Евгений Банников - Сварка

Зерна отличаются размером и ориентацией в кристалле. Они обычно повернуты относительно друг друга на десятки градусов. На границах зерен находится поврежденный переходный слой, порядка нескольких атомных слоев. Свойства и химический состав этого слоя могут сильно отличаться от свойств и состава зерен основного металла или сплава.

Кристаллические решетки могут иметь структурные дефекты: точечные, линейные, поверхностные , возникающие в результате вакансий (перемещения на свободные места) атомов.

При наличии таких дефектов зерно (кристаллит) разделяется на блоки в виде микромозаичной структуры (рис. 38).

При переходе сплава из жидкого состояния в твердое происходит усадка , т. е. уменьшение удельного объема зерен кристаллов. В результате усадки между зернами кристаллов в местах соприкосновения растущих дендритов в междуосных пространствах возникают микропустоты. Пустоты могут заполняться неметаллическими включениями (фосфидами, сульфидами и т. п.) или оставаться в виде раковин, микротрещин, пустот. Такие включения становятся центрами развития трещин, надрывов при приложении нагрузки или нагреве.

В настоящее время известно 65 металлов. Но чистые металлы применяют редко, в основном в технике применяются сплавы. Например, сплав железа с углеродом насчитывает более 12 000 железных сплавов, главным образом сталей.

Все металлы и сплавы обладают свойствами, которые разделяют на:

• механические свойства;

• физические свойства;

• химические свойства;

• технологические свойства;

• эксплуатационные свойства.

Основные механические свойства:

• прочность;

• пластичность;

• твердость;

• ударная вязкость.

Приложение внешней нагрузки вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.

Напряжение – это нагрузка (сила), отнесенная к площади сечения материала.

Деформация – это изменение форм и размеров при приложении внешних сил.

Деформация может быть упругой , т. е. исчезающей после снятия нагрузки, или пластической , т. е. остающейся после снятия нагрузки.

Прочность – способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению при воздействии внешних сил статического или динамического характера. Прочность определяют с помощью специальных механических испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала.

Пластичность – способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения. Пластичность характеризуется относительным удлинением при разрыве.

Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого тела. Твердость тесно связана с прочностью.

Ударную вязкость оценивают при динамических испытаниях.

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся:

• температура плавления ;

• плотность;

• температурный коэффициент;

• электросопротивление;

• теплопроводность.

Физические свойства металлов и сплавов обусловлены их составом и структурой.

К химическим свойствам относится способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.

Технологические свойства – это способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки.

У металлов и сплавов такими свойствами являются:

• литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и т. п.;

• деформируемость – способность принимать форму под нагрузкой без разрушения;

• свариваемость – способность образовывать сварное (неразъемное) соединение требуемого качества;

• обрабатываемость режущим инструментом.

Эксплуатационные, или служебные, свойства металлов и сплавов определяются условиями работы машин или конструкций, изготовленных из этих материалов.

В зависимости от условий работы выделяют:

• коррозионную стойкость – сопротивление действию агрессивной среды;

• хладостойкость – сохранение свойств пластичности при температуре ниже 0 °C;

• жаропрочность – сохранение механических свойств при высоких температурах;

• жаростойкость – способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах;

• антифрикционность – способность сплава прирабатываться к другому сплаву.

Около 90 % выплавляемой стали и большую часть цветных металлов перерабатывают прокаткой . При прокатке металл в слитках, полученных выплавкой, проходит через специальные вращающиеся валки, деформируется и принимает различные формы в зависимости от вида прокатки и формы валков.

Почти весь сортамент (кроме специального назначения) выпускается в соответствии с ГОСТом (Государственным общесоюзным стандартом). В ГОСТах на сортамент проката приведены площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 п. м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров.

Форму поперечного сечения прокатанного металла называют профилем .

Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом .

Сортамент проката делится на 4 основные группы:

• сортовой прокат – профили простой геометрической формы;

• фасонный (швеллер, рельс, уголок, тавр и т. д.);

• листовой прокат – фольга (толщина проката менее 0,2 мм);

• тонколистовой (толщина менее 4 мм);

• толстолистовой (толщина 4–160 мм);

• трубы (трубный прокат) – бесшовные трубы диаметром 30–650 мм;

• сварные (шовные) трубы диаметром 5–2500 мм;

• специальные виды проката – кольца, колеса, шары и т. п.

Стали классифицируют по назначению, химическому составу, качеству. По химическому составу классифицируют главным образом конструкционные стали.

Конструкционными называют стали, предназначенные для изготовления деталей машин и металлических конструкций. Конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали могут быть:

• низкоуглеродистые – с содержанием углерода не более 0,09–0,25 %;

• среднеуглеродистые – с содержанием углерода в пределах 0,25–0,45 %;