Деформационный наклёп

1. Дробеструйный наклёп — упрочнение, которое достигается за счёт кинетической энергии потока круглой чугунной или стальной дроби, а также других круглых дробей, например керамической, направляемым скоростным потоком воздуха или роторным дробомётом.

2. Центробежно-шариковый наклёп (нагартовка) — создаётся за счёт кинетической энергии шариков (роликов), расположенных на периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются вглубь гнезда.

В машиностроении наклёп используется для поверхностного упрочнения деталей. Наклёп приводит к возникновению в поверхностном слое детали благоприятной системы остаточных напряжений, влияние которых главным образом и определяет высокий упрочняющий эффект поверхностной пластической деформации (ППД), выражающийся в повышении усталостной прочности, а иногда и износостойкости. Для получения упрочненного наклёпом поверхностного слоя заготовку подвергают обработке различными видами ППД, например, обкатка роликами, дробеструйная обработка, поверхностное дорнование и др.

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией, собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Термину собирательная рекристаллизации соответствует также термин нормальный (то есть обычный) рост зерна.

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизацией — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.

В сталях рекристаллизация сочетается со сфероидизацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размером 0.5-2 мкм. Такая структура называется структурой сорбита отпуска. Термообработка, приводящая к ней: улучшение.

В металлургии часто используют простое правило для определения температуры рекристаллизации сплава: в качестве ее значения берут 0, 4 от температуры плавления. Обычно такое приближения оказывается вполне достаточным.

17. Технические требования к алюминиевым трубам и листам для магистральных трубопроводов, резервуарных и строительных конструкций.

Поверхность труб (наружная и внутренняя) не должна иметь трещин, расслоений, надрывов, плен, пузырей, пережога, неметаллических включений, пятен коррозионного происхождения.

На поверхности труб допускаются:

а) металлические мелкие закаты, надиры, пузыри, царапины, насечки, потертость, отпечатки (в виде заалюминивания и «елочки»), забоины, если глубина их залегания не выводит толщину стенки трубы за пределы минусового предельного отклонения;

б) смещение кромок до 10 % от номинальной толщины стенки;

в) цвета побежалости, светлые и темные пятна и полосы, кольцеватость;

г) следы технологической смазки и удаления грата;

д) отпечатки в виде вмятин с плавным выходом на поверхность глубиной:

в пределах допуска на диаметр - для труб диаметром до 75 мм включительно и с толщиной стенок 2, 0; 2, 5; 3, 0 мм;

не более 1, 5 мм - для труб диаметром до 75 мм включительно и с толщиной стенок 0, 5; 1, 0; 1, 2 и 1, 5 мм;

не более 5 мм - для труб диаметром свыше 75 мм и для всех толщин стенок;

е) качество поверхности в местах удаления грата должно быть не ниже Rz=80 мкм класса шероховатости. По требованию потребителя качество поверхности в местах удаления грата должно соответствовать эталонам, согласованным между изготовителем и потребителем.

Трубы должны быть ровно обрезаны, без зачистки заусенцев. Косина реза не должна превышать 5 мм.

Деформация сечения на концах труб (завальцовка) по длине трубы не должна превышать:

10 мм - для труб с наружным диаметром от 10 до 75 мм;

20 мм - для труб с наружным диаметром свыше 75 до 220 мм.

18. Электродуговая сварка порошковой и легированной проволоками.

Сварка порошковой проволокой в среде углекислого газа позволяет сваривать углеродистые и легированные стали. Такое сочетание улучшает вид шва за счет образующегося шлака, уменьшает разбрызгивание и позволяет вести сварку на повышенных режимах. Порошковая проволока представляет собой трубку, внутренняя полость которой заполнена порошкообразными компонентами, осуществляющими ионизацию, раскисление, легирование металлов сварочной ванны, а также ее защиту шлаком.

Сварка под водой в среде углекислого газа и смесях углекислого газа с кислородом является единственным способом, позволяющим автоматизировать процесс. Применение окислительной атмосферы устраняет вредное действие водорода, наличие которого в плавильном пространстве является основной причиной, затрудняющей получение качественных швов.

Швы, выполняемые в среде углекислого газа, имеют повышенную склонность к образованию пор и трещин по сравнению со швами ручной дуговой и автоматической сварки под флюсом.

Основными причинами образования пор являются посторонние примеси в газе (азот, водород), недостаточно надежная защита вследствие неравномерного или недостаточного поступления газа. Повышенная склонность к образованию трещин в металле шва объясняется большим проплавляющим действием дуги в углекислом газе и большой скоростью охлаждения металла шва. Это наблюдается при нарушении оптимального соотношения между глубиной проплавления h и шириной шва b. Оптимальное значение h/b = = 0, 5-0, 7.

Легированная сварочная проволока СВ08Г2С омедненная широко применяется для электродуговой сварки низколегированных и низкоуглеродистых сталей в средах из защитных газов, используется в машиностроении, судостроении, строительстве.

19. Легированные стали

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на: низколегированную (легирующих элементов до 2, 5 %), среднелегированную (от 2, 5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %).

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали. Стоящая за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А — автоматная;

Э — электротехническая;

и др.

Исключения:

1. содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0, 4 %)

2. в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

Буква А в сере­дине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

Пример:

· сталь 18ХГТ — 0, 18 %, 1 Сr, 1 Мn, около 0, 1 Тi;

· сталь 38ХНЗМФА — 0, 38 %, 1, 2—1, 5 Сr; 3 Ni, 0, 3—0, 4 Мо, 0, 1—0, 2 V;

· сталь 30ХГСА — 0, 30 %, 0, 8—1, 1 Сr, 0, 9—1, 2 Мn, 0, 8—1, 251 Si;

· сталь 03Х13АГ19 — 0, 03 %, 13 Сr, 0, 2—0, 3 N, 19 Мn.

20. Железобетонные трубы. Свойства и применение железобетонных труб

Железобетонные трубы - это трубы из высокопрочного бетонного материала, изготовленные на арматурном каркасе. Трубы используются в таких видах строительства как промышленное, коммунальное, дорожное и прочих. Применяя технологию виброгидропрессования, осуществляется производство труб, основным компонентом которых является бетон. Эта технология придает трубам более высокую прочность, чем при производстве труб, изготовленных из металла.

Железобетонные трубы устойчивы к влиянию мороза и влаги. Их технические характеристики придают трубам особую прочность и удобство монтажа. Железобетонные трубы делят на две группы: напорные и безнапорные. Для каждого вида существуют установленные стандарты нагрузки и степени прочности. Как правило, железобетонные трубы используют при строительстве водных магистралей для транспортировки жидкости под определенным уровнем давления с температурой не выше 40 градусов. Степень воздействия на материал не должна быть агрессивной.

Среди железобетонных труб выделяют напорные и безнапорные. Для каждого типа существует установленная и рассчитанная нагрузка и деление по степени прочности.

Существует 4 группы железобетонных напорных труб, которые делятся по максимально допустимому внутреннему давлению:

1 группа – допустимое значение 20 атм.;

2 группа – до 15 атм.;

3 группа до 10 атм.;

4 группа до 5 атм.

Круг применения безнапорных раструбных труб дольно широк. Их применяют в гражданских, промышленных, автодорожных гидротехнических и прочих областях строительства. Особо широко их используют при возведении бытовых трубопроводов-коллекторов, осуществляющих транспортировку производственных, сточных и дождевых вод.

Благодаря уникальным техническим характеристикам железобетона, обладающими прочностью, долговечностью и водонепроницаемостью, безнапорные раструбные трубы служат довольно долго, повышая тем самым срок использования коммуникаций. Стыки раструбных труб уплотняются специальными резиновыми кольцами. Процедура уплотнения позволяет достичь полной герметичности водосточных и канализационных коммуникаций, и упрощает процесс их монтажа.

Железобетонные безнапорные трубы по своей прочности подразделяются на 3 группы, при этом дополнительно армируя трубу, не нарушая толщину её стенок, можно увеличивать её начальную прочность:

1 класс – до 2 метров до верхнего края трубы;

2 класс – до 4 метров до верхнего края трубы;

3 класс – до 6 метров до верхнего края трубы.

Благодаря современным технологиям, производство труб имеет довольно низкую себестоимость, что значительно удешевляет расходы на возведение коммуникационных систем.

Условно трубы делят на 2 вида:

тс – трубы, имеющие ступенчатую стыковую поверхность втулочного конца трубы и стыковыми соединениями, уплотняемые резиновыми кольцами;

тсп – трубы, имеющие подошву, диаметр может варьироваться от 400 до 1400 мм, полезная длина составляет 2500 мм.

21. Электрошлаковая автоматическая сварка.

Электрошлаковая сварка широко используется для соединения металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кромках. Для сварки можно использовать один или несколько проволочных электродов или электродов другого увеличенного сечения. В результате этого достигается высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла.

К недостаткам способа следует отнести то, что электрошлаковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и за редкими исключениями экономически выгодна при сварке металла толщиной более 40 мм. Способ позволяет сваривать только вертикальные швы.

Сущность способа. Известно, что расплавленные флюсы образуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. При этом в объеме расплавленного шлака при протекании сварочного тока выделяется теплота. Этот принцип и лежит в основе электрошлаковой сварки. Электрод и основной металл связаны электрически через расплавленный шлак (шлаковая ванна). Выделяющаяся в шлаковой ванне теплота перегревает его выше температуры плавления основного и электродного металлов. Б результате металл электрода и кромки основного металла оплавляются и ввиду большей плотности металла, чем шлака, стекают на дно расплава, образуя ванну расплавленного металла.

Электродный металл в виде отдельных капель, проходя через жидкий шлак, взаимодействует с ним, изменяя при этом свой состав. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью расплавленного металла, препятствует его взаимодействию с воздухом..

Шлаковая ванна, находясь над поверхностью металлической ванны, соприкасаясь с охлаждаемыми ползунами, образует на них тонкую шлаковую корку, исключая тем самым непосредственный контакт расплавленного металла с поверхностью охлаждаемого ползуна и предупреждая образование в металле шва кристаллизационных трещин.

Расход флюса при этом способе сварки невелик и обычно не превышает 5% массы наплавленного металла. Ввиду малого количества шлака легирование наплавленного металла происходит в основном за счет электродной проволоки. Доля основного металла в шве может быть снижена до 10-20%. Вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время пребывания металла в расплавленном состоянии способствуют улучшению условий удаления газов и неметаллических включений из металла шва. По сравнению со сварочной дугой шлаковая ванна - менее концентрированный источник теплоты. Поэтому термический цикл электрошлаковой сварки характеризуется медленным нагревом и охлаждением основного металла. Отклонение положения оси свариваемого шва от вертикали возможно не более чем на 15° в плос-1 кости листов и на 30-45° от горизонтали.

Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит главным образом в области электрода, максимальная толщина основного металла, свариваемого с использованием одной электродной проволоки, обычно ограничена 60 мм. При сварке металла большей толщины электроду в зазоре между кромками сообщают возвратно-поступательное движение (до 150 мм) или используют несколько неподвижных или перемещающихся электродов. В этом случае появляется возможность сварки металла сколь угодно большой толщины.

23. Предварительно напряженные трубы: со стальным цилиндром, без стального цилиндра с необжатым и обжатым защитным слоем.

Конструкция предварительно напряженной трубы диаметром 5 м, длиной 5 м рассчитана на давление до 1 МПа и высоту засыпки 2 м. Она состоит из следующих основных конструктивных элементов: железобетонного сердечника, имеющего внутри стальной спирально-шовный цилиндр из листовой стали класса ВСт3, толщиной 2, 5—3 мм с приваренными к нему стыковыми раструбным и втулочным обечайками. Раструбный элемент выполняется из горячекатаной стальной ленты шириной 200 мм, изготовленной из углеродистой качественной стали марок 08 кп или 10 кп, а втулочный - из профиля толщиной 7 мм; преднапряженной спиральной арматуры класса B-II диаметром 7-8 мм, навитой на железобетонный сердечник; защитного покрытия из мелкозернистого бетона

Соединение труб между собой осуществляется раструбным стыком. Водонепроницаемость стыка достигается специальным резиновым уплотнительным кольцом. При использовании стального цилиндра обеспечивается полная водонепроницаемость стенки трубы, достигается наивысший уровень безопасности, надежности и прочности трубы, исключается продольное предварительное напряжение арматуры труб, приваренные к цилиндру стыковочные кольца уменьшают опасность повреждения стыковых соединений при транспортировке и монтаже труб.

Технологическое оборудование и способ изготовления труб. При проектировании оборудования для изготовления труб были использованы технические решения ранее изготовленного оборудования для производства труб диаметром 2700 мм. Для транспортировки и монтажа труб за основу взяли опыт серийно выпускаемых подъемных и транспортных средств грузоподъемностью 120—160 т.

Форма для производства железобетонных труб состоит из наружной обечайки и внутреннего сердечника. Наружные обечайки диаметром 500—800 мм изготовляют из двух секций, а обечайки диаметром 1000— 1600 мм - из четырех секций. Внутренний сердечник состоит из металлического цилиндра, на который надеты резиновый чехол и раструбообразователь. В комплект формы входят также: нижнее и верхнее анкерные кольца для монтажа стержней продольной предварительно напряженной арматуры; калибрующее кольцо для образования втулочной части трубы, уплотняющее кольцо (или крестовина) для обеспечения герметичности формы во время гидропрессования бетона трубы; конус для равномерного распределения бетонной смеси по периметру формы; пружинные болты для соединения секций наружной обечайки; центрирующее кольцо для обеспечения соосности сердечника (или в ряде случаев центрирующие бобышки). Раструбообразователь изготовляют в виде резинового кольца, верхняя часть которого армирована в процессе его вулканизации, концентрично расположенными внутренними кольцевыми слоями резинокордной ленты и пружины, а нижняя часть - в процессе вулканизации пружинным кольцом с кордовой постелью и металлическим фланцем с резьбовыми гнездами для жесткого соединения с основанием формы.

Трубы без стального цилиндра изготовляют по двухступенчатой технологии: на первом этапе получают бетонный сердечник трубы с продольной предварительно напряженной стальной арматурой из проволоки периодического профиля или арматурной пряди; на втором проводят армирование стеклопластиковой арматурой с одновременной ее пропиткой и нанесением защитного слоя из синтетических смол.

24. Разновидности сварки давлением. Электрическая сварка контактным оплавлением.

Под сваркой давлением понимают все виды сварки (контактная, трением, холодная и т.д.), при которых происходит пластическая деформация металлов в зоне контакта, в результате чего образуется сварное соединение. Этот процесс становится возможным при условии образования между двумя деталями межатомных связей кристаллических решеток. Для образования сварного соединения поверхности деталей сближают между собой настолько, что происходит взаимодействие атомов металла, расположенных на одной поверхности с атомами металла другой поверхности. После чего происходит объединение электронных оболочек, формируя металлургические связи. Граница соединения перестает быть барьером и происходит взаимная диффузия атомов, сопровождающаяся структурными изменениями в зоне контакта и деформацией с выделением большого количества тепла. Добиваются этого различными методами.

Контактная сварка является термомеханическим видом сварки, при которой контакт металлов в заданной точке сопровождается подачей электрического тока, вызывающего нагрев и необходимую для межатомных связей пластическую деформацию металлов.

Для соединения стержней большого диаметра применяется сварка оплавлением. При этом не требуется подгонка кромок. После включения тока заготовки сводят до соприкосновения, и в отдельных местах контакта благодаря высокой плотности тока происходит оплавление. Прилегающий к стыку металл нагревается до пластического состояния, и в этот момент производится его осадка. В процессе осадки с торцов выдавливается жидкий металл, вместе с ним удаляются из шва окислы и загрязнения. Применяют два варианта сварки: непрерывным и прерывистым оплавлением. Сварка непрерывным оплавлением описана выше. При прерывистом оплавлении зажатые в захватах 2 заготовки сближают под током. Быстро повторяя следующие одно за другим замыкание и размыкание, добиваются оплавления всего сечения. Затем производится осадка, в процессе которой выключается ток.

Метод оплавления имеет ряд преимуществ перед сваркой сопротивлением: поверхность стыка не требует особой подготовки, можно сваривать различные металлы (быстрорежущую и углеродистую сталь, медь и алюминий). Удельное давление осадки составляет 3-6 кгс/мм² (39-59 МН/м²). Плотность тока принимается для сталей 20-60 А/мм². Припуск на сварку составляет приблизительно 60 % от диаметра, напряжение 5-15 В, время 2-20 с.

25. Чувствительность стали к старению, методы ее оценки.

Старение стали — изменение свойств материала (стали), протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях (менее 0, 25 % С). При старении за счёт скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз и феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием.