Контрольна робота
з дисципліни: „Будівництво”

Зміст

1. Обґрунтувати способи зміцнення сталі

До сталі як найважливішого матеріалу сучасної техніки пред'являються різноманітні вимоги, що обумовлює велике число марок сталі, що відрізняються хімічним складом, структурою, властивостями. Основний компонент сталі — залізо. Властивий залізу , тобто здатність кристалічних ґрат змінювати свою будову при нагріванні й охолодженні, властивий і сталі. Для чистого заліза відомі 2 кристалічні ґрати — кубічна об’ємноцентрована (a-залізо, при більш високих температурах d-залізо) і кубічна граноцентрована (g-залізо). Температури переходу однієї модифікації заліза в іншу (910 °С и 1400 °С) називаються критичними крапками. Вуглець і ін. компоненти і домішки сталі змінюють положення критичних крапок на температурній шкалі. Взаємодія вуглецю з модифікаціями заліза приводить до утворення так званих твердих розчинів. Розчинність вуглецю в a-залозі досить мала; цей розчин називається . У g-залозі, що існує при високих температурах, розчиняється практично весь вуглець, що утримується в сталі (межа розчинності вуглецю в g-залозі 2,01%); розчин, що утвориться, . Зміст вуглецю в сталі завжди перевищує його розчинність у a-залозі; надлишковий вуглець утворює із залізом хімічну сполуку — карбід заліза Fe3C, або . Таким чином, при кімнатній температурі структура сталі складається з часток феррита і цементиту, що є присутнім або у виді окремих включень (т.зв. вільних ферриту і цементиту), або у виді тонкої механічної суміші, називаної . Загальні відомості про температурні і концентраційні границі існування фаз (ферриту, цементиту, перліту й аустеніту) дає діаграма стану сплавів Fe — С. 

Для ферриту характерні відносно низькі міцність і твердість, але високі пластичність і ударна в'язкість. Цементит тендітний, але досить твердий і міцний. Перліт має коштовне сполучення міцності, твердості, пластичності і в'язкості. Співвідношення між цими фазами в структурі сталі визначається головним чином змістом у ній вуглецю; різні властивості цих фаз і обумовлюють різноманіття властивостей сталі. Так, сталь, що містить ~0,1% С (у її структурі переважає феррит), характеризується великою пластичністю; сталь цього типу використовується для виготовлення тонких аркушів, з яких штампують частини автомобільних кузовів і ін. деталей складної форми. Сталь, у якій утримується ~0,6% С, має звичайно перлітну структуру; володіючи підвищеною твердістю і міцністю при достатній пластичності і в'язкості, така сталь служить, наприклад, матеріалом для залізничних рейок, коліс, осей. Якщо сталь містить близько 1% С, у її структурі поряд з перлітом присутні частки структурно-вільного цементиту; ця сталь у загартованому виді має високу твердість і застосовується для виготовлення інструмента. Діапазон властивостей сталі розширюється за допомогою легування, а також обробці, хіміко-термічній обробці, обробці металу. Так, при загартуванні сталі утвориться метастабільна фаза — пересичений твердий розчин вуглецю в a-залозі, що характеризується високою твердістю, але і великою крихкістю; сполучаючи загартування з відпуском, можна додати сталі необхідне сполучення твердості і пластичності.

Таким чином, усі способи зміцнення стали ґрунтуються на тім, скільки в сталі утримується ферриту і цементиту, співвідношення між ними.

Зміцнення сталі, як було зауважено вище, може відбуватися за допомогою термічної обробки сталі. Термічна обробка металів – це процес обробки виробів з металів і сплавів шляхом теплового впливу з метою зміни їхньої структури і властивостей у заданому напрямку. Цей вплив може сполучитися також з хімічним, деформаційним, магнітним і ін.

Класифікація видів термічної обробки ґрунтується на тім, якого типу структурні зміни в металі відбуваються при тепловому впливі. Термічна обробка металів підрозділяється на власне термічну, що полягає тільки в тепловому впливі на метал, хіміко-термічну, що сполучить теплового і хімічного впливу, і термомеханічну, що сполучає тепловий вплив і пластичну деформацію. Власне термічна обробка включає наступні види: відпалення 1-го роду, відпалення 2-го роду, загартування без поліморфного перетворення і з поліморфним перетворенням, старіння і відпустка. 

Відпалення 1-го роду (гомогенізаційне, рекристалізаційне і для зменшення залишкових напруг) частково або цілком усуває відхилення від рівноважного стану структури, що виникли при литті, обробці тиском, зварюванні й інших технологічних процесах. Процеси, що усувають відхилення від рівноважного стану, йдуть мимовільно, і нагрів при відплаенні 1-го роду проводять лише для їхнього прискорення. Основні параметри такого відпалення — температура нагрівання і час витримки. У залежності від того, які відхилення від рівноважного стану усуваються, розрізняють різновиди відпалення 1-го роду. Гомогенізаційне відпалення призначене для усунення наслідків дендритної ліквації, у результаті якої після кристалізації усередині кристалітів твердого розчину хімічний склад виявляється неоднорідним і, крім того, може з'являтися нерівноважна фаза, наприклад хімічна сполука, яка робить сплав крихким. При гомогенізаційному відпаленні дифузія приводить до розчинення нерівноважних надлишкових фаз, у результаті чого сплав стає більш гомогенним (однорідним). Після такого відпалення підвищуються пластичність і стійкість проти корозії. Рекристалізаційне відпалення усуває відхилення в структурі від рівноважного стану, що виникають при пластичній деформації. При обробці тиском, особливо холодній, метал наклепується — його міцність зростає, а пластичність знижується через підвищення щільності дислокацій у кристалітах. При нагріванні наклепанного металу вище деякої температури розвивається первинна і потім збірна рекристалізація, при якій щільність дислокацій різко знижується. У результаті метал стає менш міцним і стає пластичніше. Таке відпалення використовують для поліпшення оброблюваності тиском і додання металові необхідного сполучення твердості, міцності і