Thermomechanische Bearbeitung von Metallen und Legierungen. Thermomechanische Behandlung alternder Legierungen

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SP 16.13330.2011 Stahlkonstruktionen;SP 128.13330.2012 Aluminiumkonstruktionen;

1. Allgemeine Information

Metalle haben als Werkstoffe eine Reihe wertvoller Eigenschaften für Baumaschinen – große Festigkeit, Duktilität, Schweißbarkeit, Haltbarkeit; die Fähigkeit, unter thermomechanischen und chemischen Einflüssen zu härten und andere Eigenschaften zu verbessern.

Dies bestimmt ihren weit verbreiteten Einsatz im Bauwesen und anderen Technologiebereichen.

Reine Metalle werden aufgrund ihrer mangelnden Festigkeit, Härte und hohen Duktilität selten verwendet. Sie werden hauptsächlich in Form von Legierungen mit anderen Metallen und Nichtmetallen, beispielsweise Kohlenstoff, verwendet

Eisen und seine Legierungen (Stahl C2,14 %, Gusseisen C>2,14 %) werden als Eisenmetalle bezeichnet, der Rest (Be, Mg, Al, Ti)., Cr, Mn, Ni, Cu, Zn usw.) und deren Legierungen – Nichteisenmetalle.

Eisenmetalle werden am häufigsten im Bauwesen verwendet.

Ihre Kosten sind deutlich niedriger als bei farbigen.

Letztere verfügen jedoch über eine Reihe wertvoller Eigenschaften – hohe spezifische Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Dekorativität, die den Anwendungsbereich im Bauwesen erweitern, vor allem in Architektur- und Konstruktionsteilen und -konstruktionen aus Aluminium.

Metallklassifizierung

Die Rohstoffe für die Herstellung von Eisenmetallen sind Eisenerze, repräsentiert durch Mineralien der Oxidklasse – Magnetit (FeFeO), Hämatit (FeO), Chromit (FeCrO) usw.

Bauxit wird zur Herstellung von Nichteisenmetallen verwendet; Sulfid- und Carbonaterze aus Kupfer, Nickel, Zink usw.

2. Atomare Kristallstruktur von Metallen

Metalle und Legierungen im festen Zustand sind kristalline Körper.

Die darin enthaltenen Atome sind regelmäßig an den Stellen des Kristallgitters angeordnet und schwingen mit einer Frequenz von etwa 10 Hz.

С вязь в металлах и сплавах электростатическая, обусловленная силами притяжения и отталкивания между положительно заряженными ионами (атомами) в узлах кристаллической решетки и коллективизированными электронами проводимости, плотность которых составляет 10-10 электронов в 1 см, что в десятки тысяч раз превышает содержание атомов и молекул in der Luft.

Die elektromagnetischen, optischen, thermischen und anderen Eigenschaften von Metallen hängen von den spezifischen Eigenschaften der Leitungselektronen ab.

Atome im Gitter neigen dazu, eine Position einzunehmen, die dem Minimum ihrer Energie entspricht, und bilden die dichtesten Packungen – kubisch volumenzentriert, flächenzentriert und hexagonal.

Koordinationszahlen (Packungsdichte) von Kristallgittern. A)kubisch flächenzentriert (K 12); B) körperzentriert (K8);c) sechseckig (K 12)

Die Packungsdichte wird durch die Koordinationszahl charakterisiert, die die Anzahl benachbarter Atome angibt, die sich in gleichem und kürzestem Abstand von einem bestimmten Atom befinden.

Je höher die Zahl, desto dichter ist die Verpackung.

Für eine kubisch-raumzentrierte Packung beträgt er 8 (K8); flächenzentriert - 12 (K12); sechseckig - auch 12 (K12).

Der Abstand zwischen den Zentren der nächstgelegenen Atome in einem Gitter wird Gitterperiode genannt.

Die Gitterperiode der meisten Metalle liegt im Bereich von 0,1–0,7 nm.

Viele Metalle unterliegen in Abhängigkeit von der Temperatur strukturellen Veränderungen in ihrem Kristallgitter.

So weist Eisen bei Temperaturen unter 910 °C und über 1392 °C eine raumzentrierte Atompackung mit einer Gitterperiode von 0,286 nm auf und wird als -Fe bezeichnet; Im Bereich der angegebenen Temperaturen wird das Kristallgitter des Eisens in ein flächenzentriertes Gitter mit einer Periode von 0,364 nm umgeordnet und als -Fe bezeichnet.

Mit der Rekristallisation geht eine Wärmeabgabe beim Abkühlen und eine Wärmeaufnahme beim Erhitzen einher, die in den Diagrammen entlang horizontaler Schnitte aufgezeichnet wird.

Eisen-Kühl-(Heiz-)Kurve

Metalle sind polykristalline Körper, die aus einer Vielzahl kleiner Kristalle unregelmäßiger Form bestehen

Im Gegensatz zu regelmäßig geformten Kristallen werden sie Kristallite oder Körner genannt.

Die Kristallite sind unterschiedlich orientiert, daher sind die Eigenschaften der Metalle in alle Richtungen mehr oder weniger gleich, d.h. Polykristalline Feststoffe sind isotrop.

Bei gleicher Ausrichtung der Kristallite wird eine solche imaginäre Isotropie jedoch nicht beobachtet.

Das Kristallgitter von Metallen und Legierungen ist alles andere als eine ideale Struktur.

Es enthält Mängel – Leerstellen und Verwerfungen.

3. Grundlagen der Gusseisen- und Stahlherstellung

Gusseisen wird während eines Hochofenprozesses gewonnen, der auf der Reduktion von Eisen aus seinen in Eisenerzen enthaltenen natürlichen Oxiden mit Koks bei hoher Temperatur basiert.

Beim Verbrennen von Koks entsteht Kohlendioxid.

Beim Durchströmen von heißem Koks entsteht Kohlenmonoxid, das im oberen Teil des Ofens Eisen nach dem allgemeinen Schema FeOFeOFeOFe reduziert.

Das Eisen fällt in den unteren heißen Teil des Ofens, schmilzt in Kontakt mit Koks und löst ihn teilweise auf, wodurch es zu Gusseisen wird.

Das fertige Gusseisen enthält etwa 93 % Eisen, bis zu 5 % Kohlenstoff und eine geringe Menge an Verunreinigungen aus Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und einigen anderen Elementen, die aus Abraumgestein in Gusseisen übertragen wurden.

Abhängig von der Menge und Form der Bindung von Kohlenstoff und Verunreinigungen mit Eisen haben Gusseisen unterschiedliche Eigenschaften, einschließlich der Farbe, und werden nach diesem Kriterium in Weiß und Grau unterteilt.

Stahl wird aus Gusseisen gewonnen, indem ein Teil des Kohlenstoffs und der Verunreinigungen daraus entfernt wird. Es gibt drei Hauptmethoden der Stahlproduktion: Konverter, offenes Feuer und elektrisches Schmelzen.

Der Konverter basiert darauf, geschmolzenes Gusseisen in große birnenförmige Konvertergefäße mit Druckluft zu blasen.

Sauerstoff in der Luft oxidiert Verunreinigungen und verwandelt sie in Schlacke; Kohlenstoff verbrennt.

Bei niedrigem Phosphorgehalt im Gusseisen werden Konverter mit sauren Feuerfestmaterialien wie Dinasium ausgekleidet; bei hohem Phosphorgehalt werden sie mit basischen Periklas-Feuerfestmaterialien ausgekleidet.

Dementsprechend wird der darin geschmolzene Stahl traditionell als Bessemer und Thomas bezeichnet.

Das Konverterverfahren zeichnet sich durch eine hohe Produktivität aus, was zu seiner weiten Verbreitung geführt hat.

Zu den Nachteilen gehören erhöhter Metallabfall, Schlackenverunreinigung und das Vorhandensein von Luftblasen, die die Qualität des Stahls verschlechtern.

Durch den Einsatz von Sauerstoffstrahl anstelle von Luft in Kombination mit Kohlendioxid und Wasserdampf wird die Qualität des Konverterstahls deutlich verbessert.

Das Offenherdverfahren wird in speziellen Öfen durchgeführt, in denen Gusseisen zusammen mit Eisenerz und Altmetall geschmolzen wird.

Das Ausbrennen von Verunreinigungen erfolgt durch das Eindringen von Luftsauerstoff in den Ofen zusammen mit brennbaren Gasen und Eisenerz in der Zusammensetzung von Oxiden.

Die Zusammensetzung des Stahls kann leicht kontrolliert werden, was die Herstellung hochwertiger Stähle für kritische Strukturen in Offenherdöfen ermöglicht.

Elektroschmelzen ist die fortschrittlichste Methode zur Herstellung hochwertiger Stähle mit bestimmten Eigenschaften, erfordert jedoch einen erhöhten Energieverbrauch.

Elektroöfen werden je nach Anschlussart in Lichtbogen- und Induktionsöfen unterteilt.

Lichtbogenöfen werden am häufigsten in der Metallurgie eingesetzt. In Elektroöfen werden spezielle Stähle geschmolzen – mittel- und hochlegiert, Werkzeugstahl, hitzebeständig, magnetisch und andere.

4. Mechanische Eigenschaften von Metallen

Die mechanischen Eigenschaften werden auf der Grundlage der Ergebnisse statischer, dynamischer und Ermüdungstests (Ausdauertests) bestimmt.

Statisch Die Tests zeichnen sich durch eine langsame und gleichmäßige Lasteinleitung aus. Die wichtigsten sind: Zugversuche, Härte und Bruchzähigkeit.

Für ZugversucheVerwenden Sie Standardproben mit MesslängeICH= 10 D und Bereich 11.3 A Wo (D Und A- jeweils der Durchmesser und die Querschnittsfläche einer Probe von Langprodukten mit rundem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt.

Die Prüfungen werden auf Zugprüfmaschinen mit automatischer Aufzeichnung des Zugdiagramms durchgeführt.

Abbildung 4 zeigt ein solches Diagramm für Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.

Kurve 1 charakterisiert das Verhalten eines Metalls unter dem Einfluss konventioneller Spannungen =R/A und die Kurve 2 - unter dem Einfluss echter Spannungen, S=R/A, (Wo A Und A- jeweils die Querschnittsfläche der Probe vor der Prüfung und in jeder Belastungsphase bis zur Zerstörung).

Normalerweise verwenden sie ein bedingtes Spannungsdiagramm, obwohl die Kurve objektiver ist2.

Metallzugdiagramme: a) für bedingte (durchgezogene Linien) und echte (gestrichelte Linien) Spannungen; / - Bereich elastischer Verformung;// - der gleiche Kunststoff; /// - Bereich der Rissentwicklung; b) bedingt wahre Spannungen

Die Elastizitätsgrenze wird durch die Spannung bestimmt, bei der die Restdehnung nicht mehr als 0,05 % beträgt.

Die Streckgrenze wird durch die bedingte Streckgrenze charakterisiert, bei der die Restverformung 0,2 % nicht überschreitet.

Die physikalische Streckgrenze entspricht der Spannung, bei der die Probe verformt wird, ohne dass die Belastung weiter zunimmt.

Für Werkstoffe, die unter Zugspannung spröde sind, werden statische Prüfungen auf Druck (für Gusseisen), Torsion (für gehärtete Stähle und Baustähle) und Biegung (für Gussteile aus Grau- und Sphäroguss) durchgeführt.

HärteMetalle wird getestet, indem eine Stahlkugel, ein Diamantkegel oder eine Pyramide unter einer bestimmten Belastung hineingedrückt und anhand des Ausmaßes der erzeugten plastischen Verformung (Abdruck) beurteilt wird.

Abhängig von der Art der verwendeten Spitze und dem Bewertungskriterium werden Brinell-, Rockwell- und Vickers-Härte unterschieden.

Härtebestimmungsschema . a) nach Brinell; b) nach Rockwell; c) nach Vickers

Die Vickers-Härte wird mit HV 5, HV 10 usw. bezeichnet. Je dünner und härter das Metall und die Legierung sind, desto geringer sollte die Prüflast sein.

Zur Bestimmung der Mikrohärte kleiner Produkte und Strukturkomponenten aus Metallen wird auch die Vickers-Methode in Kombination mit einem metallografischen Mikroskop verwendet.

Die Prüfung von Metallen auf Bruchzähigkeit erfolgt an Standardproben mit einer Kerbe unter Dreipunktbiegung.

Mit dieser Methode können Sie den Widerstand eines Metalls gegen die Ausbreitung eines Risses oder rissähnlichen Defekts jeglicher Herkunft, der immer im Metall vorhanden ist, bewerten und nicht gegen dessen Entstehung.

Die Bruchzähigkeit wird anhand des Parameters geschätztZU,stellt den Spannungsintensitätsfaktor oder den lokalen Anstieg der Zugspannungen (MPa) an der Rissspitze dar.

Dynamisch Die Prüfung von Metallen erfolgt auf Schlagbiegen unter wechselnder zyklischer Belastung. Metallproben der Größe (1x1x5,5)10 m mit einem Spannungskonzentrator (Kerbe) in der Mitte werden auf Schlagbiegung getestet.

Die Prüfung wird an einer Pendelramme durchgeführt. Der Widerstand eines Metalls gegen Schlagbiegung wird als Schlagzähigkeit bezeichnet und bezeichnetKSU, KSV Und KST(Wo KS- Symbol der Schlagfestigkeit undU, V Und T -Art und Größe des Spannungskonzentrators).

Die Beständigkeit eines Metalls gegenüber zyklischer Belastung wird durch die maximale Belastung charakterisiert, der das Metall über eine bestimmte Anzahl von Zyklen ohne Zerstörung standhalten kann, und wird als Dauerfestigkeit bezeichnet. Es kommen symmetrische und asymmetrische Belastungszyklen zum Einsatz.

Die Belastungsgrenze wird durch die Anwesenheit von Stresskonzentratoren stark herabgesetzt.

5. Kristallisation und Phasenzusammensetzung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

Kristallisation entwickelt sich nur, wenn das Metall unter die Gleichgewichtstemperatur unterkühlt wird.

Der Kristallisationsprozess beginnt mit der Bildung kristalliner Keime (Kristallisationszentren) und setzt sich mit deren Wachstum fort.

Abhängig von den Kristallisationsbedingungen (Abkühlgeschwindigkeit, Art und Menge der Verunreinigungen) entstehen Kristalle unterschiedlicher Größe von 10 bis 10 nm regelmäßiger und unregelmäßiger Form.

Bei Legierungen werden je nach Zustand folgende Phasen unterschieden: flüssige und feste Lösungen, chemische und Zwischenverbindungen (interstitielle Phasen, elektronische Verbindungen etc.).

Eine Phase ist ein physikalisch und chemisch homogener Teil eines Systems (Metall oder Legierung), der die gleiche Zusammensetzung, Struktur und den gleichen Aggregatzustand aufweist und durch eine Trennfläche vom Rest des Systems getrennt ist.

Daher ist flüssiges Metall ein einphasiges System, und eine Mischung aus zwei verschiedenen Kristallen bzw. das gleichzeitige Vorhandensein einer flüssigen Schmelze und von Kristallen sind zwei- und dreiphasige Systeme.

Stoffe, die Legierungen bilden, werden als Komponenten bezeichnet

Feste Lösungen sind Phasen, in denen eine der Komponenten der Legierung ihr Kristallgitter behält und sich die Atome einer oder anderer Komponenten im Kristallgitter der ersten Komponente (Lösungsmittel) befinden und deren Abmessungen (Perioden) ändern.

Man unterscheidet zwischen substitutionellen und interstitiellen Mischkristallen.

Im ersten Fall ersetzen die Atome der gelösten Komponente einen Teil der Lösungsmittelatome an den Stellen ihres Kristallgitters; im zweiten Fall befinden sie sich in den Zwischenräumen (Hohlräumen) des Kristallgitters des Lösungsmittels und dort, wo mehr Freiraum vorhanden ist.

In Substitutionslösungen kann der Gitterparameter abhängig vom Verhältnis der Atomradien des Lösungsmittels und der gelösten Komponente zunehmen oder abnehmen; bei Implantationslösungen - immer erhöhen.

Interstitielle Mischkristalle entstehen nur dann, wenn die Durchmesser der Atome der gelösten Komponente klein sind.

Beispielsweise können sich in Eisen, Molybdän und Chrom Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff auflösen und interstitielle feste Lösungen bilden. Solche Lösungen haben eine begrenzte Konzentration, da die Anzahl der Poren im Lösungsmittelgitter begrenzt ist.

6. Änderung der Struktur und Eigenschaften von Stahl

Die Eigenschaft von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, während der Kristallisation und wiederholtem Erhitzen und Abkühlen Phasenumwandlungen zu durchlaufen und unter dem Einfluss thermomechanischer und chemischer Einflüsse sowie modifizierender Verunreinigungen Struktur und Eigenschaften zu ändern, wird in der Metallurgie häufig genutzt, um Metalle mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten.

Bei der Entwicklung und Konstruktion von Stahl- und Stahlbetonkonstruktionen von Gebäuden und Bauwerken, technologischen Geräten und Maschinen (Autoklaven, Öfen, Mühlen, Druck- und Nichtdruckleitungen für verschiedene Zwecke, Metallformen zur Herstellung von Bauprodukten, Baumaschinen usw.) Es ist notwendig, die klimatischen, technologischen und Notstandsbedingungen ihrer Arbeitsbedingungen zu berücksichtigen.

Niedrige Minustemperaturen senken die Schwelle für Kaltsprödigkeit, Schlagzähigkeit und Bruchzähigkeit.

Erhöhte Temperaturen verringern den Elastizitätsmodul, die Zugfestigkeit und die Streckgrenze, was sich beispielsweise bei Bränden deutlich bemerkbar macht

Bei 600 °C gehen Stahl und bei 200 °C Aluminiumlegierungen vollständig in einen plastischen Zustand über und Strukturen verlieren unter Belastung an Stabilität.

Aus diesem Grund weisen ungeschützte Metallkonstruktionen eine relativ geringe Feuerbeständigkeit auf.

Technologische Geräte – Kessel, Rohrleitungen, Autoklaven, Metallformen sowie Bewehrungen von Stahlbetonkonstruktionen, die während des Produktionsprozesses ständig zyklischer Erwärmung – Abkühlung im Temperaturbereich von 20–200 °C oder mehr ausgesetzt sind, unterliegen einer thermischen Alterung und niedriger Temperatur - Temperaturanlassen, das oft durch Korrosion verstärkt wird und bei der Auswahl der Stahlsorten für bestimmte Zwecke berücksichtigt werden muss.

Die wichtigsten Methoden zur Modifizierung der Struktur und Eigenschaften von Stahl, die in der Metallurgie verwendet werden, sind:

Einbringen von Substanzen in die Metallschmelze, die feuerfeste Verbindungen bilden, die Kristallisationszentren sind;

Einführung von Legierungselementen, die die Festigkeit von Ferrit- und Austenitkristallgittern erhöhen und die Diffusionsprozesse der Freisetzung von Kohlenstoff, Karbiden und die Bewegung von Versetzungen verlangsamen;

Thermische und thermomechanische Behandlung von Stahl.

Sie zielen hauptsächlich darauf ab, die Körner des gekühlten Stahls zu mahlen, Eigenspannungen zu beseitigen und seine chemische und physikalische Homogenität zu erhöhen.

Dadurch erhöht sich die Härtbarkeit von Stahl; Härte, Kaltsprödigkeitsschwelle, Anlasssprödigkeit, Neigung zur thermischen Alterung und Verformungsalterung werden reduziert und die plastischen Eigenschaften von Stahl werden verbessert.

Die spezifischen Merkmale dieser Methoden werden im Folgenden erläutert.

Legierungselemente werden in Baustähle eingebracht.

Als karbidbildende Elemente dienen sie gleichzeitig als Modifikatorzusätze, die für die Keimbildung und Verfeinerung der Stahlkörner bei der Schmelzkristallisation sorgen.

Bei legierten Stahlsorten werden Art und Gehalt der Legierungselemente durch Buchstaben und Zahlen rechts neben den Buchstaben angegeben.

Sie geben den ungefähren Gehalt (%) des Legierungselements an; Da keine Zahlen vorliegen, liegt der Anteil nicht über 1,5 %.

Akzeptierte Bezeichnungen von Legierungselementen: A – Stickstoff, B – Niob, B – Wolfram, G – Mangan, D – Kupfer, E – Selen, K – Kobalt, N – Nickel, M – Molybdän, P – Phosphor, P – Bor, C – Silizium, T – Titan, F – Vanadium, X – Chrom, C – Zirkonium, Ch – Seltene Erden, Yu – Aluminium.

Legierungselemente, die sich in Ferrit und Austenit lösen, reduzieren die Korngröße und Partikel der Karbidphase.

Sie befinden sich entlang der Korngrenzen und behindern deren Wachstum, die Diffusion von Kohlenstoff und anderen Legierungselementen und erhöhen die Beständigkeit des Austenits gegen Unterkühlung.

Daher haben niedriglegierte Stähle eine feinkörnige Struktur und höhere Qualitätsindikatoren.

Die thermische und thermomechanische Bearbeitung ist eine gängige Methode zur Strukturveränderung und Verbesserung der Stahleigenschaften.

Man unterscheidet folgende Arten: Glühen, Normalisieren, Härten und Anlassen. Das Glühen umfasst die Prozesse der Homogenisierung, Rekristallisation und Entfernung von Eigenspannungen.

Temperaturbereiche für verschiedene Glüharten: 1 - Homogenisierung; 2 - Rekristallisationsglühen bei niedriger Temperatur (Hochanlassen) zur Verringerung der Härte; 3 - Glühen (Anlassen) zum Stressabbau; 4 – vollständiges Glühen mit Phasenrekristallisation; 5, 6 - Normalisierung von vor- und übereutektoidem Stahl; 7 - Sphäroidisierung; 8 - unvollständiges Glühen von untereutektoidem Stahl

Barren aus legiertem Stahl werden einer Homogenisierung bei 1100–1200 °C für 15–20 Stunden unterzogen, um die chemische Zusammensetzung zu nivellieren und die dendritische und intrakristalline Entmischung zu reduzieren, die zu Sprödbruch während der Druckbehandlung, Anisotropie der Eigenschaften, Flockenbildung und grobkörniger Struktur führt .

Beim Rekristallisationsglühen wird die Verhärtung verformten Metalls beseitigt, indem es über die Temperatur der Rekristallisationsschwelle erhitzt, auf dieser Temperatur gehalten und abgekühlt wird.

Es gibt kalte und heiße (warme) Verformungen.

Kalt wird bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationsschwelle durchgeführt, heiß – darüber.

Die Rekristallisation während der Kaltverformung wird als statisch bezeichnet, während sie während der Warmverformung als dynamisch bezeichnet wird und durch eine verbleibende „Warmverfestigung“ gekennzeichnet ist, die für die Härtung durch Walzerwärmung nützlich ist.

Das Glühen zum Abbau von Eigenspannungen erfolgt über mehrere Stunden bei 550...650 °C. Es verhindert ein Verziehen der geschweißten Produkte nach dem Schneiden, Richten usw.

Beim Normalisieren handelt es sich um das Erhitzen langgewalzter Produkte aus vor- und übereutektoidem Baustahl, das kurzzeitige Halten und Abkühlen an der Luft.

Es bewirkt eine vollständige Phasenrekristallisation des Stahls, baut innere Spannungen ab und erhöht die Duktilität und Zähigkeit.

Eine beschleunigte Abkühlung an der Luft führt bei niedrigeren Temperaturen zur Zersetzung des Austenits.

Zur Verbesserung der Eigenschaften kohlenstoffarmer Baustähle wird häufig das Normalisieren eingesetzt, das das Glühen ersetzt. Bei Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und legierten Stählen wird es mit einem hohen Anlassen bei Temperaturen unterhalb der Rekristallisationsschwelle kombiniert

Härten und Anlassen sorgen für eine Verbesserung der Festigkeit und der duktil-duktilen Eigenschaften von Stahl, eine Verringerung der Kaltsprödigkeitsschwelle und eine Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentratoren.

Beim Härten wird der Stahl erhitzt, gehalten, bis der Stahl vollständig austenitisiert ist, und dann mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die den Übergang von Austenit zu Martensit gewährleistet.

Daher ist das Kristallgitter von Martensit stark verzerrt und unterliegt aufgrund struktureller Merkmale und einer Erhöhung des spezifischen Volumens von Martensit im Vergleich zu Austenit um 4 bis 4,25 % Spannungen.

Martensit ist spröde, hart und langlebig. Eine ziemlich vollständige martensitische Umwandlung ist jedoch nur bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt und legierten Stählen möglich, die eine erhöhte Stabilität des unterkühlten Austenits aufweisen.

In kohlenstoffarmen und niedriglegierten Baustählen ist er gering und daher bildet sich beim Abschrecken, selbst bei schneller Abkühlung mit Wasser, Martensit entweder nicht oder in geringeren Mengen in Kombination mit Bainit.

Bei der schnellen Abkühlung von Baustählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (C0,25 %) (Abschrecken durch Walzerhitzung) zersetzt sich Austenit und es bildet sich eine hochdisperse ferritische Zementitstruktur aus Perlit-Sorbit und Troostit oder Martensit und Zementit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.

Diese Struktur wird Bainit genannt.

Im Vergleich zu den Zersetzungsprodukten von Austenit in der Perlitregion – Sorbitol und Proostit – weist es eine erhöhte Festigkeit, Härte und Haltbarkeit auf und behält gleichzeitig eine hohe Plastizität, Viskosität und eine niedrigere Kältekapazitätsschwelle bei.

Die Verfestigung von Stahl durch Abschrecken durch Walzerwärmung beruht auf der Tatsache, dass die dynamische Rekristallisation während der Walzerwärmung unvollständig ist und Bainit eine hohe Versetzungsdichte aufweist, die sich im verformten Austenit bildet.

Die Kombination der plastischen Verformung von Stahl im austenitischen Zustand mit Abschrecken und Anlassen kann seine Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit erheblich erhöhen und die Tendenz zur Anlasssprödigkeit beseitigen, die beim Anlassen von legiertem Stahl bei mittlerer Temperatur bei 300...400 °C beobachtet wird °C.

Das Anlassen ist der abschließende Wärmebehandlungsvorgang des Stahls, nach dem dieser die erforderlichen Eigenschaften erhält.

Dabei wird gehärteter Stahl erhitzt, auf einer bestimmten Temperatur gehalten und mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgekühlt.

Der Zweck des Anlassens besteht darin, die inneren Spannungen zu reduzieren und die Bruchfestigkeit zu erhöhen.

Es gibt drei Arten davon: Niedertemperatur (niedrig) mit Erwärmung auf bis zu 250 °C; mittlere Temperatur (Medium) mit Erwärmung im Bereich von 350–500 °C und hohe Temperatur (Hoch) mit Erwärmung auf 500–600 °C.

Die Alterung von Kohlenstoffstahl äußert sich im Laufe der Zeit in Veränderungen seiner Eigenschaften, ohne dass sich die Mikrostruktur merklich verändert.

Festigkeit und Kaltsprödigkeitsschwelle steigen, Duktilität und Schlagzähigkeit nehmen ab.

Es sind zwei Arten der Alterung bekannt: thermische Alterung und Verformung (mechanisch).

Die (mechanische) Alterung erfolgt nach plastischer Verformung bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationsschwelle.

Der Hauptgrund für diese Art der Alterung ist auch die Ansammlung von C- und N-Atomen an Versetzungen, die deren Bewegung behindert.

Bauherren sind mit dem Auftreten von Anlasssprödigkeit und Alterung des Stahls konfrontiert, wenn sie bei der Herstellung von vorgespannten Stahlbetonkonstruktionen die elektrothermische Methode zum Spannen der Bewehrung anwenden.

7. Gusseisen

Wie oben erwähnt, werden Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit mehr als 2,14 % C als Gusseisen bezeichnet.

Das Vorhandensein von Eutektikum in der Struktur von Gusseisen bestimmt seine ausschließliche Verwendung als Gusslegierung. Kohlenstoff in Gusseisen kann in Form von Zementit und Graphit oder in beiden Formen gleichzeitig vorliegen.

Zementit verleiht dem Bruch eine helle Farbe und einen charakteristischen Glanz; Graphit – graue Farbe ohne Glanz.

Gusseisen, bei dem der gesamte Kohlenstoff in Form von Zementit vorliegt, wird als Weiß bezeichnet, und in Form von Zementit und freiem Graphit wird es als Grau bezeichnet

Abhängig von der Form des Graphits und den Bedingungen seiner Entstehung wird unterschieden: grauer, hochfester Graphit mit Kugelgraphit und Temperguss.

Die Phasenzusammensetzung und Eigenschaften von Gusseisen werden maßgeblich durch den Gehalt an Kohlenstoff, Silizium und anderen Verunreinigungen sowie durch die Art des Abkühlens und Glühens beeinflusst.

Der Einfluss des Kohlenstoff- und Siliziumgehalts auf die Struktur von Gusseisen (schattierter Bereich – die häufigsten Gusseisen):

I – weißer Gusseisenbereich; II - Halbgusseisen; III – perlitisches Grauguss; IV – ferritisch-perlitisches Gusseisen; V – ferritisches Grauguss;L – Ledeburit; P – Perlit; C – Zementit; G – Graphit; F - Ferrit

Weißes Gusseisen hat eine hohe Härte und Festigkeit (HB 4000–5000 MPa), ist schwer zu bearbeiten und spröde.

Wird als Umwandlungsmittel für Stahl oder Sphäroguss verwendet.

Gebleichtes Gusseisen hat eine Struktur aus weißem Gusseisen in der Oberflächenschicht und grauem Gusseisen im Kern, was den daraus hergestellten Produkten eine erhöhte Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit verleiht.

Ungefähre Zusammensetzung von weißem Gusseisen: C = 2,8–3,6 %; Si=0,5–0,8 %; Mn=0,4–0,6 %.

Grauguss ist eine Fe-Si-C-Legierung mit unvermeidlichen Verunreinigungen von Mn, P und S.

Die besten Eigenschaften besitzen untereutektische Gusseisen mit 2,4-3,8 % C, wovon ein Teil, bis zu 0,7 %, in Form von Zementit vorliegt.

Silizium fördert die Graphitisierung von Gusseisen, Mangan hingegen verhindert diese, erhöht aber die Bleichneigung von Gusseisen.

Schwefel ist eine schädliche Verunreinigung, die die mechanischen und Gusseigenschaften von Gusseisen beeinträchtigt.

Phosphor in einer Menge von 0,2–0,5 % beeinflusst die Graphitierung nicht, erhöht die Fließfähigkeit, erhöht jedoch die Zerbrechlichkeit von Gusseisen.

Die mechanischen und plastischen Eigenschaften von Gusseisen werden durch seine Struktur, hauptsächlich durch den Graphitanteil, bestimmt. Je weniger Graphiteinschlüsse vorhanden sind, je kleiner, verzweigter und voneinander isolierter sie sind, desto fester und duktiler ist das Gusseisen.

Die Struktur der Metallbasis aus Gusseisen ist untereutektoider oder eutektoider Stahl, d.h. Ferrit + Perlit oder Perlit. Grauguss mit Perlitstruktur auf Metallbasis mit der ungefähren Zusammensetzung: C = 3,2-3,4 % weist die größte Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit auf; Si – 1,4–2,2 %; Mn=0,7–1,0 %; P, S 0,15–0,2 %.

Der Einfluss der Metallbasis und der Form von Graphiteinschlüssen auf die mechanischen und technologischen Eigenschaften von Gusseisen

Physikalisch-mechanische Eigenschaften von Gusseisen verschiedener Strukturen

Graphiteinschlüsse verringern zwar die Zugfestigkeit von Grauguss stark, haben jedoch praktisch keinen Einfluss auf dessen Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Härte; Machen Sie es unempfindlich gegenüber Spannungskonzentratoren und verbessern Sie die Bearbeitbarkeit.

Grauguss ist mit den Buchstaben C – Grauguss und H – Gusseisen gekennzeichnet.

Die Zahlen dahinter geben die durchschnittliche Zugfestigkeit (kg/mm) an.

Perlitisches Gusseisen umfasst modifiziertes Gusseisen der Sorten SCh30-SCh35, das Modifikatorzusätze enthält – Graphit, Ferrosilizium, Siliciumkalzium in einer Menge von 0,3–0,8 % usw.

Um innere Spannungen abzubauen, werden Gussteile bei 500–600 °C geglüht und anschließend langsam abgekühlt.

Modifizieren und Glühen erhöhen die Duktilität, Zähigkeit und Haltbarkeit von Gusseisen

Wenn Magnesium beim Schmelzen in einer Menge von 0,03 bis 0,07 % in die Zusammensetzung von Grauguss eingebracht wird, nimmt Graphit während des Kristallisationsprozesses eine kugelförmige statt einer lamellaren Form an.

Solches Gusseisen weist eine hohe Festigkeit auf, die mit der Festigkeit von Gussstahl vergleichbar ist, sowie gute Gusseigenschaften und Duktilität, Bearbeitbarkeit und Verschleißfestigkeit.

Güten aus hochfestem Gusseisen werden durch Buchstaben und Zahlen gekennzeichnet.

Letztere bedeuten temporäre Zugfestigkeit (kg/mm) und relative Dehnung (%).

Temperguss wird durch längeres Erhitzen (Glühen) von Gussstücken aus weißem Gusseisen hergestellt.

Das Glühen erfolgt in zwei Stufen, wobei jede Stufe bis zur vollständigen Zersetzung von Ledeburit (Stufe I), Austenit und Zementit (Stufe II) und der Bildung von Ferrit und Graphit gehalten wird.

Letzteres wird in Form von Flocken freigesetzt und verleiht dem Gusseisen eine hohe Duktilität.

Sein Bruch ist samtig schwarz.

Bei beschleunigter Abkühlung entsteht Temperguss mit Perlitbasis, was die Duktilität verringert und dem Bruch ein leichtes (Stahl-)Aussehen verleiht. Es ist auf die gleiche Weise gekennzeichnet wie hochfestes Gusseisen.

Der Begriff „Temperguss“ ist bedingt und charakterisiert die plastischen und nicht die technologischen Eigenschaften von Gusseisen, da daraus hergestellte Produkte wie andere Gusseisen durch Gießen und nicht durch Schmieden hergestellt werden.

Im Bauwesen werden alle Arten von Gusseisen mit Graphiteinschlüssen verwendet.

Grauguss wird in Bauwerken verwendet, die statischen Belastungen ausgesetzt sind (Säulen, Fundamentplatten, Stützplatten für Fachwerke, Balken, Abwasserrohre, Einstiegsschächte, Ventile); высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промзданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей , in den Bergen).

8. Nichteisenmetalle

Von den Nichteisenmetallen wird Aluminium im Bauwesen am häufigsten verwendet, da es eine hohe spezifische Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Wirtschaftlichkeit aufweist.

Silber, Gold, Kupfer, Zink, Titan, Magnesium, Zinn, Blei und andere werden hauptsächlich als Legierungszusätze und Legierungsbestandteile verwendet und haben daher eine besondere und begrenzte Verwendung im Bauwesen (besondere Glasarten, einzigartige Objekte – Denkmäler auf dem Mamajew). Kurgan in Wolgograd, auf dem Poklonnaja-Hügel, ein Obelisk zu Ehren der Eroberung des Weltraums in Moskau und anderen, in dem häufig Titan, Kupfer und ihre Legierungen verwendet werden; Absperr- und Regelventile sowie Geräte für Sanitär-, Heizungs- und Elektrosysteme von Gebäuden und Bauwerken).

In reiner Form werden Nichteisenmetalle wie Eisen aufgrund ihrer geringen Festigkeit und Härte selten verwendet.

Aluminium- silberweißes Metall, Dichte 2700 kg/m und Schmelzpunkt 658 °C. Sein Kristallgitter ist ein flächenzentrierter Würfel mit einer Periode von 0,40412 nm.

Echte Aluminiumkörner haben wie Eisenkörner eine Blockstruktur und ähnliche Defekte – Leerstellen, Zwischengitteratome, Versetzungen, Klein- und Großwinkelgrenzen zwischen Körnern.

Eine Festigkeitssteigerung wird durch Legieren von Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn sowie durch plastische Verformung (Fressening), Härten und Altern erreicht. Alle Aluminiumlegierungen werden in Schmiede- und Gusslegierungen unterteilt.

Knetlegierungen wiederum werden unterteilt inthermisch gehärtet und nicht gehärtet .

Zu den thermisch härtbaren Legierungen gehören Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; thermisch nicht härtend – technisches Aluminium und Zweikomponentenlegierungen Al-Mn und Al-Mg (Magnalium).

Kupfer- Der Hauptlegierungszusatz von Legierungen - Duraluminium - erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Duktilität und die Korrosionsschutzeigenschaften von Aluminium.

Mangan und Magnesium erhöhen die Festigkeit und Korrosionsschutzeigenschaften; Silizium ist flüssig und schmelzbar, beeinträchtigt jedoch die Duktilität.

Zink, insbesondere zusammen mit Magnesium, erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion.

Um die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen zu verbessern, werden ihnen geringe Mengen Chrom, Vanadium, Titan, Zirkonium und andere Elemente zugesetzt. Eisen (0,3–0,7 %) ist eine unerwünschte, aber unvermeidliche Verunreinigung.

Das Verhältnis der Komponenten in Legierungen wird auf der Grundlage der Bedingungen ausgewählt, unter denen sie nach Wärmebehandlung und Alterung eine hohe Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erreichen.

Legierungen werden durch Sorten bezeichnet, die alphabetische und numerische Bezeichnungen haben, die die Zusammensetzung und den Zustand der Legierung charakterisieren: M – geglüht (weich); N – fleißig; H2 – halbgehärtet; T – gehärtet und natürlich gealtert; T1 – gehärtet und künstlich gealtert; T4 – nicht vollständig gehärtet und künstlich gealtert.

Härtung und Halbhärtung sind charakteristisch für thermisch nicht härtende Legierungen; Härten und Altern – für thermisch gehärtete.

Marken aus technischem Aluminium: AD, AD1 (A – Aluminium, D – Duraluminium-Legierung, 1 – charakterisiert den Reinheitsgrad von Aluminium – 99,3 %; in der AD-Sorte – 98,8 A1); hochfest – B95, B96, Schmieden – AK6, AK8 (die Zahlen geben den Gesamtgehalt der Haupt- und Zusatzlegierungselemente in der Legierung an (%).

Marken thermisch nicht aushärtender Aluminiumlegierungen: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M – weich, Mts – Mangan, Mg2 – Magnesium mit einem Gehalt von 2 % in der Legierung).

Digitale Bezeichnung der Sorten von Aluminiumlegierungen: 1915, 1915T, M925, 1935T (die erste Ziffer gibt die Basis der Legierung an – Aluminium; die zweite – die Zusammensetzung der Komponenten; 0 – technisch reines Aluminium, 1 – Al-Cu-Mg, 3 – Al-Mg-Si, 4 – Al-Mn, 5-Al-Mg, 9 – Al-Mg-Zn; die letzten beiden sind die Seriennummer der Legierung in ihrer Gruppe).

Die Hauptarten der Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen sind Glühen, Härten und Altern (Anlassen).

Das Glühen erfolgt ohne Phasenumwandlungen und dient dem Abbau von Eigenspannungen, der Homogenisierung, Rekristallisation und Erholung.

Im letzteren Fall werden die ursprünglichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Legierung wiederhergestellt, die Festigkeit verringert und die für technologische Zwecke erforderliche Duktilität und Zähigkeit erhöht.

9. Stahlbewehrung für Stahlbetonkonstruktionen

Zur Bewehrung von Stahlbetonkonstruktionen werden Stab- und Drahtbewehrungen aus glatten und periodischen Profilen sowie Seile aus kohlenstoffarmen und niedriglegierten Stählen verwendet, die durch Härten mit Walzerwärmung, Kalt- oder Warmverformung verstärkt werden.

Diese Anforderungen werden größtenteils durch hochfeste Stäbe (A-1V - AV1; At-1VC(K) - At-V1C(K) usw.), Drähte (B-II, BP-II) und Seile (K-) erfüllt. 7, K-9) Bewehrung mit einer Streckgrenze von 590–1410 MPa bzw. einer relativen Dehnung von 8–14 %, die zur Herstellung von vorgespannten Stahlbetonkonstruktionen verwendet wird.

Gleichzeitig wird neben der Erhöhung der Festigkeit und Rissbeständigkeit von Bauwerken um 20–30 % auch der Verbrauch an Bewehrungsstahl im Vergleich zu nicht vorgespanntem A-I (A-240), A-II (A-300), A reduziert -III (A-400), VR-I.

Aus Sicht des Korrosionsverhaltens sind jedoch hochfeste Bewehrungen, insbesondere vorgespannte Bewehrungen, potenziell anfälliger.

Das Korrosionsverhalten der Bewehrung in Beton wird hauptsächlich durch Änderungen der Festigkeit, Duktilität und der Art ihres Bruchs sowie durch die Tiefe des Korrosionsschadens (mm/Jahr) oder des Massenverlusts (g/m Tag oder g/m h) charakterisiert.

Der passive Bewehrungszustand im Beton, der thermodynamisch zu Oxidationsreaktionen neigt, wird durch die stark alkalische Natur der Umgebung (pH 12) und eine ziemlich dicke (0,01–0,035 m) und dichte Schutzschicht des Betons gewährleistet.

Gemäß der Oxidfilmtheorie entsteht der passive Verstärkungszustand in einer oxidierenden Umgebung durch die Bildung eines dünnen Oxidfilms auf der Metalloberfläche.

Das Gleichgewichtspotential für die Bildung eines solchen Films ist positiv und beträgt etwa 0,63 V, für Eisen im aktiven Zustand beträgt es etwa 0,4 V.

Sobald die Polarisation der anodischen Bereiche des Metalls das Potenzial zur Bildung eines Oxidfilms erreicht, nimmt die Auflösungsstromdichte stark ab und das Metall geht in einen passiven Zustand über.

Dieses charakteristische Potenzial wird Flade-Potenzial genannt..

Die Passivierung der Bewehrung im Beton bei einer Temperatur von 20 ± 5 °C ist nach 32–36 Stunden abgeschlossen, nicht nur bei sauberer Oberfläche, sondern auch bei Rost.

Allerdings charakterisiert der pH-Wert der Umgebung den Zustand der Bewehrung im Beton nicht eindeutig; es wird weitgehend durch die Anwesenheit aktivierender Ionen bestimmt, die das Metallauflösungspotential auf die negative Seite verschieben; Das Metall geht dann in einen aktiven Zustand über.

Eine objektive Beurteilung des elektrochemischen Zustands der Bewehrung im Beton ist nur anhand ihrer Polarisierbarkeit möglich, d. h. Änderungen des Elektrodenpotentials und der Stromdichte.

Nicht alle Betone zeichnen sich durch einen hohen pH-Wert aus.

In autoklaviertem Gips und Beton mit aktiven mineralischen Zusätzen ab dem Zeitpunkt ihrer Herstellung pH-Wert<12.

In einem solchen Beton muss die Bewehrung mit einer Schutzbeschichtung versehen werden.

Auch in der karbonisierten Schutzschicht des Betons (wo sich die Bewehrung befindet) kann es zu einer Depassivierung der Bewehrung kommen, insbesondere an Stellen mit Rissen, was bei der Festlegung der Dicke und Dichte der Schutzschicht je nach Art, Verwendungszweck, Betriebsbedingungen und Lebensdauer von Stahlbetonkonstruktionen.

Lokale Korrosionsschäden an der Metalloberfläche wirken ähnlich wie Spannungserhöher.

Bei duktilen Weichstählen kommt es in der Nähe der Zentren dieser Läsionen zu einer Spannungsumverteilung, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften der Stähle praktisch nicht ändern.

Bei hochfesten Stählen mit geringer Duktilität und glattem und periodischem Profil, zum Beispiel B-II und BP-II, die Zugspannungen nahe der Streckgrenze erfahren (und aus diesem Grund weniger anfällig für anodische Polarisation sind), kommt es zu lokalen Korrosionsschäden verursacht eine hohe Konzentration schwach entspannender Spannungen und die Wahrscheinlichkeit eines Sprödbruchs.

Daher sind hochfeste Bewehrungsstähle, die für vorgespannte Strukturen empfohlen werden, in der Regel komplex legiert und einer thermischen und thermomechanischen Behandlung, Normalisierung und Hochanlassen bei 600–650 °C unterzogen.

Die Einführung geringer Mengen der Legierungszusätze Cr, Mn, Si, Cu, P, Al und anderer in Bewehrungsstähle sowie die thermische und thermomechanische Behandlung verbessern die mechanischen und Korrosionsschutzeigenschaften von Stählen deutlich um das 2- bis 3-fache

10. Stahlkonstruktionen

Die wichtigsten Bauformen und Zwecke von Stahlkonstruktionen sind:Industriegebäude, Rahmen und weitgespannte Verkleidungen öffentlicher Gebäude, Brücken und Überführungen, Türme und Masten, Buntglasfenster, Fenster- und Türfüllungen, abgehängte Decken usw.

Die Hauptelemente von Gebäudestrukturen sind:

Dickes warmgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 4 bis 160 mm, einer Länge von 6 bis 12 m und einer Breite von 0,5 bis 3,8 m, geliefert in Form von Blechen und Rollen; dünn warm- und kaltgewalzt, bis 4 mm Dicke in Rollen; Breitflansch universal, 6-60 mm dick, warmgewalzt mit bearbeiteten, ausgerichteten Kanten;

Profilstahl – Winkel, Kanäle, I-Träger, T-Träger, Rohre usw., aus denen verschiedene symmetrische Abschnitte zusammengesetzt werden, um eine erhöhte Stabilität und Effizienz der Strukturen zu gewährleisten;

Warmgewalzte nahtlose Rundrohre mit einem Durchmesser von 25–550 mm und einer Wandstärke von 2,5–75 mm für Radio- und Fernsehhalterungen;

Elektrogeschweißte Rundrohre mit einem Durchmesser von 8–1620 mm und einer Wandstärke von 1–16 mm; quadratischer und rechteckiger Querschnitt mit Seitenabmessungen von 60 bis 180 mm und Wandstärken von 3 bis 8 mm. Rohre werden in leichten Dachkonstruktionen, Fachwerkwänden, Rahmen und Buntglasfenstern verwendet.

Kaltgeformte Profile aus Band oder Streifen mit einer Dicke von 1 bis 8 mm. Ihr Hauptanwendungsgebiet sind leichte, wirtschaftliche Dachkonstruktionen für Gebäude;

Profile für verschiedene Zwecke – Fenster-, Tür- und Laternenrahmen, Kranschienen, verzinkte Profilbeläge, Stahlseile und hochfeste Drähte für Hänge- und Schrägseildächer, Brücken, Masten, vorgespannte Dachkonstruktionen, Rohre, Tanks usw.

Haupttypen von Walzprofilen. a) Stahlblech; b) Eckprofile; c) Kanal; d), e), f) I-Träger mit unterschiedlichen Flanschbreiten; g) dünnwandige I-Träger und Kanäle; h) nahtlose und elektrisch geschweißte Rohre

Arten von kaltgeformten Profilen aus Stahlband oder Band mit einer Dicke von 1 bis 8 mm. a) ungleiche und gleiche Winkel; b) Kanäle; c) beliebiger Abschnitt

Die Liste der gewalzten Profile mit Angabe von Form, Abmessungen, Stückgewicht und Toleranzen wird als Sortiment bezeichnet

Am wirtschaftlichsten sind dünnwandige Profile.

Aus Primärelementen werden im Werk Fragmente von Säulen, Kran- und Brückenträgern, Fachwerken, Pfetten, Bögen, Zylinder- und Zeltabdeckungen und anderen Konstruktionen hergestellt, die dann zu Blöcken vergrößert und auf der Baustelle montiert werden.

Die Herstellung und Installation von Metallkonstruktionen wird von spezialisierten Fabriken und Installationsorganisationen durchgeführt, die eine hohe Produktivität und Qualität der Produkte und Installation gewährleisten.

Abhängig vom Verwendungszweck und den Betriebsbedingungen von Metallkonstruktionen sowie dem Grad der Verantwortung von Gebäuden und Bauwerken wird empfohlen, verschiedene Stahlkategorien zu verwenden, wobei deren Kältebeständigkeit bei Auslegungsaußentemperaturen im Winter zu berücksichtigen ist.

Alle Arten von Bauwerken werden in 4 Gruppen eingeteilt, deren Anforderungen und dementsprechend die Stahlsorten von der ersten zur vierten Gruppe sinken.

Und wenn in den ersten drei von ihnen hauptsächlich komplexe legierte Stähle, die gut schweißbar und kältebeständig sind, für die wichtigsten kritischen Strukturen empfohlen werden, dann in der vierten Gruppe für Hilfsstrukturen - gewöhnliche Stähle VSt3sp (ps) (kp).

Das Legieren von Stählen mit geringen Mengen an Kupfer, Phosphor, Nickel, Chrom (z. B. Stähle der ersten und zweiten Gruppe, 15G2AFDps, 10HSND, 10KHNDP, 12GN2MFAYu usw.) schützt sie besonders wirksam vor atmosphärischer Korrosion.

Die Fähigkeit niedriglegierter Stähle, dichte Schutzfilme aus amorphem FeOOH zu bilden, führte zur Entstehung der sogenannten Cartene.

Sie werden für die Konstruktion von Industriegebäuden, Brücken, Stützen und anderen Bauwerken verwendet, die unter atmosphärischen Bedingungen betrieben werden. Karten müssen nicht gestrichen werden und korrodieren während der gesamten Lebensdauer der Strukturen nicht. Die Schutzeigenschaften des Films werden durch regelmäßiges Befeuchten und Trocknen verstärkt.

Die typische Carthen-Zusammensetzung beträgt 0,09 % C und P; 0,4 % Mn und Cu; 0,8 % Cr und 0,3 % Ni.

11. Aluminiumkonstruktionen

Als Beginn der Verwendung von Aluminium im Bauwesen kann die Installation eines Aluminiumgesimses am Life Building in Montreal im Jahr 1896 und eines Aluminiumdachs an zwei religiösen Gebäuden in Rom in den Jahren 1897-1903 angesehen werden.

Beim Wiederaufbau der Stadtbrücke in Pittsburgh (USA) im Jahr 1933 wurden die tragenden Elemente der Fahrbahn der Brücke erstmals aus Aluminiumkanälen und -blechen hergestellt, die 34 Jahre lang erfolgreich eingesetzt wurden.

Im Wohnungsbau wurden Aluminiumkonstruktionen erstmals Anfang der fünfziger Jahre bei der Ausstattung der Nordpol-Forschungsstation und des Bergsteigergebäudes im Kaukasus eingesetzt.

Aluminium wird im Ausland immer häufiger verwendet, wobei bis zu 27 % des gesamten Aluminiumverbrauchs in diesen Ländern im Bausektor verwendet werden.

Die Produktion von Gebäudekonstruktionen aus Aluminium ist dort auf große Spezialwerke mit einer Kapazität von 30-40.000 Tonnen pro Jahr konzentriert, was die Herstellung einer Vielzahl hochwertiger Produkte gewährleistet.

Die wirksamsten davon sind:Paneele von Außenwänden und rahmenlose Verkleidungen, abgehängte Decken, vorgefertigte und Blechkonstruktionen.

Ein erheblicher Teil des wirtschaftlichen Effekts wird durch die Reduzierung der Transport- und Betriebskosten aufgrund der erhöhten Korrosionsbeständigkeit und Leichtigkeit von Aluminiumkonstruktionen im Vergleich zu ähnlichen Konstruktionen aus Stahl und Stahlbeton erzielt.

Der Einsatz von Aluminium in tragenden Konstruktionen ist wirtschaftlich nicht sinnvoll, mit Ausnahme von langspannigen Beschichtungen und Fällen erhöhter Umweltaggressivität

Dies ist auf den geringen Elastizitätsmodul von Aluminium zurückzuführen, weshalb es notwendig ist, die Querschnittsabmessungen der Elemente und der Strukturen selbst zu vergrößern, um deren notwendige Steifigkeit und Stabilität zu gewährleisten.

Dadurch wird die Festigkeit von Aluminium nicht ausreichend genutzt.

Darüber hinaus weist Aluminium im Vergleich zu Stahl eine geringere Zyklenfestigkeit und Temperaturbeständigkeit auf.

Diese Mängel können (unter Berücksichtigung der hohen plastischen Eigenschaften von Aluminium) durch die Schaffung räumlicher, auch stab- und hängender Strukturen unter Verwendung von gebogenen Elementen, Stanzteilen und Wellblechen überwunden werden, die gleichzeitig umschließende und kraftgebende Funktionen erfüllen.

Gebogene Aluminiumprofile aus gewalzten Blechen. a) einfache Stäbe öffnen; b) offene komplexe Stäbe; c) Wellbleche mit unterschiedlichen Wellenformen (1 – gerillt; 2 – Membran; 3 – gewellt; 4 – gerippt; 5 – Mulde); d), e) geschlossene Multikavitätenprofile

Arten von extrudierten Profilen. eine solide; b) offen; c) halboffen; d) hohl (geschlossen); e) gepresste Platten; f) Verriegelungsverbindungen von Profilpaaren; g) Profilverbindungen mit Schnappverschlüssen

Aluminiumfensterblöcke und Buntglas bieten im Vergleich zu Holzfensterblöcken, auch im Hohen Norden, keinen nennenswerten wirtschaftlichen Effekt.

Dennoch zeichnen sie sich durch beste funktionelle Eigenschaften, Optik und hohe Haltbarkeit aus, die ihren weit verbreiteten Einsatz in allen Bauarten ermöglichen.

Umschließende Aluminiumkonstruktionen von Wänden und Dächern können auf zwei Arten hergestellt werden: aus vollständig vorgefertigten Paneelen oder aus profilierten oder glatten Blechen, die während des Bauprozesses isoliert oder nicht isoliert werden.

Letztere beziehen sich auf unbeheizte Industriegebäude und Lagerhallen.

Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile.

Der Einfachheit und Schnelligkeit der Montage werkseitig vorgefertigter Paneele steht das Fehlen einer werkseitigen Bearbeitung bei der Verwendung von Flach- oder Profilbändern gegenüber. Die Installation der Isolierung wird jedoch komplizierter.

Im Fertigteilbau entsteht das Problem der Zuverlässigkeit von Verbindungen, insbesondere von Profilblechen; mit Band – Montage und Spannung von Bändern für große Spannweiten.

Im Wohnungsbau hat die erste Plattenbauweise bisher die größte Verbreitung gefunden.

Wand- und Dachpaneele bestehen in der Regel aus zwei dünnen, glatten oder profilierten Aluminiumblechen, zwischen denen eine Isolierung eingelegt ist.

In den meisten Fällen werden Rippen entlang der Plattenkontur angebracht, wodurch ein Rahmen entsteht.

Eine der Aluminiumplatten (normalerweise innen) kann durch Sperrholz-, Asbestzement- oder Kunststoffplatten, Spanplatten und Faserplatten ersetzt werden.

Als Isolierung werden Mineralwolleplatten, PSB-, PVC-, PSB-S-Schaum und Polyurethanschaum verwendet, die während des technologischen Prozesses zwischen die Schalen geschäumt werden. Die Isolierung wird mit Epoxid- oder Gummikleber auf Aluminiumbleche geklebt und ist in die Funktion des Panels einbezogen. Plattenabmessungen 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m oder mehr.

Die Dicke der Aluminium-Ummantelungsbleche beträgt 1-2,5 mm. Empfohlene Qualitäten von Aluminiumlegierungen für ihre Herstellung sind AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915.

Im Ausland werden verleimte dreischichtige Rahmen- und rahmenlose Platten vom Typ „Sandwich“ online in Einzelformen oder kontinuierlich in Form eines Endlosstreifens hergestellt und am Ende einer automatischen Linie in Produkte bestimmter Größen geschnitten .

Um die Witterungsbeständigkeit zu erhöhen und das Erscheinungsbild zu verbessern, werden Aluminiumbleche eloxiert oder mit Polymerverbindungen in verschiedenen Farben lackiert. Um die Steifigkeit und Qualität der Platten zu erhöhen, werden die Aluminiumbleche mechanisch vorgespannt.

Dadurch können Sie die Beplankung in die Arbeit des Paneelrahmens einbeziehen, den Abstand zwischen den Rippen vergrößern, die Welligkeit der Platten eliminieren und einen besseren Klebekontakt mit der Dämmung gewährleisten.

Im Industriebau werden Aluminiumbleche mit Längs- und Querprofilen häufig für Wände und Verkleidungen verwendet.

Die Länge der Platten beträgt 10–30 m oder mehr, die Breite 0,58–1,6 m und die Dicke 0,3–1,62 mm.

Platten mit Querprofilen wie „Furral“, Snap-rib, Zip-rib für Dacheindeckungen werden in der Baupraxis in den USA, England, Deutschland, der Schweiz und anderen Ländern verwendet.

Für dieses Dach wird die weiche Aluminiumlegierung AMts verwendet.

Die Bleche werden in Rollen transportiert. Beim Bau werden sie ausgerollt und an einer Holzschalung befestigt.

Befestigung von Furral-Blättern an Holzverkleidungen. 1 - Holzummantelung; 2 - Blätter „Furral“; 3 - Befestigungsstreifen

Dämmung von Mauerzäunen aus Wellblech mit Plattendämmung. 1 - Wellbleche; 2 - Isolierung

Die inländischen Erfahrungen bei der Herstellung von Blechen mit Querprofilen unterscheiden sich von denen im Ausland in der vollständigen Werksbereitschaft von Rollzäunen, einschließlich Isolierung.

Besonders effektiv ist die Umzäunung von Industriegebäuden aus glatten, vorgespannten Aluminiumblechen.

Ihre Kosten sind 20–30 % geringer als bei profilierten und die nutzbare Fläche ist 25–35 % größer.

Isolierungen wie Schaumgummi mit einer strukturierten Schicht, die als Dampfsperre dient, werden werkseitig auf die Platten geklebt oder bei der Montage auf die Oberfläche der Platten aufgetragen, wie beispielsweise in Italien und Japan, wo geschäumter Polyurethanschaum bzw Hierzu wird eine Schaummasse auf Bitumenbasis mit einer Dicke von 6,-8 mm verwendet.

Dreischichtiges Rollpaneel-Design: 1 - Wellblech (tragend); 2 - elastische Isolierung; 3 - Dekorblatt (innen); a ist die Länge des Wellblechs; b - Plattenbreite; R – Biegeradius der Platte

Vorgefertigte Aluminiumkonstruktionen werden für den Bau von Industrie-, Wohn- und öffentlichen Gebäuden sowie städtischen Siedlungen in abgelegenen Gebieten und im hohen Norden verwendet und per Flugzeug angeliefert. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien und Konstruktionen wird das Gewicht von Gebäuden um fast das Zwanzigfache reduziert, die Bauzeit um das Vierfache verkürzt und die geschätzten Kosten für 1 m Nutzfläche werden um 15–20 % reduziert. Mit zunehmendem Umsatz von Fertigbauwerken nimmt der wirtschaftliche Effekt deutlich zu.

Abgehängte Decken aus Aluminium schneiden im Vergleich zu abgehängten Decken aus Gips, Asbestzement, Mineralwolleplatten wie „Agmigran“ und anderen Materialien gut ab

Sie sind leichter, verziehen sich nicht, stauben nicht, erfordern keine Reparaturen, sind beliebig formbar und können farbig eloxiert werden, was als Korrosionsschutz dient.

Es gibt zwei Arten von Aluminiumtanks: zur Lagerung flüssiger aggressiver Substanzen (saure Öle und Erdölprodukte, Essigsäure, konzentrierte Salpetersäure und andere Säuren); zur Lagerung von Flüssiggasen.

Die zu unterschiedlichen Zeiten in verschiedenen Ländern gebauten Tanks haben ein Volumen von 500 m bis 3500 m und sind in gutem Zustand.

Druck- und drucklose Rohrleitungen aus den Aluminiumsorten AMg2M, AD31T, 1915, 1915T werden zum Transport von Öl und Gas, Halbprodukten der Lebensmittel- und Chemieindustrie sowie zum Pumpen von Mörtel und Beton verwendet.

Für den Bau von Fertiggerüsten und Gerüsten werden Duraluminiumrohre mit einem Durchmesser von 38-50 mm verwendet.

Üblicherweise werden nahtlose und elektrisch geschweißte Rohre mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm verwendet.

Bei der Verlegung im Erdreich werden Rohre mit Bitumen-Gummi-Mastix und Polymermaterialien vor Korrosion geschützt.

In der Baupraxis gibt es positive Beispiele für den Einsatz von Aluminium auch in Lüftungsanlagen und Schornsteinen zur Entfernung von Schwefeldioxidgasen, die bei der Kondensation aggressiv gegenüber Stahl wirken.

Es werden Verbindungen von Elementen von Aluminiumkonstruktionen durchgeführt:

Argon-Lichtbogen-Elektroschweißen mit nicht verbrauchbaren (Wolfram) und verbrauchbaren Elektroden;
- Elektrokontaktschweißen (für dünne Bleche);

An Nieten für Elemente aus gehärtetem Aluminium und Teile unterschiedlicher Dicke. Das Nieten erfolgt im kalten Zustand, um Lücken und interkristalline Korrosion zu vermeiden, die beim Warmnieten auftreten.

Auf verzinkten und cadmierten Bolzen, Schrauben und Dichtungen;

Zum Einkleben von Schraubverbindungen, Schlössern und Riegeln.

Bei der thermomechanischen Bearbeitung handelt es sich um eine plastische Verformung, die sich auf die Strukturbildung bei thermischer Einwirkung des Metalls auswirkt. Plastische Verformung verändert die Art der Verteilung und erhöht die Dichte von Kristallgitterdefekten, was wiederum die Art der Strukturbildung bei Phasenumwandlungen stark beeinflusst. Somit bildet sich nach TMT in der Legierung ein Gefüge mit erhöhter Defektdichte im Kristallgefüge, was zum Erwerb neuer mechanischer Eigenschaften führt.

Bei Stahl kommen hauptsächlich zwei Arten der thermomechanischen Bearbeitung zum Einsatz: Niedertemperatur und Hochtemperatur.

Beim LTMT wird unterkühlter Austenit im Bereich seiner erhöhten Stabilität verformt, jedoch notwendigerweise unterhalb der Temperatur, bei der die Rekristallisation beginnt. Danach wandelt es sich in Martensit um (Abb. 53). Als abschließende Wärmebehandlung wird Niedrigtemperieren eingesetzt.

Der Grund für die Verstärkung des Stahls während des LTMT ist die Vererbung der Versetzungsstruktur von deformiertem Austenit durch Martensit. Versetzungen verschwinden bei der Bildung von Martensit nicht, sondern werden von der ursprünglichen Phase in die neue überführt, d. h. Martensit erbt die Unterstruktur des deformierten Austenits. Die hohe Dichte der durch Kohlenstoffatome und Karbideinschlüsse fixierten Versetzungen führt zu einer hohen Festigkeit bei akzeptabler Duktilität.

Reis. 53 Niedertemperaturkreis (LTMO)

Thermomechanische Bearbeitung von Stahl

LTMT ist nur für legierte Stähle mit ausreichender Stabilität des unterkühlten Austenits anwendbar. Darüber hinaus erfordert die Durchführung der wissenschaftlichen und technischen Behandlung das Vorhandensein leistungsstarker Verformungsgeräte.

Beim HTMT wird Austenit im Bereich seiner Hochtemperaturstabilität verformt und anschließend zu Martensit verfestigt (Abb. 54). Nach dem Härten erfolgt ein niedriges Anlassen.

Reis. 54 Hochtemperaturkreislauf (HTMO)

Thermomechanische Bearbeitung von Stahl.

Der HTMT-Modus wird so gewählt, dass der Austenit zu Beginn der martensitischen Umwandlung eine entwickelte polygonisierte Struktur aufweist. Der Verformungsgrad sollte nicht zu groß sein, um keine Rekristallisation zu verursachen, die die Aushärtung verringert. Nach Abschluss der Verformung ist eine sofortige Aushärtung erforderlich, um eine statische Rekristallisation zu verhindern und das verformte Gefüge zu Beginn der martensitischen Umwandlung aufrechtzuerhalten. Martensitische Kristalle reichen nicht über die Unterkörner des Austenits hinaus, was zu ihrer erheblichen Verfeinerung und einem breiten Spektrum an Eigenschaften führt.

Der wichtigste Vorteil von HTMO ist die Fähigkeit, gleichzeitig Festigkeit und Bruchzähigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus ist für die Durchführung von VTMO keine leistungsstarke Spezialausrüstung erforderlich.

6. Chemisch-thermische Behandlung von Stahl

6.1. Allgemeine Eigenschaften der chemisch-thermischen Behandlung von Stahl

Chemisch-thermische Behandlung (CHT) ist die Oberflächensättigung von Stahl mit bestimmten chemischen Elementen, nämlich Nichtmetallen und Metallen (z. B. Kohlenstoff, Stickstoff, Aluminium, Chrom usw.), durch deren Diffusion im atomaren Zustand aus der äußeren Umgebung bei hoher Temperatur. Bei diesen Prozessen verändern sich zwangsläufig die chemische Zusammensetzung, die Mikrostruktur und die Eigenschaften der Oberflächenschichten der Produkte. Bei der chemischen Behandlung werden die zu bearbeitenden Teile in einer chemisch aktiven Umgebung erhitzt. Die wichtigsten Verarbeitungsparameter sind Heiztemperatur und Haltezeit. CTO wird in der Regel über einen längeren Zeitraum durchgeführt. Die Prozesstemperatur wird für jede Verarbeitungsart individuell gewählt.

Die primären Prozesse jeder Art von CTO sind Dissoziation, Absorption und Diffusion.

Dissoziation ist die Zersetzung einer chemischen Verbindung, um chemische Elemente in einem aktiveren, atomaren Zustand zu erzeugen. Absorption ist die Absorption von Atomen der angegebenen Nichtmetalle durch die Oberfläche des Teils. Unter Diffusion versteht man die Bewegung eines absorbierten Elements tief in das Produkt hinein. Die Geschwindigkeiten aller drei Prozesse müssen miteinander konsistent sein. Für die Absorption und Diffusion ist es notwendig, dass das sättigende Element mit dem Grundmetall interagiert, um entweder eine feste Lösung oder eine chemische Verbindung zu bilden, da ohne diese eine chemisch-thermische Behandlung nicht möglich ist.

Die Hauptarten der chemisch-thermischen Behandlung von Stahl sind Aufkohlung, Nitrierung, Nitrokarburierung, Cyanidierung und Diffusionsmetallisierung.

Die Diffusionsgeschwindigkeit der Atome in das Eisengitter ist nicht gleich und hängt von der Zusammensetzung und Struktur der resultierenden Phasen ab. Bei Sättigung mit Kohlenstoff oder Stickstoff, die mit Eisen interstitielle feste Lösungen bilden, verläuft die Diffusion schneller als bei Sättigung mit Metallen, die interstitielle feste Lösungen bilden. Daher werden in diesem Fall höhere Temperaturen und längere Bearbeitungszeiten verwendet, es wird jedoch trotzdem eine geringere Schichtdicke erzielt als beim Nitrieren und insbesondere beim Aufkohlen.

Bei der Bestimmung der Dicke der Diffusionsschicht, die durch Sättigung von Stahl mit dem einen oder anderen Element entsteht, wird in der Regel nicht der volle Wert bei veränderter Zusammensetzung angegeben, sondern nur die Tiefe bis zu einer bestimmten Härte oder Struktur (effektive Dicke).

Im Gegensatz zur thermischen Behandlung selbst umfassen die chemisch-thermische und thermomechanische Behandlung neben thermischen Einwirkungen auch chemische bzw. Verformungseinwirkungen auf das Metall. Dies verkompliziert das Gesamtbild der Struktur- und Eigenschaftsveränderungen während der Wärmebehandlung.

Anlagen für chemisch-thermische und thermomechanische Behandlungen sind in der Regel komplexer als die Wärmebehandlung selbst. Dazu gehören neben herkömmlichen Heizgeräten beispielsweise Anlagen zur Erzeugung einer kontrollierten Atmosphäre, Geräte zur plastischen Verformung.

Im Folgenden betrachten wir die allgemeinen Muster der Struktur- und Eigenschaftsänderungen bei chemisch-thermischen und thermomechanischen Behandlungen und deren Varianten.

„Theorie der Wärmebehandlung von Metallen“,
I.I.Novikov

Beim HTMT wird Austenit im Bereich seiner thermodynamischen Stabilität verformt und dann zu Martensit verfestigt (siehe Abbildung für das Verarbeitungsschema von legiertem Stahl). Nach dem Aushärten erfolgt eine Tiefvergütung. Das Hauptziel der konventionellen Wärmebehandlung mit Verformungserwärmung (Walzschmieden) besteht darin, eine spezielle Erwärmung zum Härten zu vermeiden und dadurch einen wirtschaftlichen Effekt zu erzielen. Das Hauptziel von HTMT ist die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften...

Von großem Interesse ist das von M. L. Bernstein entdeckte Phänomen der Vererbung („Reversibilität“) der Härtung aus HTMT bei wiederholter Wärmebehandlung. Es stellte sich heraus, dass die Härtung durch HTMT erhalten bleibt, wenn der Stahl mit einer kurzen Einwirkung der Erwärmungstemperatur zum Abschrecken erneut gehärtet wird oder wenn der HTMT-verstärkte Stahl zunächst einer Hochvergütung unterzogen und anschließend erneut gehärtet wird. Zum Beispiel die Zugfestigkeit von Stahl 37XH3A nach HTMT gemäß dem Regime...

Die Prozesse der TMT von Stählen wurden Mitte der 50er Jahre im Zusammenhang mit der Suche nach neuen Wegen zur Erhöhung der Strukturfestigkeit intensiv untersucht. Thermomechanische Niedertemperaturbehandlung (LTMT) Bei der LTMT wird unterkühlter Austenit im Bereich seiner erhöhten Stabilität, jedoch immer unterhalb der Temperatur des Beginns der Rekristallisation, verformt und wandelt sich dann in Martensit um. Anschließend erfolgt eine Tiefvergütung (nicht). (siehe Abbildung). Behandlungsschema...

Die Verwendung von HTMO wird durch die folgenden Faktoren begrenzt. Die Legierung kann einen so engen Bereich der Erwärmungstemperaturen zum Abschrecken aufweisen, dass es praktisch unmöglich ist, die Temperatur der Warmumformung innerhalb so enger Grenzen zu halten (z. B. innerhalb von ± 5 °C für D16-Duraluminium). Der optimale Temperaturbereich für die Warmverformung kann deutlich niedriger sein als der Erwärmungstemperaturbereich für die Härtung. Zum Beispiel beim Pressen von Aluminiumlegierungen...

Der Kern von PTMT besteht darin, dass das nach der Warmverformung in einem nicht rekristallisierten Zustand erhaltene Halbzeug auch beim Erhitzen zum Abschrecken eine nicht rekristallisierte Struktur beibehält. PTMT unterscheidet sich von HTMT dadurch, dass die Vorgänge der Heißverformung und der Erwärmung zum Härten getrennt sind (siehe Abbildung Schemata der thermomechanischen Verarbeitung alternder Legierungen). PTMO wird häufig in der Produktionstechnologie von Halbzeugen aus Aluminiumlegierungen eingesetzt. Es war vor langer Zeit...

Beim HTMT werden Heißverformung, Härten mit Verformungserwärmung und Alterung durchgeführt (siehe Abbildung Schemata der thermomechanischen Verarbeitung von Alterungslegierungen). Bei der Warmumformung nimmt die Versetzungsdichte zu und es kommt zu einer Warmverfestigung, die bei der Umformung selbst durch die Entwicklung dynamischer Polygonisierung und dynamischer Rekristallisation teilweise oder vollständig entfernt werden kann. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve weist einen Abschnitt mit zunehmender Fließspannung auf, ...

Die Abbildung zeigt die Hauptdiagramme der TMT alternder Legierungen. Gezackte Linien deuten auf plastische Verformung hin. Schemata für die thermomechanische Behandlung von Alterungslegierungen Die thermomechanische Niedertemperaturbehandlung (LTMT) LTMT von Alterungslegierungen ist die erste thermomechanische Behandlung (30s) und die am weitesten verbreitete in der Industrie. Der Hauptzweck von NTMO besteht darin, die Festigkeitseigenschaften zu erhöhen. Beim HTMT wird die Legierung zunächst einem konventionellen Abschrecken unterzogen,...

Betrachten wir zunächst die Auswirkung der Kaltverformung auf die Zonenalterung. Es scheint, dass die Verformung durch Erhöhung der Versetzungsdichte und Leerstellenkonzentration die Alterung der Zone beschleunigen sollte. Aber erstens bilden Zonen homogene Keime und nicht auf Versetzungen, und zweitens sind Versetzungen wirksame Orte für den Abfluss von Leerstellen. Sehr starke plastische Verformung erhöht die Leerstellenkonzentration (das Verhältnis der Anzahl der Leerstellen zur Anzahl der Atome) nur um 10–6....

Die Wirksamkeit der Verwendung von LTMO hängt davon ab, welche Stärkungsphase während des Alterns freigesetzt wird. So ist beispielsweise die zusätzliche Verstärkung durch die Einführung der Verformung vor der künstlichen Alterung bei Al-Cu-Mg-Legierungen (Härter – Phase S) größer als bei Al-Cu-Legierungen (Härter – Phase θ´). Beim Erhitzen zur Alterung nach der Kaltverformung kommt es in der Regel nicht zu einer Rekristallisation, aber...

Die Abbildung zeigt die Hauptdiagramme der TMT alternder Legierungen. Gezackte Linien deuten auf plastische Verformung hin.

Thermomechanische Behandlung bei niedriger Temperatur (LTMT)

NTMO alternder Legierungen- Dies ist die erste thermomechanische Behandlung in den 1930er Jahren und die am weitesten verbreitete in der Industrie.

Hauptzweck von NTMO— Erhöhung der Festigkeitseigenschaften.

Beim LTMT wird die Legierung zunächst einem konventionellen Abschrecken und dann einer Kaltverformung unterzogen, bevor sie gealtert wird.

Im Vergleich zur Alterung ohne vorherige Verformung ergeben sich beim LTMT höhere Festigkeits- und Streckgrenzen, aber auch geringere Duktilitätswerte.

Die Abbildung zeigt den Einfluss des Grades der Kaltverformung auf die Härte einer abgeschreckten Nickellegierung (Kurve 1) und derselben nach der Verformung gealterten Legierung (Kurve 2).

Der Einfluss des Reduktionsgrades beim Ziehen nach dem Abschrecken ab 1000 °C auf die Härte von kaltgezogenem und ausgelagertem Draht mit einem Durchmesser von 4 mm aus der Nimonic-90-Legierung (nach W. Betteridge):

1 - kaltgezogen;
2 – Verformung + Alterung bei 460 °C, 16 Stunden.

Die Verhärtung während des LTMT wird aus zwei Gründen verursacht. Erstens führt die Kaltverformung zu einer Kaltverfestigung, und die anschließende Ausscheidungshärtung beginnt bei einer höheren Ausgangshärte der Legierung. Zweitens, und das ist besonders wichtig, erhöht die Kaltverformung den Effekt der Dispersionshärtung. Ohne Kalthärtung ist die Härtung der Nimonic-90-Legierung infolge der Alterung bei 450 °C sehr gering – nur 15 kgf/mm 2. Mit zunehmendem Grad der Kaltverformung nimmt die Verfestigung bei der Alterung kontinuierlich zu (Kurven 1 und 2 im Bild divergieren).

Bei einer Stauchung von 90 % betrug die Härtezunahme durch Alterung 175 kgf/mm 2. Folglich steigerte die Kalthärtung im betrachteten Fall die Aushärtung bei der Alterung um eine Größenordnung (!). Ein derart starker Härtungseffekt durch LTMT im Vergleich zur Härtung während der Wärmebehandlung nach dem üblichen Schema (Härtung + Alterung) ist ein relativ seltenes Phänomen.

Dies liegt daran, dass die Alterungstemperatur von 450 °C für Nimonic zu niedrig ist und ohne Kalthärtung die Zersetzung der übersättigten Lösung bei dieser Temperatur sehr träge verläuft. Wenn nach dem Härten die Alterung bei einer für die maximale Härtung optimalen Temperatur (ca. 700 °C) durchgeführt wird, ist der Effekt der Einführung der Kalthärtung deutlich geringer.

In allererster Näherung kann argumentiert werden, dass die Kalthärtung durch die Erhöhung der Dichte von Fehlstellen in den Kristallen einer übersättigten Lösung diese thermodynamisch weniger stabil macht und die Alterung beschleunigt. Experimentelle Erkenntnisse und detailliertere Analysen zeigen jedoch, dass die Auswirkung der Kalthärtung auf die Alterung recht komplex sein kann. Die Art dieses Einflusses hängt von den Härtungs-, Verformungs- und Alterungsarten, von der Art der Legierung und bei einer Legierung von der Art der Ausscheidung während der Alterung ab.

„Theorie der Wärmebehandlung von Metallen“,
I.I.Novikov

Beim HTMT wird Austenit im Bereich seiner thermodynamischen Stabilität verformt und dann zu Martensit verfestigt (siehe Abbildung für das Verarbeitungsschema von legiertem Stahl). Nach dem Aushärten erfolgt eine Tiefvergütung. Das Hauptziel der konventionellen Wärmebehandlung mit Verformungserwärmung (Walzschmieden) besteht darin, eine spezielle Erwärmung zum Härten zu vermeiden und dadurch einen wirtschaftlichen Effekt zu erzielen. Das Hauptziel von HTMT ist die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften...

Von großem Interesse ist das von M. L. Bernstein entdeckte Phänomen der Vererbung („Reversibilität“) der Härtung aus HTMT bei wiederholter Wärmebehandlung. Es stellte sich heraus, dass die Härtung durch HTMT erhalten bleibt, wenn der Stahl mit einer kurzen Einwirkung der Erwärmungstemperatur zum Abschrecken erneut gehärtet wird oder wenn der HTMT-verstärkte Stahl zunächst einer Hochvergütung unterzogen und anschließend erneut gehärtet wird. Zum Beispiel die Zugfestigkeit von Stahl 37XH3A nach HTMT gemäß dem Regime...

Die Prozesse der TMT von Stählen wurden Mitte der 50er Jahre im Zusammenhang mit der Suche nach neuen Wegen zur Erhöhung der Strukturfestigkeit intensiv untersucht. Thermomechanische Niedertemperaturbehandlung (LTMT) Bei der LTMT wird unterkühlter Austenit im Bereich seiner erhöhten Stabilität, jedoch immer unterhalb der Temperatur des Beginns der Rekristallisation, verformt und wandelt sich dann in Martensit um. Anschließend erfolgt eine Tiefvergütung (nicht). (siehe Abbildung). Behandlungsschema...

Die Erhöhung der Festigkeit und anderer mechanischer Eigenschaften von Metallen wird auf viele Arten erreicht, eine der häufigsten ist die thermomechanische Bearbeitung. Dieses Verfahren kombiniert Wärmebehandlung und plastische Verformung.

Thermomechanische Bearbeitung von Metallen(TMO) wird seit langem von Menschen verwendet, in der Antike stellten Schmiede mit dieser Technologie Klingen her, sie erhitzten das Werkstück in einer Schmiede, bearbeiteten es dann mit einem Hammer und kühlten es in kaltem Wasser scharf ab, der Vorgang wurde mehrmals wiederholt mal.

Auf diese Weise war es möglich, starke, scharfe und recht langlebige Produkte herzustellen. Heutzutage wird ein ähnlicher Effekt auch auf Metalle und Legierungen angewendet; Schauen wir uns an, welche Arten von TMT es gibt und welche Eigenschaften der bearbeiteten Werkstücke sie verbessern.

Es gibt folgende Arten der thermomechanischen Behandlung:

• Hohe Temperatur;


• Niedrige Temperatur.

Für jede Metallart und Legierung wird individuell ein Verarbeitungsschema ausgewählt, da sich alle Materialien in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden. Schauen wir uns die Technologie dieser Prozesse genauer an.

Thermomechanische Hochtemperaturbearbeitung von Metallen

Die Verformung des Metalls erfolgt bei dieser Art der Bearbeitung nach dem Vorwärmen. Die Temperatur des Materials muss über der Rekristallisationstemperatur liegen, es muss sich also im austenitischen Zustand befinden.

Durch plastische Verformung kommt es zur Bildung einer Verhärtung des Austenits, woraufhin das Metall abgeschreckt und angelassen wird.

Die thermomechanische Bearbeitung von Metall bei hohen Temperaturen führt zu folgenden Ergebnissen:

• Senkung der Temperaturschwelle der Kaltsprödigkeit;


• Erhöhte Sprödbruchbeständigkeit;


• Die Entwicklung von Anlasssprödigkeit wird verhindert;


• Erhöhte Schlagfestigkeit;


• Reduziert die Rissempfindlichkeit während der Wärmebehandlung.

Für eine solche Verarbeitung eignen sich legierte Stähle, Baustähle, Federstähle, Kohlenstoffstähle und Werkzeugstähle.

Thermomechanische Niedertemperaturverarbeitung von Metallen

Bei dieser Art der Bearbeitung wird das Werkstück ebenfalls in den austenitischen Zustand erhitzt, in diesem Zustand gehalten und anschließend abgekühlt. Wichtig ist, dass die Temperatur nach dem Abkühlen niedriger ist als die Rekristallisationstemperatur und höher als die martensitische Umwandlungstemperatur. In diesem Zustand erfolgt eine plastische Verformung der Teile.

Es wird auch die Verformung von Austenit praktiziert, der sich in einem unterkühlten Zustand befindet, wenn seine Temperatur gleich der Bainit-Umwandlungstemperatur ist.

Thermomechanische Bearbeitung von Metall bei niedriger Temperatur sorgt nicht für Stabilität des Materials beim Anlassen, außerdem erfolgt die plastische Verformung mit leistungsstarken Geräten. Diese Faktoren schränken den Anwendungsbereich dieser Methode in der Industrie ein.

Wo wird die thermomechanische Bearbeitung von Metallen eingesetzt?

Es gibt viele Bereiche, in denen die thermomechanische Bearbeitung von Metall eingesetzt wird, da sie dazu beiträgt, die Qualität der gefertigten Teile deutlich zu verbessern.

Der Hauptvorteil dieser Technologie besteht darin, dass Sie gleichzeitig die Duktilität und Festigkeit des Materials erhöhen können, was ein einzigartiges Phänomen ist.

In der Maschinenbau-, Verteidigungs- und Transportindustrie werden solche Eigenschaften sehr geschätzt, weshalb die Technologie häufig eingesetzt wird.

Da das Metall gestärkt und Defekte im Kristallgitter beseitigt werden, werden die fertigen Produkte widerstandsfähiger gegen Erosion und Korrosion, es entstehen keine Eigenspannungen und ihre Lebensdauer wird deutlich erhöht.

Welche Geräte werden für die thermomechanische Bearbeitung von Metallen verwendet?

Bei der thermomechanischen Bearbeitung von Metall werden spezielle Geräte zum Erhitzen, Kühlen und Ausüben von Druck auf das Werkstück verwendet.

Zum Erhitzen der Teile werden zunächst spezielle Öfen verwendet, deren Temperatur unterschiedlich sein kann, alles hängt von der Art des zu verarbeitenden Materials ab.

Die plastische Verformung erfolgt auf speziellen Maschinen – das kann Räumen, Schmieden oder Stanzen sein.

In automatische Linien können leistungsstarke Einheiten integriert werden, was den Verarbeitungsprozess erheblich vereinfacht und produktiver macht.

Ausrüstung für den Maschinenbau auf der Ausstellung

Wie TMT und andere Metallverarbeitungsprozesse ablaufen, erfahren Sie im Moskauer Expocenter.

Der Besuch der Veranstaltung wird für Besitzer von Industrieanlagen und kleinen Werkstätten interessant sein, da Vertreter von mehr als 1.000 Unternehmen die neuesten Maschinen, Werkzeuge und andere Geräte vorführen werden.

Außerdem präsentieren Aussteller aus verschiedenen Ländern den Gästen ihre innovativen Technologien, die zur Optimierung des Geschäfts und zur Steigerung seiner Rentabilität beitragen.