Растворы в строительстве – необходимый материал для возведения любых построек: и габаритных, и легких. Эти смеси подразделяют на несколько видов: строительные растворы приготавливают на цементной, известковой или гипсовой основе, также эти вещества могут быть скомбинированы.
Существует градация по качественным показателям, по пропорциям вяжущего компонента и заполнителя, а также другим характеристикам.
Виды строительных растворов и их состав
Строительный раствор (ГОСТ 5802-78) представляет собой смесь вяжущего вещества и заполнителя (песка) с водой. Такая смесь имеет главное свойство затвердевать после укладки. С помощью раствора происходит связывание воедино отдельных кирпичей, блоков, камней и т. п.
Прочность такой связки зависит от качества применяемого раствора. Применение строительных растворов в строительстве зависит от используемого материала постройки: для каждого материала необходимо использовать определенный вид раствора.
При возведении душа и туалета применяют различные растворы. В зависимости от входящего в состав строительного раствора вяжущего вещества их можно разделить на несколько групп. Основные виды растворов в строительстве – это цементные, гипсовые, известковые и комбинированные.
Цементные растворы готовят на основе цемента или портландцемента. Основным компонентом гипсовых растворов является гипс. В состав известковых растворов входит воздушная или гидравлическая известь.
Комбинированные растворы могут быть приготовлены на основе гипса и извести, цемента и глины, цемента и извести и т. п.
Известь обладает более выраженными вяжущими свойствами, поэтому все другие компоненты приравнивают к ее объему.
Для применения растворов в строительстве и приготовить качественный материал, руководствуясь только количественным соотношением вяжущих веществ и заполнителя, не всегда возможно, так как кроме подобного соотношения необходимо учитывать еще и основные свойства компонентов, т. е. жирность, марку, количество примесей и т. д.
Простые и сложные растворы для строительства и их пропорции
От качества приготовленного раствора во многом зависит долговечность конструкции летнего душа и туалета и их отделки. Различают простые и сложные растворы для строительства: простой состоит из одного вяжущего компонента и заполнителя (известкового, глиняного, цементного), а сложный - из двух вяжущих компонентов и заполнителя (цементно-известкового).
Для простых растворов используются обозначения, где на первом месте указана массовая часть вяжущего компонента, а на втором - массовая часть заполнителя (1: 5 и т. п.).
В сложных растворах массовые части указываются в следующей последовательности: вяжущий компонент, известковое тесто, заполнитель. Оптимальные пропорции сложных растворов для строительства составляют 1:1:6. Введение нескольких вяжущих компонентов оказывает влияние на структуру и свойства раствора. Добавление глины придает большую пластичность цементному раствору, то есть она выступает в роли пластификатора.
В сложных растворах объем главного вяжущего компонента условно принимают за единицу. Остальные вещества обозначаются числами, которые указывают, сколько объемных частей необходимо на одну часть основного вяжущего компонента. Главный вяжущий компонент обладает более выраженными вяжущими свойствами по сравнению с остальными веществами, входящими в данный раствор. Поэтому название растворов дается согласно наименованию основного вяжущего вещества. Так, например, в составе известково-глиняного-раствора присутствуют два вяжущих вещества - известь и глина.
Жирные и тощие строительные растворы
Существуют жирные, тощие и нормальные растворы для строительства: каждый из них обладает свойствами, которые делают их пригодными или непригодными для строительных работ. Жирные растворы более пластичные, но склонны к образованию трещин.
Тощие растворы слишком жесткие, поэтому не обладают достаточной прочностью. При возведении летнего душа и туалета рекомендуется использовать нормальные растворы, так как они обладают достаточной пластичностью и не дают трещин при высыхании, а их усадка минимальна. Для определения жирности раствора достаточно посмотреть на весло, которым его перемешивают. Если раствор только испачкал весло, то раствор тощий. Слегка прилипший раствор является нормальным, а сильно прилипший раствор свидетельствует о его жирности.
Растворы можно разделить на тяжелые, плотность которых в сухом состоянии составляет более 1500 кг/м3, и легкие, плотность которых не превышает 1500 кг/м3.
По назначению растворы делятся на кладочные (предназначенные непосредственно для кладки кирпича, камня и печных блоков), отделочные (для отделки печей) и специальные.
Марки строительных растворов по прочности и подвижности
Как кирпич, цемент и другие , применяемые в строительстве, растворы различаются маркой. Она определяется в зависимости от способности раствора выдерживать нагрузку на сжатие. Существуют следующие марки строительных растворов для кладки: 0, 2, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200. Для возведения летнего душа и туалета подходят растворы только марок 150 и 200. Показатель марки строительных растворов по прочности устанавливается опытным путем при испытании кубика из него размером 70 X 70 мм на 25-й день при температуре около 20°С. Для этого пробы необходимо брать на разных этапах замеса (в начале, середине и конце).
Для равномерного заполнения вертикальных и горизонтальных швов кладочным раствором необходимо, чтобы он был достаточно подвижным и мог удерживать влагу. Понятно, что эти свойства зависят от характеристик и соотношения составляющих. Для различных работ применяют различные марки строительных растворов по подвижности: ее можно измерить глубиной погружения в раствор конуса-эталона, обладающего определенными параметрами. Чем глубже погружение конуса, тем более подвижным считается раствор. Кладочный раствор обладает подвижностью 9-13 см для обыкновенного глиняного кирпича, 7-8 см - для пустотелого кирпича, 13-15 см - для бутовой кладки и 5-7 см - для оштукатуривания.
Состав известкового раствора для строительства
Такой раствор готовят из известкового теста (1 часть), полученного из извести и воды, и речного песка (2-4 части). В известковое тесто при постоянном помешивании всыпать песок. Все хорошо перемешать до получения массы однородной консистенции. В том случае, если раствор липнет к лопатке, то это означает, что он слишком жирный.
Снизить степень жирности можно, введя добавочное количество песка. Если же полученный раствор невозможно удержать на лопатке при зачерпывании, то добавляют известь. Известковый раствор используют для и и внутренних штукатурных работ, поскольку это раствор низкой марки. В работе он не создает проблем, поскольку характеризуется удобством в укладывании и хорошей адгезией.
Цементный раствор: состав, свойства и приготовление
Цементные растворы благодаря своему составу и свойствам являются наиболее прочными, они способны затвердевать как на воздухе, так и при повышенной влажности и даже в воде. Начало схватывания цементных растворов начинается примерно через 30-40 минут, а окончательное затвердевание происходит через 10-12 часов. Благодаря высоким прочностным свойствам цементных растворов и их влагостойкости эти материалы используются для строительства капитальных стен, кладки фундамента, возведения элементов уличных построек, чаще всего располагающихся в условиях повышенной влажности или в зоне ее сильных перепадов.
При кладке фундамента на влажном грунте и возведении стен летнего душа рекомендуется применять смешанные цементные растворы. Они чаще всего состоят из двух вяжущих элементов и заполнителя. Примером такого раствора может быть смесь цемента, известкового теста и песка. При застывании подобный раствор обладает высокой прочностью и влагостойкостью. Для его приготовления понадобится 1 часть цемента, 2 части известкового теста и от 6 до 12 частей песка.
Для приготовления стандартного цементного раствора необходимо взять цемент (1 часть), речной песок (2-5 частей) и воду. Ингредиенты необходимо соединить, а затем тщательно перемешать. Полученный таким образом раствор следует использовать по назначению в течение часа. Если необходимо получить особенно пластичную массу, то рекомендуется уменьшить количество песка до 2-3 частей.
Цементный раствор используют для кладки стен в зимних условиях методом замораживания, возведения стен, толщина которых не превышает 25 см, и фундаментов. Кроме того, цементный раствор рекомендуется применять для возведения стен при облегченной кирпичной кладке и стен в помещениях с высоким уровнем влажности.
Для получения цементного раствора цемент и песок необходимо смешать в сухом виде, после чего затворить водой.
Цементно-известковый и глиняный растворы: состав, применение и как приготовить
В состав цементно-известкового раствора входит цемент (1 часть), речной песок (6-8 частей) и известковое тесто (2 части). Для его приготовления сначала необходимо соединить и перемешать песок и цемент, затем в полученную смесь добавить известковое тесто и снова все тщательно перемешать до получения вязкой массы однородной консистенции. Применение сложного цементно-известкового раствора рекомендовано использовать при строительных работах в нормальных условиях, в основном он подходит для оштукатуривания дворового туалета.
В состав известково-глиняного раствора входит глиняное тесто (1 часть) и известковое тесто (0,4 части), а также речной песок (4-5 частей). Известковое тесто необходимо смешать с глиняным, а затем в полученную смесь при постоянном помешивании добавить сухой песок. После этого следует все перемешать и использовать раствор по назначению.
По сравнению с цементно-известковым цементно-глиняный раствор считается более прочным и быстро схватывающимся. Кроме того, его легко транспортировать, так как он не расслаивается при тряске.
Цементно-глиняный раствор можно применять при работе в зимних условиях, так как глина удерживает влагу, которая при размораживании повышает прочность раствора. Глина должна иметь тонкомолотую структуру. Добавлять ее следует в равном соотношении с цементом.
Как приготовить глиняный расвор для строительства легких сооружений? Для приготовления известково-гипсо-глиняного раствора понадобятся гипс (1 часть), глиноизвестковый состав (3-4 части) и вода. Большую и глубокую посуду следует наполнить водой, затем всыпать туда гипс и быстро перемешать, затем добавить глино-гипсовую смесь. После этого все следует тщательно перемешать до получения однородной массы без комков.
Известково-гипсовый раствор обладает более высокими прочностными характеристиками, чем известковый.
В зависимости от вида работ потребуется разное количество раствора.
Растворами называются гомогенные системы, содержащие не менее двух веществ. Могут существовать растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидких растворителях, а также однородные смеси (растворы) твердых, жидких и газообразных веществ. Как правило, вещество, взятое в избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем , а компонент, взятый в недостатке – растворенным веществом .
В зависимости от агрегатного состояния растворителя различают газообразные , жидкие и твердые растворы.
Газообразными растворами являются воздух и другие смеси газов.
К жидким растворам относят гомогенные смеси газов, жидкостей и твердых тел с жидкостями.
Твердыми растворами являются многие сплавы, например, металлов друг с другом, стёкла. Наибольшее значение имеют жидкие смеси, в которых растворителем является жидкость. Наиболее распространенным растворителем из неорганических веществ, конечно же, является вода. Из органических веществ в качестве растворителей используют метанол, этанол, диэтиловый эфир, ацетон, бензол, четыреххлористый углерод и др.
В процессе растворения частицы (ионы или молекулы) растворяемого вещества под действием хаотически движущихся частиц растворителя переходят в раствор, образуя в результате беспорядочного движения частиц качественно новую однородную систему. Способность к образованию растворов выражена у разных веществ в различной степени. Одни вещества способны смешиваться друг с другом в любых количествах (вода и спирт), другие – в ограниченных (хлорид натрия и вода).
Сущность процесса образования раствора можно показать на примере растворения твердого вещества в жидкости. С точки зрения молекулярно-кинетической теории растворение протекает следующим образом: при внесении в растворитель какого-либо твердого вещества, например, поваренной соли, частицы ионов Na + и Cl – , находящиеся на поверхности, в результате колебательного движения, увеличивающегося при соударении с частицами растворителя, могут отрываться и переходить в растворитель. Этот процесс распространяется на следующие слои частиц, которые обнажаются в кристалле после удаления поверхностного слоя. Так постепенно частицы, образующие кристалл (ионы или молекулы), переходят в раствор. На рис дана наглядная схема разрушения ионной кристаллической решетки NaС l при растворении в воде, состоящей из полярных молекул.
Частицы, перешедшие в раствор, вследствие диффузии распределяются по всему объему растворителя. С другой стороны, по мере увеличения концентрации частицы (ионы, молекулы), находящиеся в непрерывном движении, при столкновении с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества могут задерживаться на ней, т.е. растворение всегда сопровождается обратным явлением – кристаллизацией . Может наступить такой момент, когда одновременно выделяется из раствора столько же частиц (ионов, молекул), сколько их переходит в раствор – наступает равновесие.
По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор или удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные , ненасыщенные и пересыщенные . По относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные .
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным , а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, – ненасыщенным .
Насыщенный раствор содержит максимально возможное (для данных условий) количество растворенного вещества. Следовательно, насыщенным раствором является такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворенного вещества. Концентрация насыщенного раствора (растворимость) для данного вещества при строго определенных условиях (температура, растворитель) – величина постоянная.
Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным . Пересыщенные растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблюдается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.
Насыщенный и ненасыщенный растворы нельзя путать с разбавленным и концентрированным. Разбавленные растворы – растворы с небольшим содержанием растворенного вещества; концентрированные растворы – растворы с большим содержанием растворенного вещества. Необходимо подчеркнуть, что понятие разбавленный и концентрированный растворы являются относительными, выражающими только соотношение количеств растворенного вещества и растворителя в растворе.
Сравнивая растворимость различных веществ, мы видим, что насыщенные растворы малорастворимых веществ являются разбавленными, а хорошо растворимых веществ – хотя и ненасыщенные, но довольно концентрированными.
В зависимости от того, электронейтральными или заряженными частицами являются компоненты раствора, их подразделяют на молекулярные (растворы неэлектролитов) и ионные (растворы электролитов). Одна из характерных особенностей растворов электролитов заключается в том, что они проводят электрический ток.
Некоторые лекарственные средства пользуются особенной популярностью среди пациентов и врачей. Многие из них можно легко приобрести в свободном доступе без рецепта и использовать без консультации со специалистом. Как раз к таким препаратам относится раствор хлорида натрия, известный также как физиологический раствор. Это средство широко применяется для наружного и внутреннего применения, а также для внутривенного введения. Давайте поговорим о том, что собой представляет физиологический раствор, приготовление его обсудим, применение и состав чуть более подробно.
Что такое физиологический раствор, состав его какой?
Физиологический раствор представляет собой не что иное, как водный раствор соли – натрия хлорида. В промышленных фармакологических условиях для его приготовления используют дистиллированную воду, несколько разновидностей солей, а также глюкозу и некоторое количество углекислого газа, позволяющего избежать осадка.
Домашний вариант физиологического раствора в большей части случаев готовится из воды и поваренной соли. Такой раствор годится в основном для наружного применения.
Где требуется физиологический раствор, применение его какое?
Медики применяют раствор для проведения реанимационных мероприятий. Ним разводят самые разные медикаменты, а также используют для хранения глазных линз.
Физиологический раствор вводят большей частью в форме капельниц, также его могут применять в составе клизм. Основным показанием к капельному введению считают обезвоживание, интоксикацию, токсикоз беременных, чрезмерную отечность и кровопотерю. В серьезных ситуациях физиологический раствор вполне способен стать заменителем крови.
Физраствор – это отличная основа для разведения различных медикаментов, как для капельниц, так и для инъекций внутримышечного и подкожного типа. Также на его основе готовят ингаляции. При использовании физиологического раствора для разведения медикаментов, он позволяет достичь нужной концентрации препарата и уменьшить болезненность такой процедуры.
Еще медики частенько применяют физиологический раствор для пропитки повязок, которые накладывают на гнойные раны для улучшенного оттока гноя.
Физиологический раствор применение в домашних условиях
Домашний физиологический раствор поваренной соли может использоваться для внутреннего потребления. Его можно пить для устранения последствий теплового удара, отравлений и обезвоживания.
Такое средство отлично подходит для при ринитах самого разного типа (в том числе и аллергического). Физиологический раствор замечательно разжижает содержимое носа, облегчает носовое дыхание и смягчает слизистые. Его можно применять при гайморите.
Данное лекарственное средство отлично подходит для промывания глаз, такие процедуры помогут пациентам с воспалительными процессами (к примеру, с конъюнктивитом) и аллергией. В нем можно еще и хранить контактные линзы.
Физиологический раствор часто советуют применять для проведения ингаляций с небулайзером. Такое средство может применяться для разведения лекарств, а при аллергии его рекомендуют применять в чистом виде. При таких процедурах физиологический раствор замечательно разжижает мокроту и снимает раздражение.
Также в домашних условиях можно использовать такое нехитрое лекарство для промывания ранок, если под рукой нет прочих антисептиков.
Приготовление физиологического раствора
Аптечный физиологический раствор изготавливается на основе дистиллированной воды. Но чтобы совершать промывания и ингаляции, можно сделать такое средство и своими силами. В основе домашнего физиологического раствора должна находиться кипяченая вода (если вы используете бутылированную воду, можете ее не кипятить).
Лучше всего подогреть воду до тридцати семи-сорока градусов. Растворите в литре воды девять грамм соли – при отсутствии точных весов используйте чайную ложечку поваренной соли (с горкой). Отдайте предпочтение белой очищенной соли, всыпьте ее в подогретую воду и перемешивайте до тех пор, пока соль полностью не растворится. Если в жидкости просматривается примесь и/или осадок, профильтруйте ее.
Такой домашний физиологический раствор можно хранить недолго – не более суток.
Физиологический раствор в народной медицине
Если вы собираетесь использовать физиологический раствор для промывания носа, добавьте к нему капельку йода. Так его уникальные антисептические качества будут более выраженными. Такое средство можно просто влить в пустой чистый флакончик со спринцовкой и брызгать в нос по необходимости. Также можно втягивать раствор носом. Маленьким детям физиологический раствор советуют использовать для впрыскиваний и закапываний, ведь промывание у малышей может стать причиной отита.
Домашний физраствор может использоваться для смягчения и растворения корочек в носовых ходах у новорожденных деток. Его закапывают буквально по одной-две капельки, а спустя некоторое время проводят очистку носа ватными жгутиками.
Домашний физиологический раствор может использоваться и для профилактики и для лечения обезвоживания у детей и взрослых. Такое средство будет полезно при активной потере жидкости организмом – во время поноса, рвоты, высокой температуры и пр. Для коррекции обезвоживания в воде нужно развести не только соль, но и сахар. На литр воды используйте по чайной ложечке соли и сахара.
Физиологический раствор, приготовленный в домашних условиях, может стать неплохим подспорьем в лечении и профилактике многих патологических состояний.
Что представляют собой твердые растворы замещения и внедрения? Приведите примеры.
Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).
Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.
Существуют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.
При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного компонента B размещаются между атомами растворителя A в его кристаллической решетке. При образовании твердых растворов замещения атомы растворенного компонента B замещают часть атомов растворителя (компонент A) в его кристаллической решетке.
Поскольку размеры растворенных атомов отличаются от размеров атомов растворителя, то образование твердого раствора сопровождается искажением кристаллической решетки растворителя.
а – атом растворенного компонента больше атома растворителя
б – атом растворенного компонента меньше атома растворителя
Твердые растворы замещения могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью. В твердых растворах с ограниченной растворимостью концентрация растворенного компонента возможна до определенных пределов.
В твердых растворах с неограниченной растворимостью возможна любая концентрация растворенного компонента (от 0 до 100%). Твердые растворы с неограниченной растворимостью образуются при соблюдении следующих условий: 1) у компонентов должны быть однотипные кристаллические решетки; 2) различие в атомных радиусах компонентов не должно превышать для сплавов на основе железа 9%, а для сплавов на основе меди 15%; 3) компоненты должны обладать близостью физико-химических свойств. Однако соблюдение этих свойств не всегда приводит к образованию твердых растворов замещения с неограниченной растворимостью. На практике, как правило, образуются твердые растворы с ограниченной растворимостью.
Твердые растворы внедрения могут быть только с ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.
Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью на основе компонентов: Ag и Au, Ni и Cu, Mo и W, V и Ti, и т.д.
Твердые растворы замещения с ограниченной растворимостью на основе компонентов: Al и Cu, Cu и Zn, и т.д.
Твердые растворы внедрения: при растворении в металлах неметаллических элементов, как углерод, бор, азот и кислород. Например: Fe и С.
Как и почему при холодной пластической деформации изменяются свойства металлов?
Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.
Форма заготовки при обработке давлением изменяется под действием внешних сил вследствие пластической деформации каждого кристаллита в соответствии со схемой главных деформаций. Основное изменение формы кристаллитов состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации растяжения (например, в направлении прокатки или волочения). С повышением степени холодной деформации зерна все более вытягиваются и структура становится волокнистой.
Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.
С увеличением степени холодной деформации показатели сопротивления деформированию (временное сопротивление, предел текучести и твердости) возрастают, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) падают.
Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,8% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).
При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллизации сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчивается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раствора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.
При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при температурах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристаллизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР4,3->Л[А2,14+Ц6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.
Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических – аустенит + ледебурит, эвтектических – ледебурит и заэвтектических – цементит (первичный) + ледебурит.
Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.
Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.
Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.
В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А0,8->П[Ф0,03+Ц6,67].
Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.
Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит + цементит третичный и называются техническим железом.
Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.
В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8% (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).
Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:
C = K + 1 – Ф,
где С – число степеней свободы системы;
К – число компонентов, образующих систему;
1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);
Ф – число фаз, находящихся в равновесии.
Сплав железа с углеродом, содержащий 0,8%С, называется эвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре – перлит.
С помощью диаграммы состояния железо-карбид железа и графика зависимости твердости от температуры отпуска назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) изделий из стали 50, которые должны иметь твердость 230…250 НВ. Опишите микроструктуру и свойства стали 50 после термической обработки.
Критические точки для Ст50: АС1=725ºС, АС3=760ºС.
При нагреве до 700ºС в стали 50 не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Такая закалка называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость. При температуре нагрева структура – аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической происходит мартенситное превращение: γ->М. В результате получаем структуру феррит + мартенсит.
Оптимальный режим нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей (%С<0,8%) составляет АС3+(30÷50º), т.е. для Ст50 – 800-820ºС. При этом после закалки имеем мелкое зерно, обеспечивающее наилучшие механические свойства стали 50.
Нагрев и выдержка стали 50 выше температуры 820ºС перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки. Крупнозернистая структура вызывает повышенную хрупкость стали.
Для обеспечения скорости охлаждения выше критической в качестве среды охлаждения выбираем воду. Структура стали 50 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
Отпуском называется нагрев стали до температуры ниже Ас1, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скорость (обычно на воздухе). Отпуск является конечной операцией термической обработки, проводится после закалки для уменьшения внутренних напряжений и получения более равновесной структуры. Напряжения в закаленных изделиях снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.
Для получения твердости 230…250 НВ при диаметре заготовки 20 мм отпуск стали 50 необходимо проводить при температуре 500ºС. Среда охлаждения – вода. При высокотемпературном отпуске образуется структура, которая называется сорбит отпуска. Сорбит отпуска состоит из ферритной основы, пронизанной частицами цементита.
Свойства стали 50 после термической обработки: σт=680-780 МПа, σв=870-970 МПа, δ=13-11%, ψ=61-57%, ан=120-80, НВ=230-250.
Сталь 40 подверглась закалке от температур 760 и 840 ºС. Используя диаграмму состояния железо-цементит, укажите выбранные температуры нагрева и опишите превращения, которые произошли при двух режимах закалки. Какому режиму следует отдать предпочтение и почему?
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.
Рисунок 5 – Фрагмент диаграммы железо-углерод
Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где были пластинки цементита, аустенит богаче углеродом, а где пластинки феррита – беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше критической точки Ас3 (на 30-50°С) и выдерживают некоторое время при этой температуре. Процесс аустенизации идет тем быстрее, чем выше превышение фактической температуры нагрева под закалку относительно температуры Ас3. Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали 40 под полную закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
Если нагреть выше этой температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой и чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры. Крупнозернистая структура ухудшает механические свойства стали.
Поэтому следует отдать предпочтение закалке от температуры 840 ºС.
Загрузка...