Винтовая свая

Зміст

1. Аналіз умов експлуатації та головні технологічні вимоги до деталей …………………………………………………………………………..................2

2. Вибір  марки сталі для виготовлення деталі……………………………….4

2.1. Вплив легуючих елементів на властивості сталі………………………….. 5

3. Вибір технології термічного зміцненення деталей………………………….6

4. Контроль якості термічно зміцнених деталей………………………………10

 Список використаної  літератури……………………………………………….11

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аналіз умов експлуатації та головні технічні вимоги до деталей.

     З кожним роком виникають нові деталі, матеріали, технології виробництва, завдяки яким вдосконалюється будівельне виробництво. Однією з таких деталей є будівельна або гвинтова свая. Гвинтові сваї дозволяють здійснювати всі роботи по зведенню фундамента дуже швидко та економічно вигідно. При будівництві до 40% від загальних затрат йдуть на зведення фундаменту. Якщо скористатися фундаментом на гвинтових сваях ці затрати зменшаться як мінімум в 3 рази.

     Гвинтова свая - це труба з привареною лопастю (резьбой). Таким чином, свая являє собою ніби гигантський шуруп. Лопасть різної ширини. Вход в грунт, завдяки такій конструкції, відбувається з найменшим спротивом, завдяки цьому, при завинчиванні сваї в грунт відбувається її ущільнення, грунт ущільнюється, отже, отримується опорна здатність данної сваї. Внаслідок цього, гвинтова свая володіє високими міцностними та несучіми характеристиками, та може витримувати навантаження до 9 т в залежності від діаметра труби. Гвинтові сваї вкручуються в землю вручну чи механічно.

     Будівельна свая виготовляється з низьковуглецевих низьколегованих будівельних сталей для будівель які експлуатуються при середніх температурах.

     Будівельну сваю отримують методом горячого прошивання. Цей метод полягає в отриманні  труби зі сплошної заготівки методом горячої прошивки та пресування за один робочий цикл пресса та включає нагрів заготівки, нанесення смазки, послідовні операції прошивки заготівки, пресуванняя труби та відділення труби від прес-залишку.

 

 

 

Рисунок 1.1 - Схема будівельної сваї.

Товщина стінки сваї складає 25 мм, внутрішній діаметр 150 мм, довжина 160 см.

 

В процессі експлуатації будівельні сваї піддаються:

  а) дії  статичних навантажень;

  б) весь  об'єм деталі сприймає головні експлуатаційні навантаження і таким чином визначає працездатність деталі в цілому;

  в) деталь  схильна до грунтової корозії

 

Основні вимоги до властивостей деталей:

- Технологічні (можливість горячої деформації за низьких температур);

- Механічні (висока міцність та підвищенна пластичність);

- Фізико- хімічні (корозійні);

- Після ГПД властивості листового прокату в напрямку товщини листа (z- напрямок) є нижчими в порівнянні з іншими напрямками , треба забезпечити низьку флокеночутливість прокату.

 

 

2. Вибір  марки сталі для виготовлення деталі

     Основним матеріалом будівельних свай являються будівельні сталі, тому що вони на відмінну від інших матеріалів найбільше забезпечують підвищену міцність та зварюваність. На відміну від вуглецевих сталей вони мають більш високий рівень міцностних властивостей, підвищену пластичність та низький поріг хладноломкості.

     Будівельні сталі- це низьковуглецеві сталі, в яких збільшення міцності відбувається шляхом легуванням та термічної обробки. При низькому вмісті вуглецю межа течії зростає до 300- 350 МПа, а при використанні термічної обробки ще вище.

 

     Виходячи з вимог до будівельних свай (розділ 1) найбільш розповсюдженими сталями будуть наступні: 14Г2, 15ХСНД, 09Г2С.

 

     Таблиця 2.1 - Механічні та технологічні властивості сталей [2].

Марка сталі	σ02, Н/мм2	σВ, Н/мм2	δ, %	Твердість HВ	Схильність до відпускної крихкості	Флокеночутливість
14Г2	325	450	21	200- 390	Мало схильна	Не чутлива
15ХСНД	345	490	21	220- 425	Мало схильна	Чутлива
09Г2С	325	470	21	210- 400	Мало схильна	Не чутлива

    

     Порівняв  механічні та технологічні властивості сталей (табл.2.1) та виходячи з того, що всі вони мають приблизно однакову прогартованність обираємо сталь 15ХСНД, тому що вона забезпечує отримання найбільш сприятливої комбінації необхідних властивостей: механічних, технологічних, корозійних. На відміну від сталей 14Г2 та 09Г2С вона має більш високі значення міцностних характеристик та стійка до корозії.

 

      Таблиця 2.2 - Хімічний склад в % сталі 15ХСНД  [2].

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Аs	N	Cu
0,12- 0,18	0,40 – 0,70	0,40 – 0,70	0,30 – 0,60	≤0,040	≤0,035	0,60 – 0,90	≤0,08	≤0,08	0,20 – 0,40

 

 

Температура критичних точок сталі 15ХСНД  

Ac1 = 710- 750 °С,      Ac3(Acm) = 870- 900 °С

 

 

Прогартованість сталі 15ХСНД

Термічна обробка	Критична твердість HRC	Критичний діаметр, мм, після гартування
Гартування  з 900 °С	36- 48	30 (вода)
	24-35	30 (мастило)

 

 

3.2 Вплив легуючих елементів на властивості сталі

     Легуючі елементи розчинюючись в фериті, зміцнюють його (Si). Такі елементи як Cr, Ni, Si підвищують стабільність переохолодженого аустеніту та забезпечують отримання дисперсної ферито- карбідної суміші.

     Нікель зменшує поріг хладноломкості.

     Хром підвищує міцність та надає сталі особливі властивості, тому його використовують для легування сталі різних класів та призначень.

     Мідь підвищує корозійну стійкість сталі.

 

 

3. Вибір технології термічного зміцненення деталей

    

      Конструкція  будівельних свай є дуже відповідальною, вона має гарантувати безпеку  всієї споруди, тому необхідним є проведення термічної обробки, яка б з одного боку унеможливлювала утворення флокенів (сталь 15ХСНД відноситься до другої групи за флокеночутливістю), а з іншого боку сприяла отриманню необхідних експлуатаційних властивостей.

Технологічний процес складається з двох етапів:

1. Попередня термічна обробка прокату;

2. Завершальна термічна  обробка.

 

1.  Попередня   термічна   обробка прокату (Протифлокенева термічна обробка)

     Метою протифлокеневої термічної обробки є попередження водневого скрихчування, попередження запобігання флокенів.

     Водневе скрихчування- явище зниження пластичності (особливо відносного подовженя) в z- напрямку. Ступінь скрихчення зменшується протягом витримки при температурі оточуючого середовища.

     Флокени- дефекти макроструктури у вигляді тріщин розташованих паралельно поверхні металовиробів.

     Для боротьби з негативним впливом водню на властивості металу після ГПД треба проводити ізотермічну витримку при субкритичних температурах.

 

 

2. Завершальна термічна обробка

     Можливими  варіантами безпосереднього зміцнення  будівельних свай є термічне поліпшення або нормалізація [4].

     При  нормалізації сталь нагрівають  до температур на 30- 50 °С вище лінії GSE та охолоджують на повітрі. Більш швидке охолодження обумовлює більше переохолодження аустеніту. Тому при нормалізації отримують більш тонке строение евтектоїда (тонкий перліт чи сорбіт) та більш дрібне евтектоїдне зерно. Окрім цього, частково подавляется виділення надлишкової фази. Нормалізація невзмозі забезпечити поєднання високих значень експлуатаційних характеристик та отримання значної кількості перлітної складової.

      Для зміцнення будівельних свай будемо проводити термічне поліпшення, яке полягає в проведенні операцій гартування та високого відпуску. Після такої обробки сталь набуває кращого поєднання міцності та в'язкості порівняно з відпалом та нормалізацією. Таку обробку призначають для відповідальних деталей, які працюють при високих навантаженнях.

 

     Гартуванням називається термічна операція, яка полягає в нагріві сталі вище критичної точки (Ас₃ чи Ас₁ ) з наступним охолодженням зі швидкістю вище критичної з метою отримання мартенситної структури.

     Сталь підвергають гартуванню для збільшення твердості, міцності та ізносостійкості. Температура нагріва під гартування визначає значний вплив на мікроструктуру та твердість сталі. Вибір оптимальної температури гартування залежить від хімічного складу сталі та в першу чергу від вмісту в ней вуглецю.

Доевтектоідні сталі нагрівають до температур на 30...50 ºС вище точки Ас₃ . В цьому випадку сталь з початковою структурою перліт та ферит при нагріві отримує аустенітну структуру, яка при охолоджені зі швидкістю вище критичної перетворюється в мартенсит.

          Такій режим нагріва являється оптимальним, тому що після гартування отримаємо структуру мелкоігольчатого мартенсита, який має максимальну твердість. Нагрів доевтектоідної сталі значно вище Ас₃ призводить до перегріву, а при охолодженні отримується крупноігольчатий мартенсит та підвищується крихкість. Гартування цих сталей від температур межкритичного інтервалу (між Ac₁ — Асз) зазвичай не застосоаують, тому що після гартування отримують структуру мартенсита та ферита, а, відповідно, більш нижчу твердість та міцність.

Гартування не є завершальною операцією термічної обрабки. Щоб зменшити крихкість та напруження, викликанні гартуванням та отримати потрібні механічні властивості, сталь після гартування обов 'язково підвергають відпуску.

        Для будівельної сваї будемо проводити безперервне охолодження, яке полягає в безперервному охолодженні деталі в одному гартувальному середовищу, яким є вода, тому що вона забезпечує найбільшу критичну твердість.

 

Відпуском називається операція термічної обрабки, яка полягає в нагріві загартованої сталі до температур нижче Ас₁ ,витримці при заданій температурі та послідуючого охолодження. Механічні властивості сталі залежать від температури відпуска. Чим вища температура, тим нижче міцності характеристики сталі та вище її пластичність. Відпуск  є завершальною операцією термічної обрабки, в результаті якої сталь отримує потрібні механічні властивості. Окрім того, відпуск повністю чи частково усуває внутрішні напруження, які виникають при гартуванні. Ці напруження знимаються тим повніш, чим вище температура відпуска.

Високотпмпературний (високий) відпуск проводять при нагріві до 450-650 °С.  При цьому зникають гартувальні макронапруження, мартенсит гартування перетворюється на сорбіт відпуску.

 

4. Контроль якості термічно зміцнених деталей.

     Випробування на статичне розтягнення при нормальній температурі проводять в згідно з ГОСТ 1497- 73 та ГОСТ 10006-80. ГОСТ 10006-80 розповсюджується на металічні безшовні труби з товщиною стінки не менш 0,2 мм. Для випробування труб на розтягнення застосовують два види зразків: продольні та поперечні. Вид зразка вказується в стандартах чи технічних умовах на труби. Виготовляють зразки по ГОСТ 1497- 73.

     Твердість визначають по ГОСТ 9012- 59 (по Бринелю), ГОСТ 9013- 59 (по Роквелу)  та ГОСТ 2999- 75 (по Вікерсу). Виміри твердості здійснюють при кімнатній температурі. При необхідності замірів тонких поверхневих слоїв та покритів на трубах твердість визначають згідно ГОСТ 2999- 75. Припускається проводити контроль твердості неруйнівними методами.

     Контроль макроструктури труб, постачаємих по ГОСТ 801-78, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 550-75, ГОСТ 21729-76 и ТУ 14-3-460-75, проводять на протравлених кольцевих поперечних зразках чи на ізломах по ГОСТ 10243-75. В макроструктурі готових труб не повинно бути тріщин, флокенів, усадкової рихлості, пузирів, перелогів, сторонніх включень, видимих неозброїним оком.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаної літератури:

1. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник. Том 3. Ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. – М.: Металлургия, 1983. – 216 с.