-го класса используют в системах, работающих под давлением и в условиях высоких температур, ядерной технике, в трубопроводах нефтяного крекинга, в печах, котлах и т.п.

Трубы 4-го класса предназначены для разведки и эксплуатации нефтяных месторождений, их применяют как бурильные, обсадные и вспомогательные.

Трубы 5-го класса – конструкционные, используются в производстве транспортного оборудования (автостроении, вагоностроении и т.д.), в стальных конструкциях (мостовые краны, мачты, буровые вышки, опоры), как элементы мебели и т.д.

Трубы 6-го класса применяются в машиностроении для изготовления цилиндров и поршней насосов, колец подшипников, валов и других деталей машин, резервуаров, работающих под давлением. Различают трубы малого наружного диаметра (до 114 мм), среднего (114-480 мм) и большого (480-2500 мм и больше).

С целью улучшения структуры и свойств материала трубы подвергают термической обработке для предохранения от коррозии и действия абразивов, покрывают неметаллическими материалами (пластмассами, цементом, битумом, краской и др.), изнутри и снаружи футеруют базальтовыми, резиновыми, стеклянными и т.п. вкладышами.

Железобетонные изделия обладают множеством достоинств,

К основным преимуществам ж\б конструкций следует отнести такие:

• слабая подверженность коррозийным процессам;

• железобетонные изделия хорошо противостоят зарастанию, в результате отложения осадков, так как они достаточно инертны и прочны, а шероховатая поверхность внутренних стенок не оказывает влияния на объем и скорость передаваемых жидкостей;

• прочность на сжатие;

• непроницаемость для жидкостей;

• прочность на растяжение;

• стойкость к пониженным температурам;

• высокая прочность;

• возможность производства серийным способом с разнообразными рабочими характеристиками;

• небольшие затраты металла;

• относительно невысокая себестоимость.

недостатков:

• большой вес;

• хотя изделия довольно устойчивы к коррозии, это не исключает ее появления, что приводит к выщелачиванию бетона, появлению наростов и истончению стенок и влечет за собой необходимость замены трубопроводных элементов или их санацию.

Существует четыре группы напорных труб, разделенных по характеристикам максимально разрешенного внутреннего давления:

• первая группа, где максимально значение равно двадцати атмосферам;

• вторая группа — до пятнадцати атмосфер;

• третья группа — до десяти атмосфер;

• четвертая группа — до пяти атмосфер.

При передаче жидкостей под давлением требуется соблюдать герметичность трубопровода. Для этой цели применяются соединения его элементов с использованием уплотнительных колец из резины. Затем стык покрывается раствором цемента.

По способу изготовления трубы для магистральных нефтепроводов подразделяются на бесшовные, сварные с продольным швом и сварные со спиральным швом. Бесшовные трубы применяют для трубопроводов диаметром до 529 мм, а сварные - при диаметрах 219 мм и выше.

Наружный диаметр и толщина стенки труб стандартизированы.

В связи с большим разнообразием климатических условий при строительстве и эксплуатации трубопроводов трубы подразделяют на две группы: в обычном и в северном исполнении. Трубы в обычном исполнении применяют для трубопроводов, прокладываемых в средней полосе и в южных районах страны (температура эксплуатации О и выше, температура строительства -40С и выше). Трубы в северном исполнении применяются при строительстве трубопроводов в северных районах страны (температура эксплуатации -20...-40 "С. температура строительства -60 °С). В соответствии с принятым исполнением труб выбирается марка стали.

Трубы для магистральных нефтепроводов изготавливают из углеродистых и низколегированных сталей.

Производство асбестоцементной трубы происходит следующим образом:

при помощи дробильных барабанов асбест измельчается до мельчайших разделенных волокон;

• формируется сухая смесь в определенных пропорциях: в ней присутствует 85% портландцемента и лишь 15% асбеста. Смесь разбавляется водой до нужной консистенции;

• в центрифугу заливается полученный состав. При вращении аппарата смесь оседает на стенках, вследствие чего получается бесшовная конструкция идеальной геометрии;

• заготовка трубы помещается в паровую камеру, где под действием высоких температур асбестоцемент набирает максимальную прочность.

Сверхпластичность — состояние материала, имеющего кристаллическую структуру, которое допускает деформации, на порядок превышающие максимально возможные для этого материала в обычном состоянии. Состояние сверхпластичности характерно для металлов и керамик с мелким размером зерна, обычно меньше 20 мкм. Кроме достаточно мелкого зерна, от материала для достижения состояния сверхпластичности требуется высокая однородность распределения по объему термопластичных компонентов, которые связывают между собой границы зерен в процессе пластического течения, позволяя материалу сохранять свою кристаллическую структуру.

Сверхпластичность обычно наступает при температурах, превышающих половину температуры плавления по абсолютной шкале. Образцы в состоянии сверхпластичности при растяжении, как правило, не образуют «шейки» и не подвержены инерциальной кавитации, что имеет место при разрушении образцов в состоянии обычной пластичности.

Процессы прокатки классифицируют по следующим признакам:

по температуре проведения процесса прокатку делят на горячую (температура металла при реализации процесса выше температуры рекристаллизации) и холодную (температура металла ниже температуры рекристаллизации). Также имеет место так называемая теплая прокатка - обработка в области промежуточных температур;

по взаимному расположению осей валков и полосы различают продольную (ось прокатываемой полосы перпендикулярная осям валков), поперечную (ось прокатываемой полосы параллельна осям валков) и поперечно-винтовую или "косую" прокатку (оси валков находятся под некоторым углом друг к другу и к оси прокатываемой полосы;

прокатка бывает симметричной и несимметричной. Симметричной прокаткой называют процесс при котором воздействие каждого из валков на прокатываемую полосу является идентичным. Если это условие нарушается процесс следует отнести к несимметричному;

по наличию или отсутствию внешних сил приложенных к концам полосы выделяют свободную и несвободную прокатку. Прокатка называется свободной если на полосу действуют только силы, приложенные со стороны валков. Несвободная прокатка осуществляется с натяжением или подпором концов полосы.

Продольная прокатка. Способ продольной прокатки является наиболее распространенным. При продольной прокатке полоса подводится к валкам, вращающимся в разные стороны, и втягивается в зазор между ними за счет сил трения на контактной поверхности.

Поперечная прокатка. При поперечной прокатке обрабатываемое тело (цилиндрической формы) помещается в зазор между двумя валками вращающимися в одну сторону и получает вращательное движение за счет сил трения на контактной поверхности.

Поперечно-винтовая прокатка. Обрабатываемое тело (цилиндрической формы) проходя между валками, вращается и одновременно совершает поступательное движение, то есть каждая точка тела (за исключением расположенных на его оси) движется по винтовой траектории.

Листовой прокат это металлопрокат, сформированный в плоский тонкий лист и имеющий толщину от 0,4 до 100 и более миллиметров, в зависимости от назначения.

К разряду сортового проката относится  разнообразная продукция черной металлургии, получаемая в процессе прокатки углеродистой стали обыкновенного  качества на многоклетевых станах; в более редких случаях применяют низкоуглеродистые стали.     

Волочение. Тянущая сила, приложенная к заготовке, необходима не только для деформирования металла, но и для преодоления сил трения металла об инстру­мент, эти силы трения стараются уменьшить применением смазки и полировани­ем отверстия в волоке.

Прессование. При прессовании металл выдавливает­ся из замкнутой полости через отверстие, соответствующее сечению прессуемого профиля.