Способ закалки стали

Закалка стали

Закалка стали – термическая обработка, включающая в себя нагрев, выдержку и охлаждение. Процесс направлен на улучшение механических характеристик стали, металлов и сплавов.

Закалка – вид термической обработки, состоящий из основных операций – нагрева до определенной температуры, выдержки, быстрого охлаждения. Он применяется в сочетании с другой разновидностью термообработки – отпуском. Эта технология позволяет улучшить механические характеристики недорогих марок стали, цветных металлов и сплавов, за счет чего снижается себестоимость получаемых изделий и конструкций.

Общие сведения о технологии закалки стали

Основные цели, решаемые комплексом закалка + отпуск:

  • повышение твердости;
  • повышение прочностных характеристик;
  • снижение пластичности до допустимой величины;
  • возможность использования пустотелых изделий вместо полнотелых, что позволяет снизить массу металлоизделия и металлоемкость производственного процесса.

Основные этапы закалки:

  • нагрев до температур, при которых осуществляется изменение структурного состояния металла;
  • выдержка, установленная в технологической карте;
  • охлаждение со скоростью, обеспечивающей формирование заданной кристаллической структуры.

После закалки проводят отпуск, который заключается в нагреве металла до температур, лежащих ниже линии фазовых превращений, с дальнейшим медленным понижением температуры. На результат термообработки влияют:

  • температура нагрева;
  • скорость роста температуры;
  • период выдержки при закалочных температурах;
  • охлаждающая среда и скорость снижения температуры.

Ключевым параметром является температура нагрева, от которой зависит перестройка и формирование новой структурной решетки. По глубине действия закалку разделяют на объемную и поверхностную. В машиностроении обычно используется объемная закалка, после которой твердость поверхности и сердцевины отличается незначительно. Поверхностная термообработка востребована для деталей, для которых важна высокая твердость поверхности и вязкая сердцевина.

Какие стали подвергают закалке

Не все марки сталей могут подвергаться закалке. Марки с содержанием углерода ниже 0,4% практически не изменяют твердость при закалочных температурах, поэтому этот способ для них не применяется. Закалочную технологию чаще всего применяют для инструментальных сталей.

Таблица правильных режимов закалки и отпуска для некоторых типов инструментальных сталей

Марка стали Температура закалки стали Среда охлаждения после закалочного нагрева Температура отпуска Среда охлаждения после отпуска
У7 800°C вода 170°C вода, масло
У7А 800°C вода 170°C вода, масло
У8, У8А 800°C вода 170°C вода, масло
У10, У10А 790°C вода 180°C вода, масло
У11, У12 780°C вода 180°C вода, масло
Р9 1250°C масло 580°C воздух в печи
Р18 1250°C масло 580°C воздух в печи
ШХ6 810°C масло 200°C воздух
ШХ15 845°C масло 400°C воздух
9ХС 860°C масло 170°C воздух

Виды закалки – с полиморфным превращением и без него

Закалка сталей протекает с полиморфным превращением, цветных металлов и сплавов – без них.

Закалка сталей с полиморфным превращением

В углеродистых сталях при повышении температур выше определенного уровня происходит ряд фазовых превращений, вызывающих изменения кристаллической решетки. При критических температурах, значение которых зависит от процентного содержания углерода, происходит распад карбида железа и образование раствора углерода в железе, называемого аустенитом. При медленном остывании аустенит постепенно распадается, и кристаллическая решетка приобретает исходное состояние. Если углеродистые стали охлаждать с высокой скоростью, то в зависимости от режима закалки в них образуются различные фазовые состояния, самый прочный из них – мартенсит.

Для получения мартенситной структуры доэвтектоидные стали(до 0,8% C) нагревают до температур, лежащих выше точки Ас3 на 30-50°C, для заэвтектоидных – на 30-50° выше Ас1.По такой технологии закаливают металлорежущий инструмент и упрочняют изделия, которые в процессе эксплуатации подвергаются трению: шестерни, валы, обоймы, втулки. При нагреве до более низких температур в структуре доэвтектоидных сталей наряду с мартенситом сохраняется более мягкий феррит, снижающий твердость металла и ухудшающий его механические характеристики после отпуска. Такая закалка стали называется неполной и в большинстве случаев является браком. Но она может использоваться в некоторых случаях во избежание появления трещин.

Закалка без полиморфного превращения

Закалка без полиморфного превращения протекает в цветных металлах и сплавах, имеющих ограниченную растворимость вторичных фаз при обычных температурах, в которых при высоких температурах не происходят полиморфные превращения. При повышении температур выше линии солидус (это линия, ниже которой находится только твердая фаза) вторичные фазы полностью растворяются. При быстром охлаждении вторичные фазы не выделяются, поскольку для этого необходимо определенное время. После такой термообработки цветной сплав является термодинамически неустойчивым, поэтому со временем он начинает распадаться с постепенным выделением вторичной фазы. Такой процесс распада, происходящий в естественных условиях, называется естественным старением, а при нагреве – искусственным старением. В результате старения получают равновесную структуру. Характеристики материала зависят от выбранного режима процесса.

Закалка цветных металлов и сплавов, в отличие от углеродистых сталей, часто не приводит к повышению прочности. Сплавы на основе меди, например, после такой ТО часто становятся более пластичными. Для таких материалов обычно используют отпуск, благодаря которому снимаются напряжения после литья, прокатки, штамповки, ковки или прессования.

Способы закалки стали

Способ закалки выбирают в зависимости от химического состава стали и запланированных свойств.

Закаливание с охлаждением в одной среде

Скорость охлаждения стали после закалки зависит от среды, в которой оно проводится. Самую высокую скорость обеспечивает охлаждение в воде. Такой способ используется для среднеуглеродистых низколегированных сталей и некоторых марок коррозионностойких сталей. При содержании углерода более 0,5% C и высоком легировании воду в качестве охлаждающей среды не применяют, поскольку такие сплавы покрываются трещинами или полностью разрушаются.

Читайте также:
Устройство смесителя и его ремонт

Прерывистая закалка в двух охлаждающих средах

Ступенчатую закалку применяют для деталей, изготовленных из сложнолегированных сталей. Крупногабаритные детали после нагрева на несколько минут окунают в воду, а затем охлаждают в масле до +320…300°C, после чего оставляют на воздухе. При охлаждении в масле до комнатных температур твердость изделия значительно снижается.

Изотермическая ТО

Закалка высокоуглеродистых марок – сложный процесс, состоящий из нормализации с последующим нагревом до температуры закалки. Нагретые детали опускают в ванну с селитрой, нагретой до температур +320…+350°C, выдерживают.

Светлая ТО

Такая термообработка применяется для высоколегированных сталей и заключается в их нагреве в среде инертных газов или в вакууме, что обеспечивает светлую поверхность металла. Светлая закалка используется в серийном производстве типовых изделий.

Термообработка с самоотпуском

При высокой скорости охлаждения внутри детали остается тепло, которое при постепенном выходе снимает напряжения внутренней структуры. Этот процесс можно доверить только специалистам, которые могут точно рассчитать время нахождения изделия в охлаждающей среде.

Струйная

Охлаждение осуществляют интенсивной струей воды. Такой процесс применяется при необходимости закаливания отдельных частей изделий.

Оборудование для проведения закалки

Оборудование разделяется на две основные группы – установки для нагрева и ванны для охлаждения. На современных предприятиях для получения закалочных температур используются:

  • муфельные термические печи;
  • оборудование для индукционного нагрева;
  • установки для нагрева в расплавах;
  • аппараты лазерного нагрева;
  • газоплазменные устройства.

Первые три типа установок востребованы для осуществления объемной закалки, три последние – для поверхностного процесса.

Закалочное оборудование – это стальные емкости, графитовые тигли, печи, в которых содержатся расплавленные металлы или соли. Закалочные ванны для жидких сред оборудованы системами обогрева и охлаждения. В их конструкции могут быть предусмотрены специальные мешалки для перемешивания жидких сред и устранения паровой рубашки.

Охлаждающие среды

Условия охлаждения стали после закалки выбирают в зависимости от химического состава обрабатываемого металла и требуемых характеристик конечного продукта. Это могут быть:

  • вода;
  • воздушная или струя или струя инертного газа;
  • минмасло;
  • водополимерные смеси;
  • расплавленные соли – бария, натрия, калия;
  • металлические расплавы – свинцовые или оловянные.

Технология закалочного процесса

Нагрев и выдержка

Температура нагрева стали при закалке зависит от ее химического состава. В общем случае наблюдается закономерность – чем меньше процентное содержание углерода, тем выше должна быть температура нагрева. Понижение температуры нагрева приводит к тому, что нужная структура не успевает сформироваться. Последствия перегрева:

  • обезуглероживание;
  • окисление поверхности;
  • увеличение внутреннего напряжения;
  • изменение структурных составляющих.

Изделия сложных форм предварительно подогревают. Для этого их два-три раза опускают на несколько минут в соляные ванны или держат короткое время в печах, нагретых до температур +400…500°C. Период выдержки определяется габаритами изделия и их количеством в печи. Все части изделия должны прогреваться равномерно.

Таблица температур закалки различных марок стали

Марка Температура, °C Марка Температура, °C
15Г 800 50Г2 805
65Г 815 40ХГ 870
15Х, 20Х 800 3Х13 1050
30Х, 35Х 850 35ХГС 870
40Х, 45Х 840 30ХГСА 900
50Х 830

Температуру нагрева измеряют с помощью пирометров – контактных и бесконтактных, инфракрасных приборов.

Охлаждение

Для охлаждения используется вода – чистая или с растворенными в ней солями, щелочные растворы. Для легированных сталей используется обдув или охлаждение в минмаслах. В изотермических и ступенчатых процессах для охлаждения используются расплавы солей, щелочей и металлов. Такие среды могут чередоваться между собой.

Отпуск

В зависимости от необходимой температуры отпуск осуществляется в масляных, щелочных или селитровых ваннах, печах с принудительной циркуляцией воздушных потоков, горячем песке.

Низкий отпуск, проводимый при +150…+200°C,служит для устранения внутренних напряжений, некоторого повышения пластичности и вязкости без существенного ухудшения твердости. Низкий отпуск востребован для измерительного и металлообрабатывающего инструмента, других деталей, которые должны сочетать твердость и устойчивость к износу.

Для быстрорежущих сталей отпуск осуществляют при температурах +550…580°C. Такую процедуру называют вторичным отвердением, поскольку она приводит к дополнительному росту твердости.

Возможные дефекты после закалки

Нагрев, выдержку, охлаждение и отпуск стали осуществляют в соответствии с технологическими картами, разработанными специалистами. Нарушение разработанного и утвержденного техпроцесса и/или неоднородность структуры заготовки могут стать причиной появления различных дефектов. Среди них:

  • Неравномерный нагрев и/или охлаждение. Приводят к деформациям и образованию трещин, неоднородному составу и неоднородным механическим характеристикам.
  • Пережог. Возникает из-за проникновения кислородных молекул в металлическую поверхность. В результате образуются оксиды, изменяющие рабочие характеристики поверхностного слоя. Этот дефект возникает из-за выгорания из стали углерода, вызванного избыточным количеством кислорода в печи.
  • Попадание в масляную охлаждающую ванну воды. Это нарушение техпроцесса приводит к появлению трещин на изделии.

Все перечисленные выше дефекты являются неисправимыми.

Закалка сталей

Закалка – это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем быстром охлаждении, со скоростью подавляющей распад аустенита на феррито-цементитную смесь и обеспечивающей структуру мартенсита.

Содержание

Мартенсит и мартенситное превращение в сталях

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе (α-Fe). Что такое аустенит, цементит, феррит и перлит читаем здесь. При нагреве эвтектоидной стали (0,8 % углерода) выше точки А1, исходная структура перлит превратится в аустенит. При этом в аустените растворится весь углерод, который имеется в стали, т. е. 0,8 %. Быстрое охлаждение со сверхкритической скоростью (см. рисунок ниже), например в воде (600 °С/сек), препятствует диффузии углерода из аустенита, но кристаллическая ГЦК решетка аустенита перестроится в тетрагональную решетку мартенсита. Данный процесс называется мартенситным превращением. Он характеризуется сдвиговым характером перестройки кристаллической решетки при такой скорости охлаждения, при которой диффузионные процессы становятся невозможны. Продуктом мартенситного превращения является мартенсит с искаженной тетрагональной решеткой. Степень тетрагональности зависит от содержания углерода в стали: чем его больше, тем больше степень тетрагональности. Мартенсит – это твердая и хрупкая структура стали. Находится в виде пластин, под микроскопом выглядит, как иглы.

Читайте также:
Что такое станция глубокой биологической очистки?

Температура закалки для большинства сталей определяется положением критических точек А1 и А3. На практике температуру закалки сталей определяют при помощи марочников сталей. Как выбрать температуру закалки стали с учетом точек Ас1 и Ас3 читаем по ссылке.

Микроструктура стали после закалки

Для большинства сталей после закалки характерна структура мартенсита и остаточного аустенита, причем количество последнего зависит от содержания углерода и качественного и количественного содержания легирующих элементов. Для конструкционных сталей среднего легирования количество остаточного аустенита может быть в пределах 3-5%. В инструментальных сталях это количество может достигать 20-30%.

Вообще, структура стали после закалки определяется конечными требованиями к механическим свойствам изделия. Наряду с мартенситом, после закалки в структуре может присутствовать феррит или цементит (в случае неполной закалки). При изотермической закалке стали ее структура может состоять из бейнита. Структура, конечные свойства и способы закалки стали рассмотрены ниже.

Частичная закалка стали

Частичной называется закалка, при которой скорости охлаждения не хватает для образования мартенсита и она оказывается ниже критической. Такая скорость охлаждения обозначена синей линией на рисунке. При частичной закалке как-бы происходит задевание “носа” С-кривой стали. При этом в структуре стали наряду с мартенситом будет присутствовать троостит в виде черных островковых включений.

Микроструктура стали с частичной закалкой выглядит примерно следующим образом

Частичная закалка является браком, который устраняется полной перекристаллизацией стали, например при нормализации или при повторном нагреве под закалку.

Неполная закалка сталей

Закалка от температур, лежащих в пределах между А1 и А3 (неполная закалка), сохраняет в структуре доэвтектоидных сталей наряду с мартенситом часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Это понятно, так как твердость феррита составляет 80НВ, а твердость мартенсита зависит от содержания углерода и может составлять более 60HRC. Поэтому данные стали обычно нагревают до температур на 30–50 °С выше А3 (полная закалка). В теории, неполная закалка сталей не допустима и является браком. На практике, в ряде случаев для избежания закалочных трещин, неполная закалка может использоваться. Очень часто это касается закалки токами высокой частоты. При такой закалке необходимо учитывать ее целесообразность: тип производства, годовую программу, тип ответственности изделия, экономическое обоснование. Для заэвтектоидных сталей закалка от температур выше А1, но ниже Асm дает в структуре избыточный цементит, что повышает твердость и износоустойчивость стали. Нагрев выше температуры Аcm ведет к снижению твердости из-за растворения избыточного цементита и увеличения остаточного аустенита. При этом происходит рост зерна аустенита, что также негативно сказывается на механических характеристиках стали.

Таким образом, оптимальной закалкой для доэвтектоидных сталей является закалка от температуры на 30–50 °С выше А3, а для заэвтектоидных – на 30–50 °С выше А1.

Скорость охлаждения также влияет на результат закалки. Оптимальной охлаждающей является среда, которая быстро охлаждает деталь в интервале температур минимальной устойчивости переохлажденного аустенита (в интервале носа с-кривой) и замедленно в интервале температур мартенситного превращения.

Стадии охлаждения при закалке

Наиболее распространенными закалочными средами являются вода различной температуры, полимерные растворы, растворы спиртов, масло, расплавленные соли. При закалке в этих средах различают несколько стадий охлаждения:

– пленочное охлаждение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка»;

– пузырьковое кипение, наступающее при полном разрушении этой паровой рубашки;

Более подробно про стадии охлаждения при закалке можно прочитать в статье “Характеристики закалочных масел”

Кроме жидких закалочных сред используется охлаждение в потоке газа разного давления. Это может быть азот (N2), гелий (Не) и даже воздух. Такие закалочные среды часто используются при вакуумной термообработке. Здесь нужно учитывать факт возможности получения мартенситной структуры – закаливаемость стали в определенной среде, т. е. химический состав стали от которого зависит положение с-кривой.

Факторы, влияющие на положение с-кривых:

– Углерод. Увеличение содержания углерода до 0,8% увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита, соответственно с-кривая сдвигается вправо. При увеличении содержания углерода более 0,8%, с-кривая сдвигается влево;

– Легирующие элементы. Все легирующие элементы в разной степени увеличивают устойчивость аустенита. Это не касается кобальта, он уменьшает устойчивость переохлажденного аустенита;

– Размер зерна и его гомогенность. Чем больше зерно и чем оно однороднее структура, тем выше устойчивость аустенита;

– Увеличение степени искажения кристаллической решетки снижает устойчивость переохлажденного аустенита.

Температура влияет на положение с-кривых через все указанные факторы.

Способы закалки сталей

На практике применяются различные способы охлаждения в зависимости от размеров деталей, их химического состава и требуемой структуры (схема ниже).

Читайте также:
Эустома белая: сорта с описанием, примеры в ландшафтном дизайне

Схема: Скорости охлаждения при разных способах закалки сталей

Непрерывная закалка стали

Непрерывная закалка (1) – способ охлаждения деталей в одной среде. Деталь после нагрева помещают в закалочную среду и оставляют в ней до полного охлаждения. Данная технология самая распространенная, широко применяется в условиях массового производства. Подходит практически для всех типов конструкционных сталей.

Закалка в двух средах

Закалка в двух средах (скорость 2 на рисунке) осуществляется в разных закалочных средах, с разными температурами . Сначала деталь охлаждают в интервале температур например 890–400 °С например в воде, а потом переносят в другую охлаждающую среду – масло. При этом мартенситное превращение будет происходить уже в масляной среде, что приведет к уменьшению поводок и короблений стали. Такой способ закалки используют при термообработке штампового инструмента. На практике часто используют противоположный технологический прием – сначала детали охлаждают в масле, а затем в воде. При этом мартенситное превращение происходит в масле, а в воду детали перемещают для более быстрого остывания. Таким образом экономится время на осуществление технологии закалки.

Ступенчатая закалка

При ступенчатой закалке (скорость 3) изделие охлаждают в закалочной среде, имеющей температуру более высокую, чем температура мартенситного превращения. Таким образом получается некая изотермическая выдержка перед началом превращения аустенита в мартенсит. Это обеспечивает равномерное распределение температуры по всему сечению детали. Затем следует окончательное охлаждение, во время которого и происходит превращение мартенситное превращение. Этот способ дает закалку с минимальными внутренними напряжениями. Изотермическую выдержку можно сделать чуть ниже температуры Мн, уже после начала мартенситного превращения (скорость 6). Такой способ более затруднителен с технологической точки зрения.

Изотермическая закалка сталей

Изотермическая закалка (скорость 4) делается для получения бейнитной структуры стали. Данная структура характеризуется отличным сочетание прочностных и пластических свойств. При изотермической закалке детали охлаждают в ванне с расплавами солей, которые имеют температуру на 50–150 °С выше мартенситной точки Мн, выдерживают при этой температуре до конца превращения аустенита в бейнит, а затем охлаждают на воздухе.

При закалке на бейнит возможно получение двух разных структур: верхнего и нижнего бейнита. Верхний бейнит имеет перистое строение. Он образуется в интервале 500-350°С и состоит из частиц феррита в форме реек толщиной

Зачем нужна и как проводится закалка стали?

Закалкой называют вид термической обработки металлов, который заключается в нагреве выше критической температуры с последующим резким охлаждением (обычно) в жидких средах. Критической называют температуру, при которой происходит изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществляется полиморфное превращение. Она определяется она по диаграмме «железо-углерод». фото

Свойства стали после закалки

После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.

Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части. Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».

Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.

Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.

Технология закалки

Режим закалки определяется температурой, временем выдержки, скоростью охлаждения, используемой охлаждающей средой.

Способы закалки стали:

  • в одном охладителе – применяется при работе с деталями несложной конфигурации из углеродистых и легированных сталей;
  • прерывистый в двух средах – востребован для обработки высокоуглеродистых марок, которые сначала остужают в быстро охлаждающей среде (воде), а затем в медленно охлаждающей (масле);
  • струйчатый – обычно востребован при частичной закалке изделия, осуществляется в установках ТВЧ и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды;
  • ступенчатый – процесс, при котором деталь остывает в закалочной среде, приобретая во всех точках сечения температуру закалочной ванны, окончательное охлаждение осуществляют медленно;
  • изотермический – похож на предыдущий вид закалки стали, отличается от него временем пребывания в закалочной среде.

Типы охлаждающих сред

От правильного выбора охлаждающей среды во многом зависит конечный результат процесса.

    Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для дальнейшей обработки, применяется в основном вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура +30°C.

Внимание! Использовать этот способ охлаждения для деталей сложной конфигурации не рекомендуется из-за риска появления трещин.

  • Для изделий сложной формы применяют 50% раствор каустической соды, который нагревают до +60°C. При использовании такого состава для охлаждения сталь приобретает светлый оттенок. Пары каустической соды вредны для здоровья человека.
  • Для тонкостенных деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, применяются минеральные масла, обеспечивающие постоянную температуру охлаждения, не зависящую от температуры окружающей среды. Главное условие, которое необходимо соблюдать при охлаждении сталей после закалки, – отсутствие воды в минеральных маслах. Недостатки процесса: выделение вредных для человека паров, возможность возгорания масла, образование налета, постепенная потеря эффективности охлаждающего состава.
  • Читайте также:
    Чем вывести пятно от ягод и фруктов

    Внимание! Для работы с изделиями из углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Оно состоит из двух этапов. Первый – охлаждение детали в воде, второй, после +200°C, – в масляной ванне. Перемещение из одной охлаждающей среды в другую должно производиться очень быстро.

    Какие стали можно закаливать?

    Процедурам закалки и отпуска не подвергается прокат и изделия из него, изготовленные из малоуглеродистых сталей типа 10, 20, 25. Этот вид термообработки эффективен для углеродистых сталей (45, 50) и инструментальных, у которых в результате твердость увеличивается в три-четыре раза.

    Таблица режимов закалки и областей применения для некоторых видов инструментальных сталей

    Особенности закалки стали

    Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.

    Закалка стали

    Что такое закалка металла?

    Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

    1. Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
    2. Быстрое охлаждение.
    3. Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

    В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

    По глубине обработки закалка делится на два вида:

    • объемная;
    • поверхностная.

    В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

    Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

    Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.

    Какие стали можно закаливать?

    При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

    Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

    Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.

    Температура и скорость нагрева

    Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

    Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

    Свойства стали после закалки

    После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

    • увеличивается твердость и прочность;
    • уменьшается зерно;
    • снижается гибкость и пластичность;
    • повышается хрупкость;
    • увеличивается устойчивость к стиранию;
    • уменьшается сопротивление на излом.

    На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

    Виды закалки стали

    Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

    Закаливание в одной среде

    При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

    Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

    Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

    При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.

    Ступенчатая закалка

    Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.

    Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

    Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.

    Изотермическая закалка

    Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:

    1. Нормализация для улучшения структуры.
    2. Нагрев до температуры закалки.
    3. Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.
    Читайте также:
    Черновой пол в деревянном доме из ДСП, ОСП, фанеры

    После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.

    Изотермическая закалка

    Светлая закалка

    Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.

    В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.

    Закалка с самоотпуском

    При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.

    Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.

    Способы охлаждения при закаливании

    Широко используемые в промышленности способы охлаждения металла при закалке на воду и в масле. Самый древний состав для закалки мечей и других тонкостенных предметов — соляной раствор. Закалку производили кузнецы, используя нагрев под ковку и тепло, выделяемое деформацией.

    Красные сабли, мечи, ножи опускали в мочу рыжих парней. В Европе их просто вонзали в тела живых рабов. Коллоидный состав, содержащий соли и кислоты, позволял с оптимальной скоростью охладить сталь и не создавать лишних напряжений и поводки.

    В настоящее время используют различные солевые натриевые растворы, селитру и даже пластиковую стружку.

    Как закалить сталь в домашних условиях

    Решение о том, как калить металл, принимается исходя из нескольких параметров:

    • марки стали;
    • требуемой твердости;
    • режима работы детали;
    • габаритов.

    Не все способы термообработки доступны любителям. Следует выбирать наиболее простые. Чаще всего в домашних условиях приходится закаливать нержавейку при изготовлении ножей и другого домашнего режущего инструмента.

    Температура закалки хромсодержащих сталей 900–1100⁰C. Проверять нагрев следует визуально. Металл должен иметь светло оранжевый – темно желтый цвет, равномерный по всей поверхности.

    Окунать тонкую нержавейку можно в горячую воду, поднимая на воздух и вновь опуская. Чем выше содержание углерода, тем больше времени сталь проводит на воздухе. Один цикл длится примерно 5 секунд.

    Простые свариваемые стали греют до вишневого цвета и охлаждают в воде. Среднелегированные материалы должны перед окунанием в воду иметь красный цвет. После 10–30 секунд перекладываются в масло, затем укладываются в печь.

    При закалке получают максимальную твердость, которую дает сталь при данной технологии. Затем высокотемпературным отпуском понижают ее до требуемой.

    Оборудование

    Нагрев металла производится различными способами. Нужно только помнить, что температура горения дерева не может обеспечить нагрев металла.

    Если требуется улучшить качество 1 детали, достаточно развести костер. Его надо по периметру обложить кирпичами и после укладки заготовки частично закрыть сверху, оставив щели для доступа воздуха. Лучше жечь уголь.

    Отдельный участок и небольшую по размерам деталь греют газовой и керосиновой горелкой, постоянно водя пламенем и прогревая со всех сторон.

    Изготовление муфельной печи требует много времени и ресурсов. Ее целесообразно строить при постоянном использовании.

    Охлаждающая жидкость может находиться в ведре и любой другой емкости, которая обеспечит полное погружение детали с толщиной масла в 5 наибольших сечений детали:

    • одна часть под закаливаемым изделием;
    • две сверху.

    Деталь необходимо медленно двигать в охлаждающей жидкости. В противном случае образуется паровая рубашка.

    Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

    Наипростейшее подобие муфельной печи делается из огнеупорного кирпича, шамотной глины и асбеста:

    1. На оправку навить медную проволоку. Для домашнего напряжения подойдет сечение 0,8 мм. Оставить длинные концы.
    2. Расположить спираль внутри кирпичей и зафиксировать глиной, обмазав всю внутреннюю поверхность.
    3. Внутри сделать поддон — площадку для расположения заготовок. Для этого нужно смешать глину с асбестом.
    4. Теплоизолирующий материал можно расположить и снаружи, уменьшая теплоотдачу стенок.
    5. Подключить концы проволоки к проводам с вилкой.
    6. Сзади герметично заделать отверстие между кирпичами.
    7. Впереди соорудить крышку, которая будет открываться.

    Высыхать все материалы должны при комнатной температуре. На это уйдет несколько дней. Затем можно укладывать деталь на изоляционный материал и греть.

    Дефекты при закаливании стали

    При закаливании стали возникают 2 группы дефектов:

    • исправимые;
    • неисправимые.

    Первые связаны с неравномерной, пятнистой закалкой и несоответствием полученной твердости требованиям в чертеже. Вызваны такие дефекты в основном неправильным охлаждением или некачественно проведенной термообработкой.

    К неисправимым относятся сколы, трещины, полное разрушение деталей. Причина чаще всего заключается в некачественном металле.

    Закалка значительно изменяет структуру и эксплуатационные качества металла. Делать ее самостоятельно можно на простых деталях. Необходимо точно знать марку стали, температуру ее закалки и охлаждающую среду.

    Свайный-ростверковый фундамент для дома из газобетона

    Фундамент из винтовых свай с ростверком является нечастым решением при строительстве газобетонных домов, но есть случаи, когда он просто незаменим. В данной статье вы узнаете о сваях, ростверках, особенностях применения данного типа фундамента и самому процессу их строительства.

    Читайте также:
    Тепловой насос типа воздух-воздух

    Начнем с того, что высоко располагающиеся грунтовые воды могут сильно разрыхлять(расширять) пучинистый грунт, тем самым способствуя проседанию и выдавливанию мелкозаглубленных фундаментов. Такие процессы создают излишние точечные нагрузки, из-за которых, в газобетоне могут образовываться трещины.

    В зимнее время влажный грунт достаточно глубоко промерзает, становится пучинистым и тоже приводит к физическим деформациям постройки. В таких условиях целесообразно закладывать свайный тип фундамента, благодаря которому вероятность повреждений конструкции существенно снизится.

    Стоит отметить, что многие застройщики часто жалуются на свайные фундаменты, так как после зимы некотоыре сваи подымаются на несколько сантиметров, нарушая плоскость фундамента. Причиной такого явления является то, что мерзлый грунт обвалакивает(приклеивает) к себе столбики, а силы морозного пучения выталкивают их в верх. Это выталкивание обычно происходит тогда, когда дом еще не возведен.

    Решением таких проблем принято считать уширение подошвы свай, к примеру сваи Тисэ. Также решением станет постройка фундамента и коробки в теплое время года. То есть, возвели фундамент с ростверком, подождали 28 дней и возводите коробку. Стены дома будут давить на сваи, предотвращая их выталкивание.

    Технология строительства свайно-ростверкового фундамента

    Условия и особенности применения

    Основу такого фундамента составляют сваи – опорные столбы, которые заглубляют в землю на 2-3 м. Глубина погружения зависит от горизонта промерзания почвы, сваи должны быть ниже этой линии примерно на 0,5 м. Для связывания опор и улучшения стойкости фундаментной системы возводят ростверк.

    Ростверки классифицируют по критерию способа изготовления на следующие типы:

    1. Монолитные, представляющие собой сплошные армированные ленты;
    2. Сборные, монтируемые из железобетонных балок;
    3. Сборно-монолитные (комбинация из двух предыдущих типов).

    Также ростверки разнятся по параметру расположения над почвой. Высокие переводят физическую нагрузку постройки через опоры на более глубокий грунтовой горизонт, низкие же отчасти принимают её на себя.

    Для строительства частных газобетонных домов оптимально использовать свайно-ростверковый тип фундамента с монолитной армированной лентой. Такая конструкция будет максимально прочной и устойчивой.

    Возведение зданий на свайно-ростверковых фундаментах особенно актуально в случаях:

    1. Рыхлости и высокой влажности почвы;
    2. На крутых склонах;
    3. На грунте с глубиной промерзания выше 1,5 м;
    4. При постройке каркасно-щитовых зданий;

    Особенности строительства

    Существует несколько типов свай и вариантов их погружения:

    • Винтовые. Такие опоры производятся из металлических труб с винтовыми лентами. Говоря метафорически, эти сваи представляют собой огромные шурупы, которые ввинчивают в почву специальной техникой. После установки опор в проделанное ранее отверстие каждой из них заливается бетон. Этот способ очень надёжен, однако требует немалых финансовых и трудовых затрат.
    • Набивные. В данном случае требуется предварительное бурение отверстий. Внутрь асбестоцементных стержней заливают бетон M200, применяется армирование. Этот способ менее затратный, однако необходим постоянный профессиональный контроль качества работ.
    • Буронабивные. От обычных набивных разнятся тем, что в данном варианте применяются готовые железобетонные опоры или трубы.
    • Забивные. Готовые сваи разной формы забивают специальной строительной техникой. Оптимальный тип столбов – трубчатые сваи с железобетонными кольцами.

    В строительстве небольших частных домов лучше всего использовать буронабивные или же винтовые сваи.

    Винтовые сваи

    Набивные сваи

    Забивные бетонные сваи

    Ростверки

    Ту часть свай, которая находится над землей, связывают жестким железобетонным ростверком, впоследствии чего образуется единая фундаментная конструкция. Ростверк необходим для равномерного распределения физических нагрузок и, конечно же, возможности возводить газобетонные стены.

    Ростверк может быть:

    1. Монолитным или сборным;
    2. Висячим, наземным или частично заглубленным;
    3. Выполнен из балок или сплошной плиты.

    Расчет фундамента для газобетонного здания

    Начальный этап проектирования предусматривает осмотр и оценку участка. Учитывается геологическая структура, тип грунта, уровень грунтовых вод. Основная цель этой процедуры – узнать степень сопротивляемости почвы, её несущие возможности.

    На следующем этапе необходимо провести вычисления вертикальной нагрузки на будущую постройку. Она представляет собой сумму нескольких слагаемых, среди которых:

    • Вес постройки (ростверк, стены, утеплители, кровля и др.);
    • Вес потенциально возможного снежного покрова;
    • Приблизительный вес используемой мебели и коммуникационных средств.

    Далее рассчитывается опорная площадь свайного фундамента. Полученную ранее нагрузку с запасом в 20% необходимо разделить на показатель сопротивления почвы. Желательно доверить все указанные расчеты профессиональному инженеру.

    Отталкиваясь от опорной площади, узнают размеры сечения ростверка и свай, а также необходимое количество опорных столбов.

    Как правило, сваи выстраивают по периметру в одну линию, но если ростверк будет иметь большую длину, может потребоваться установка свай в несколько рядов.

    Монтаж свайных и свайно-ростверковых фундаментов

    Для начала нужно подготовить все сваи под внешние и внутренние стены, а также арматуру, если того требует конструкция. Средняя высота ростверка – 0,3-0,4 м, ширина – 0,3-0,6 м.

    Процесс непосредственного монтажа также включает следующие этапы:

    1. Подготовка и разметка участка. Прежде всего, снимается растительный слой до глубины в 0,4-0,5 м, и поверхность выравнивается. Далее проводится разметка углов, контуров наружных и внутренних стен. Делаются метки на местах, где будут сваи.
    2. Бурение шурфов. Проводится с помощью соответствующей техники; возможно использование ручного бура.
    3. Монтаж свай. Асбестоцементные трубы или иные оболочки помещают в котлованы, внутрь вставляется арматурный каркас, а после следует процесс заливания полости бетоном.
    4. Монтаж ростверка. После того, как установленные сваи обретут достаточную прочность и стойкость, промежутки между опорами засыпаются песком и трамбуются. Далее размещают щиты опалубки, продумывают систему для подвода и отвода воды, систему электричества.
    5. Затем следует процесс гидроизоляции с помощью рулонных листов, на которые после устанавливается арматурный каркас, связываемый со стержнями свай. Заливается бетонная смесь, и позже опалубка демонтируется. На финальной стадии убирается песок.
    Читайте также:
    Тканевые ролеты и их основные особенности

    Если песчаную засыпку не удалить, на нижнюю часть бетонной ленты в зимнее время будет сильно давить расширившийся под воздействием холода грунт. Может произойти разрушение ростверка и отрыв свай, поэтому технология монтажа должна соблюдаться безукоризненно.

    Вариант свайно-монолитного фундамента(плита на сваях)

    Основные ошибки при строительстве свайно-ростверкового фундамента

    Способ возведения свайно-ростверкового фундамента для дома из газобетона: устройство + достоинства и недостатки

    24.11.2018 4,039 Просмотров

    Проблемные и слабонесущие грунты занимают значительную площадь территории России.

    Использование традиционных ленточных фундаментов в этих условиях затруднено или вовсе невозможно и требуются более эффективные варианты опорных конструкций.

    Наиболее удачным решением становятся свайные основания, способные обеспечить прочную опору на плотные грунтовые слои, расположенные на значительной глубине.

    Такие фундаменты позволяют строить массивные и высокие здания на участках, где создание ленточных оснований практически невозможно.

    Наиболее распространенным вариантом реализации подобных конструкций является свайно-ростверковый фундамент, о котором следует поговорить подробнее.

    Что такое свайно-ростверковый фундамент?

    Свайно-ростверковый фундамент — это один из основных вариантов реализации свайного основания, состоящий из системы вертикальных опор и пояса обвязки в верхней части.

    Опоры (сваи) погружаются в грунт, минуя верхние ненадежные слои, достигают плотных слоев и образуют устойчивые неподвижные точки привязки.

    Пояс обвязки — ростверк — выполняет роль некоего подобия ленточного фундамента, но не установленного на песчаную подушку всей длиной, а жестко закрепленного на верхушках свай. Балки ростверка так же как и лента располагаются под всеми несущими стенами дома, образуя прочную опорную систему.

    В результате нагрузка от веса дома принимается ростверком и передается через систему свай на плотные слои грунта.

    Это отличает свайно-ростверковый фундамент от свайно-ленточного, который имеет очень близкую конструкцию, но отличается тем, что лента кроме свай опирается и на поверхность грунта, несколько разгружая вертикальные опоры.

    Возникает совсем другой тип передачи нагрузки, поэтому путать эти два вида основания не следует.

    Подходит ли он для дома из газобетона?

    Несущая способность свайно-ростверковых оснований может достигать очень высоких значений, ограниченных лишь свойствами грунта и возможностями свай.

    Увеличение их количества или создание опорных площадок под нижними концами стволов позволяет значительно увеличить несущую способность и снизить удельную нагрузку на грунт, повышая эффективность конструкции.

    Газобетон имеет вес почти в 5 раз меньший, чем вес кирпича, а прочность его ниже в 4-5 раз.

    Это означает, что дом из газобетона не может быть многоэтажным, а вес его гораздо ниже, чем у зданий из кирпича или обычного бетона.

    Поэтому возможности свайно-ростверкового фундамента для дома из газобетона являются не просто достаточными, а даже избыточными, позволяя смело использовать такой тип опорной конструкции.

    Устройство основания

    Свайно-ростверковый фундамент представляет собой опорную систему, в состав которой входят:

    • Система свай. Это вертикальные стержни, металлические, бетонные или деревянные. Они погружаются в грунт до появления прочного контакта с твердыми слоями. Как вариант, используются т.н. «висячие» сваи, удерживаемые в грунте за счет силы трения грунта и боковых стенок ствола. Висячие сваи используются реже, поскольку требуют большой длины ствола, что возможно не всегда. Кроме того, висячие сваи склонны к постепенному оседанию, особенно в переувлажненных грунтах.
    • Ростверк. Он выполняет двойную функцию — соединяет все стволы в единую жесткую систему, что многократно увеличивает несущую способность каждой единицы, а также выполняет роль опорной линии для несущих стен, наружных и внутренних. Бывают деревянные (брусовые), металлические и бетонные конструкции ростверка, используемые в связке с соответствующим типом свай и материалом стен.

    Плюсы и минусы

    К плюсам свайно-ростверкового фундамента следует отнести:

    • Относительно простая технология строительства.
    • Возможность самостоятельного изготовления и монтажа всех элементов.
    • Нет нужды нанимать большую бригаду строителей.
    • Расход материала заметно ниже по сравнению с заглубленным типом ленты.
    • Зависимость основания от процессов пучения грунта практически отсутствует.
    • Жесткое соединение свай и ростверка образует устойчивую ко всем нагрузкам систему, не реагирующую даже на проезжающие рядом поезда.
    • Работать можно почти круглый год, исключая дни с морозам ниже -10°.
    • Отсутствие контакта с мерзлым грунтом способствует теплоудержанию конструкций дома.
    • Возможность строительства на уклоне или складке рельефа.
    • Стоимость такого фундамента заметно ниже, чем расходы на строительство традиционной ленты.

    К недостаткам свайно-ростверкового фундамента следует отнести:

    • Возможность создания подвала или цокольного этажа практически отсутствует.
    • Если вес дома превышает 50 т следует выбирать другой вариант основания.
    • Необходимо произвести тщательный и профессиональный анализ грунта, рассчитать его несущую способность и прочие особенности, чтобы точно определить количество свай и форму свайного поля.
    • При отсутствии вертикальных нагрузок пучения, боковые воздействия на сваю остаются и создают немалые усилия, способным деформировать или разрушить опору.
    • При строительстве необходимо использование специальной техники.

    Существующие виды

    Существуют разные варианты конструкции свайно-ростверкового основания:

    • Забивные сваи.
    • Буронабивные сваи.
    • Винтовые сваи.
    Читайте также:
    Что такое маятниковый ход в электролобзике. Как выбрать электрический лобзик для дома: изучаем устройство и особенности инструмента

    Забивные сваи погружаются с помощью специальных машин. Они могут быть изготовлены из железобетона, металла или древесины, хотя последний вариант встречается уже очень редко.

    Для самостоятельного монтажа годятся буронабивные и винтовые сваи, которые можно изготовить прямо на площадке (буронабивные) или приобрести в готовом виде и погрузить в грунт при помощи мускульной силы.

    Наибольшую несущую способность обеспечивают забивные бетонные сваи, изготовленные на специализированных предприятиях по особой технологии.

    При этом, монтаж таких свай представляет собой наиболее трудоемкую и сложную процедуру, требующую участия профессиональных и опытных строителей, обладающих соответствующей техникой.

    Чаще всего используются буронабивные сваи, которые представляют собой монолитную бетонную отливку в заранее подготовленную скважину.

    Все работы можно произвести своими руками, а размеры скважины и особенности ее подошвы позволяют образовать опорную площадку большой площади, недоступную для нагрузок морозного пучения.

    Винтовые сваи используются относительно недавно, поэтому большинство пользователей относится к ним с некоторым сомнением.

    Ствол изготавливают из толстостенной трубы (4-5 мм), нижняя часть имеет заостренный наконечник с одной или несколькими режущими лопастями в форме спирали. Погружение производится путем завинчивания в грунт до определенной глубины.

    Процедура несложная, но требующая понимания сути процесса и практического опыта, иначе можно испортить сваю и не добиться нужного эффекта.

    При этом, работа с винтовыми опорами самая быстрая, не требующая предварительной подготовки или земляных работ.

    Если не допускать технологических ошибок, единственной проблемой остается коррозия, от которой защитить металлический ствол очень сложно.

    Варианты ростверков

    Конструкция ростверка может состоять из разных материалов:

    • Древесина.
    • Металл.
    • Железобетон.

    Самым сложным вариантом (и самым прочным) является бетонный пояс. Он создается практически теми же методами, что и ленточное основание, только не в траншее, а на некотором расстоянии от дневной поверхности.

    Значительно проще установка деревянного ростверка, представляющего собой брус 150 : 200 или 200 на 200 мм.

    Балки соединяются вполдерева, устанавливаются на оголовках свай и крепятся на болтовые соединения.

    Металлический ростверк присоединяют к оголовкам свай на сварку. Процесс самый быстрый, но резка толстых и массивных балок довольно сложное занятие, а вес их часто требует использования подъемной техники.

    Для дома из газобетона оптимальным вариантом станет создание деревянного ростверка, хотя в каждом случае должен производиться специализированный расчет.

    Как рассчитать глубину погружения свай

    Глубина погружения свай является величиной, полученной опытным путем. Глубину залегания плотных слоев рассчитать невозможно, это случайная величина.

    Поэтому единственным критерием становится бурение пробной скважины или погружение опытной сваи, позволяющие определить глубину залегания твердых грунтовых пород.

    Таково требование СНиП, и все другие способы являются неграмотным подходом, опасным для постройки и людей, в ней проживающих.

    Пример расчета

    Расчет свайно-ростверкового основания состоит из определения количества свай. Оно получается путем деления веса дома (расчетного) на несущую способность одной опоры.

    То есть, если условный вес дома 10 т, а несущая способность сваи 1 т, то понадобится 10 свай.

    Схема распределения опор зависит от конфигурации дома. Основными и наиболее ответственными участками, определяющими устойчивость и надежность основания, являются углы.

    При проектировании сначала предусматривают по одной свае на каждый угол, точку примыкания к несущим стенам и прочим нагруженным узлам.

    После этого равномерно распределяют остальные опоры, добиваясь максимально равномерного распределения нагрузки.

    Опытные проектировщики всегда предусматривают некоторый запас прочности для основания, чтобы фундамент мог выдержать дополнительные эксплуатационные нагрузки или вес от пристроек.

    Технология возведения

    Рассмотрим наиболее распространенный тип свайно-ростверкового фундамента, который можно создать своими руками. Это опорная конструкция на буронабивных сваях.

    Порядок действий:

    Подготовка

    Участок освобождают от посторонних предметов и растений. Производится разметка и установка колышков в точках установки свай.

    Необходимо проверять равенство диагоналей, чтобы не нарушить точность прямых углов.

    Затем производится бурение скважин с помощью специальных машин или ручным буром (если есть такая возможность).

    Нижние участки скважин несколько расширяют, чтобы образовать подушки, расширяющие основание опор и уменьшающие удельное давление на грунт.

    После этого в скважины вставляют гильзы — род опалубки, состоящие из пластиковых труб или двойного слоя рубероида, свернутого в трубу необходимого диаметра.

    Армирование, заливка бетона

    Арматурный каркас создается на поверхности. Он представляет собой пространственную решетку, длина которой несколько больше глубины скважин, а габариты позволяют достаточно свободно войти в отверстие.

    После установки арматуры скважины заливают бетоном марки М200 и выше. Залитый материал штыкуют для удаления пузырьков воздуха.

    Заливку можно производить при температуре не ниже +5° (в идеале — +20°). После заливки скважины выдерживают 20-28 дней до набора конструкционной прочности.

    Если поторопиться и начать дальнейшие работы раньше, можно ослабить прочность опор и создать серьезную угрозу для основания.

    Создание ростверка

    Наиболее прочный вид ростверка — бетонная лета. Она заливается в опалубку, установленную на нужной высоте над уровнем грунта.

    Опалубку собирают из деревянных щитов, устилают изнутри полиэтиленом, устанавливают армпояс, который жестко соединяют с арматурой, торчащей из свай.

    Это позволит создать жесткую монолитную конструкцию, обладающую устойчивостью ко всем нагрузкам и способную нести достаточно тяжелые дома.

    Заливка бетона производится одномоментно, выдержка и прочие мероприятия занимают 28 дней.

    После этого наружная часть основания гидроизолируется с помощью битумной мастики или горячего битума, и работы с фундаментом считаются завершенными.

    Читайте также:
    Что такое станция глубокой биологической очистки?

    Полезное видео

    В данном разделе вы сможете визуально ознакомиться со свайным фундаментом для дома из газобетона:

    Заключение

    Дома из газобетона не имеют слишком большого веса, поэтому могут быть выстроены практически на любом типе фундамента.

    Единственной проблемой материала является низкая устойчивость к механическим воздействиям и растягивающим нагрузкам, поэтому от опорной конструкции потребуется не столько высокая несущая способность, сколько высокая степень жесткости.

    Эти требования оптимальным образом обеспечивает свайно-ростверковый фундамент.

    Он имеет массу достоинств, позволяет строиться на слабонесущих и проблемных грунтах, позволяя эффективно осваивать любые участки в самых неудобных районах.

    Свайно-ростверковый фундамент для дома из газобетона

    Для дома из газобетона, который возводится на нестабильных грунтах или пересеченной местности подходящим типом основания станет свайно-ростверковый фундамент. Конструкция такого фундамента представляет собой ростверк, опирающийся на сваи, которые заглублены в землю ниже уровня промерзания грунта. Существует несколько вариантов свайно-ростверковый фундамент для дома из газобетона, каждый из которых можно сделать самостоятельно.

    Достоинства и недостатки свайно-растверкового фундамента

    стал использоваться повсеместно.] Достоинства:

    • небольшой объем земляных работ;
    • возможность сохранения благоустройства территории;
    • подходит для любых типов грунтов, кроме скальных;
    • небольшой объем бетонных работ;
    • не требуется привлечение тяжелой техники;
    • отличные эксплуатационные характеристики;
    • не требуется планировка участка;
    • себестоимость на 20-30% ниже, чем у монолитного основания.

    К недостаткам свайно-растверкового фундамента для дома из газобетона относят:

    • невозможность устройства полноценного цокольного этажа или подвала;
    • потребность в качественном утеплении и гидроизоляции.

    Сделать подвальное помещение в газобетонном доме на сваях можно, но при этом существенно возрастают затраты на строительство. В этом случае сваи берутся такой длины чтобы, оголовки, торчащие из земли, имели высоту не менее 1 метра. Для заглубления фундамента делается котлован глубиной 1.5-2 метра. Земляные работы требуют использования спецтехники, поэтому владельцы домов из газоблоков на сваях с ростверком, как правило, ограничиваются подвалом-погребом глубиной 0.5-0.7 метров.

    Варианты конструкции и их устройство

    Свайно-ростверковый фундамент для дома из газобетона состоит из двух частей, которые монолитно связываются друг с другом и воспринимают нагрузку: ростверк и сваи.

    Виды ростверка

    Ростверк – верхняя часть основания, представляющая собой монолитную ленту, которая объединяет оголовки свай и проходит под всеми несущими стенами строения. Назначение ростверковой части – восприятие нагрузки от газобетонного дома и равномерное распределение ее на нижележащие свайные опоры. По материалу ростверк под газоблок может быть двух видов:

    • Железобетонный. Монолитная конструкция из бетона. Конструктивно ж/б ростверковая лента похожа на традиционный ленточный фундамент, только без заглубления в грунт. Это универсальный вид ростверка, который может применяться к любым сваям.
    • Металлический. Балки из стали, обладающие высокой прочностью на сжатие. Используется преимущественно для винтовых свай, но возможно и применение с бетонными сваями. Стоимость металлического ростверка значительно выше, чем монолитного. Его выбирают тогда, когда строительство дома из газоблока нужно завершить как можно быстрее (монолит набирает прочность в течение 28 дней).

    Виды свайных опор

    Для свайно-ростверковых фундаментов для дома из газобетона используются три вида опор:

    1. Железобетонные забивные сваи. Это унифицированные изделия квадратного сечения с заостренным нижним оголовком, выпускаемые на заводе. Для забивки свай в грунт используется специальное оборудование – сваезабивочные машины. На мягких грунтах работают мини-копером, услуги которого обходятся дешевле. Минимальная длина готовых ЖБИ – 1625 мм, поэтому для их доставки нужен автомобиль-трал. Транспортные расходы и аренда сваезабивочной техники удорожают строительство, поэтому этот вариант опор не нашел широкого применения в частном домостроении.
    2. Буронабивные сваи. Это железобетонные изделия, которые заливаются непосредственно на стройплощадке. Простота исполнения и невысокая себестоимость делают этот вариант самым предпочтительным при устройстве свайного фундамента с ростверком под газобетон. О том, как рассчитать свайно-ростверковый фундамент с буронабивными опорами расскажем ниже.
    3. Винтовые сваи. Металлические опоры заводского производства с винтом на когце, с помощью которого они вкручиваются в грунт. Для устройства свайного поля из винтовых опор не требуется спецтехника, а отсутствие бетонных работ делает этот вариант приемлемым для тех, кто хочет закончить стройку максимально быстро. В грунтах с высоким УГВ и агрессивной кислотно-щелочной средой нужно использовать винтовые сваи из легированной стали с антикоррозийным покрытием. Такие опоры имеют относительно высокую цену – от 3500 рублей за штуку.

    Технология монтажа

    Монтаж свайного фундамента с ростверком под газобетон выполняется по СП 24.13330.2011 и «ТТК. Бетонирование свайного ростверка». Работы по устройству основания включают: расчет, подготовку, устройство свайного поля и ростверка. Расскажем о каждом этапе подробно.

    Как рассчитать свайно-ростверковый фундамент под газобетон

    Расчет выполняется на основании действующих СНиП и включает две части:

    Расчет для свайного поля
    1. Размеры свайных опор. Зависят от площади и веса газобетонного строения, типа грунта на участке. Размер опор должен быть выбран таким образом, чтобы эффективно воспринимать нагрузку от сооружения, не допускать его осадки. Сваи устанавливаются не только по периметру, но и под всеми несущими стенами будущего дома. Сечение буронабивных опор определяется по таблице:

    Важно! Выбранное сечение и расстояние между опорами должно обеспечивать такую несущую способность свай, которая будет на 5-10% выше действующей нагрузки. Действующая нагрузка – это вес дома из газоблоков в готовом состоянии, т.е. с наружной и внутренней отделкой, водосливами и пр.

    Читайте также:
    Устройство смесителя и его ремонт

    Несущая способность буронабивных свай в зависимости от сечения приведена в таблице:

    Пример расчета: вес дома из газоблока составляет 100 тонн. Периметр несущих стен составляет 50 метров. Расстояние между опорами принимаем оптимальное – 1.2 метра. Рассчитываем количество свай: 50/1.2 = 42 штуки. Значит, эти 42 штуки должны воспринимать нагрузку 110 тонн (вес дома + 10%). Каждая опора должна иметь несущую способность 2.4 тонны или 2400 кг. По таблице, учитывая тип грунта – пылеватый маловлажный песок, определяем, что такую нагрузку смогут воспринимать свайные конструкции сечением 400 мм.

    Если уменьшить расстояние между сваями до 0.8 метров, то их потребуется больше – 63 штуки, но при этом снизится требования по нагрузке на 1 сваю – 1.6 тонны или 1600 кг. Такой вес выдержат сваи диаметром 250 мм. Результатом расчета свайного поля является чертеж, на котором указано: количество и места расположения свай, расстояние между ними и их сечение.

    Еще один важный момент – глубина залегания свай. Здесь действует правило: сваи должны опираться на стабильные грунты. Если грунт на участке плотный, с хорошей несущей способностью, то глубина забивки свай равна глубине промерзания. Для Московской области – 1.3-1.7 метров. Если стабильные грунты залегают ниже, то придется заглублять опоры больше. Максимальная глубина – 2.5 метра.

    Расчет ростверка

    Для ростверка определяется:

    1. Длина – равна длине периметра несущих стен.
    2. Ширина – равна толщине стены дома из газобетонных блоков.
    3. Высота – принимается равной 0.5-0.7 метров.

    Подготовка к устройству свайно-растверкового фундамента

    Площадка под свайно-ростверковое основание требует минимальной планировки. Удаляется растительность, корчуются пни, убирается мусор. Разметка выполняется в соответствии с чертежом с помощью шнура и колышков, которые вбиваются на места будущих свай.

    Набор инструментов и оборудования зависит от того, будет ли бетонная смесь изготавливаться на стройплощадке или заказываться на заводе. В обязательный перечень входит:

    • лопата или мини-эксковатор;
    • рулетка и строительный уровень;
    • вязальный крючок для арматуры;
    • бетононасос или лотки для заливки смеси;
    • виброинструмент для утрамбовки бетона.

    Перечень материалов включает:

    • бетон М250 или М300 – для заливки свай и ростверка;
    • арматура сечением 12-14 мм;
    • щиты или готовая опалубка;
    • трубы – для обсадки свай.

    Рассчитать количество бетона просто: нужно длину свай умножить на сечение. К полученному результату нужно прибавить объем бетонной смеси для заливки ростверка. Количество арматуры зависит от числа арматурных нитей. Оптимально – 4 нити. Значит, количество арматуры это суммарная длина всех свай + длина ростверка умноженная на 4. К полученному результату прибавляем 25% – запас для вязки. Количество труб – равно числу опор. В плотных глинистых грунтах бетонирование можно выполнять без обсадки.

    Заливка буронабивных свай

    Этапы устройства свайного поля:

    1. Выкапываются углубления под опоры. На дно засыпается гравийно-песчаная смесь толщиной 10-20 см.
    2. В грунт устанавливаются а/ц трубы. Ровность установки контролируется уровнем.
    3. Выполняется вязка армокаркаса в 4 нити. Размер каркаса – на 3-5 см меньше диаметра труб. Схема вязки армирующего каркаса:

    За бетонными оголовками осуществляется стандартный уход до набора проектной прочности. По истечении 28 суток оголовки выравниваются болгаркой. Теперь можно приступать к устройству ростверковой части. Если ждать 28 суток не возможно, то лучше выбрать винтовые сваи, которые вкручиваются в грунт без обсадных труб.

    Создание ростверка

    Монолитный ростверк делается так же, как обычный ленточный фундамент. Основное отличие – ростверк заглубляется в грунт не более чем на 10 см. Этапы создания ростверковой части:

    1. Установка разборной опалубки.
    2. Изготовление армокаркаса в 4 нити.
    3. Устройство гравийно-песчаной подсыпки.
    4. Укладка арматурного каркаса в опалубку.
    5. Связка арматуры из свай с армокаркасом.
    6. Бетонирование монолитного ростверка.
    7. Уход за бетоном в течение 28 суток.
    8. Демонтаж опалубки.
    9. Гидро- и теплоизоляция ростверка.

    Для свайно-растверкового фундамента под дом из газобетона устройство эффективной гидроизоляции и утепления обязательно. Это связано с высокой влагопоглощающей способностью газоблока. При отсутствии изоляции газоблок будет тянуть из грунта влагу и в доме будет сыро. Гидроизоляция выполняется для всех элементов фундамента:

    • оголовки свай – обмазочная гидроизоляция;
    • подошва ростверка укладывается на подсыпку, поверх которой высталан гидроизол или рубероид;
    • лента ростверка сверху обмазывается жидким гидроизоляционным материалом или выстилается рулонным.

    Утеплению подвергаются внешние и внутренние стены ростверка. В качестве утеплителя лучше использовать влагостойкий и долговечный пенопласт, пенополиуретан или пластик.

    Техника безопасности

    При устройстве свайно-растверкового фундамента для дома из газобетона нужно соблюдать технику безопасности. Нормы ТБ при выполнении бетонных и свайных работ регламентируют:

    • СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Общие требования;
    • СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Строительное производство.

    Свайный фундамент с ростверком под газобетон по соотношению несущих способностей и денежных затрат является одним из лучших вариантов. На слабонесущих грунтах, болотистой или пересеченной местности – это единственный способ сделать надежное основание под строение из газоблока.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: