Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Nowoczesna produkcja wymaga wielu trwałych produktów ze stali. W budowie mostów, domów, skomplikowanych konstrukcji z wykorzystaniem różnych stali. Jedną z głównych kwestii jest obliczenie wytrzymałości metalu i wartości napięcia zbrojenia stalowego. Aby konstrukcje mogły służyć przez długi czas i być bezpieczne, należy znać dokładną granicę plastyczności materiału stalowego poddanego głównemu obciążeniu.
Podstawowa definicja
W procesie użytkowania każda struktura ma różne obciążenia w postaci kompresji, napięcia lub uderzenia. Mogą działać zarówno oddzielnie, jak i wspólnie.
Współcześni projektanci starają się zmniejszyć masę stalowych części, aby oszczędzić materiał, ale jednocześnie zapobiec krytycznemu zmniejszeniu nośności całej konstrukcji. Wynika to ze zmniejszenia sekcji wzmocnienia stalowego.
W zależności od przeznaczenia obiektów niektóre wymagania dotyczące stali mogą ulec zmianie, ale istnieje lista standardowych i ważnych wskaźników. Ich wartości są obliczane na etapie projektowania części i komponentów przyszłej struktury. Przedmiot musi mieć wysoką wytrzymałość i odpowiednią plastyczność.
Po pierwsze, przy obliczaniu wytrzymałości wyrobu stalowego zwraca się uwagę na granicę plastyczności . Ta wartość charakteryzuje zachowanie części po ich wystawieniu.
Granica plastyczności materiału to wielkość krytycznego naprężenia, przy którym materiał nadal się odkształca bez zwiększania obciążenia. Ta charakterystyka jest mierzona w paskalach i pozwala obliczyć maksymalne możliwe naprężenie dla stali ciągliwej.
Po przejściu przez tę granicę w materiale występują nieodwracalne zniekształcenia sieci krystalicznej. Wraz z późniejszym wzrostem siły uderzenia na obrabiany przedmiot i pokonaniem granicy plastyczności, deformacja wzrasta.
Granica plastyczności jest czasami mylona z granicą elastyczności . Są to podobne koncepcje, ale granica elastyczności jest wartością maksymalnej odporności metalu i jest tuż poniżej granicy plastyczności.
Wartość wydajności jest o około pięć procent wyższa niż granica elastyczności.
Skład stopów stali
Właściwości metalu zależą od utworzonej sieci krystalicznej, która z kolei zależy od zawartości węgla. Zależność typów sieci od ilości węgla jest dobrze widoczna na schemacie strukturalnym. Jeśli na przykład w siatce stalowej jest do 0, 06% węgla, to jest to klasyczny ferryt, który ma ziarnistą strukturę. Taki materiał jest delikatny, ale płynny i ma dużą granicę udarności.
Struktura stali jest podzielona na:
- ferrytyczny;
- perlit-ferryt;
- cementowo-ferrytyczny;
- perlit cementitowy;
- perlit.
Dodatki węglowe i wytrzymałość
Prawo addytywności potwierdza zmiany procentowe cementytu i ferrytu w stali. Jeśli ilość dodatku węglowego wynosi około 1, 2%, granica plastyczności materiału stalowego wzrasta i zwiększa twardość, wytrzymałość i odporność na temperaturę. Wraz z późniejszym wzrostem zawartości węgla parametry techniczne ulegają pogorszeniu. Stal jest słabo spawana i niechętnie nadaje się do tłoczenia. Najlepszym sposobem na spawanie stopów jest zachowanie niskiej zawartości węgla.
Mangan i krzem
W postaci dodatku dodaje się dodatkowo mangan w celu zwiększenia stopnia odtlenienia. Ponadto ten element zmniejsza szkodliwe działanie siarki. Zawartość manganu zwykle nie przekracza 0, 8% i nie wpływa na właściwości technologiczne stopu. Obecny jako stały element.
Krzem również nie wpływa szczególnie na właściwości metalu. Konieczne jest zwiększenie jakości części spawanych. Zawartość tego pierwiastka nie przekracza 0, 38% i jest dodawana podczas procesu odtleniania.
Siarka i fosfor
Siarka jest zawarta w postaci delikatnych siarczynów. Zwiększona ilość tego pierwiastka wpływa na właściwości mechaniczne stopu. Im więcej siarki, tym gorsza ciągliwość, płynność i lepkość stopu. Jeśli przekroczona zostanie granica 0, 06%, produkt jest bardziej podatny na korozję i staje się zdolny do poważnego ścierania.
Obecność fosforu zwiększa wskaźnik przepływu, ale jednocześnie zmniejsza ciągliwość i lepkość. Ogólnie rzecz biorąc, podwyższona zawartość fosforu znacząco obniża jakość metalu. Szczególnie szkodliwe dla cech wspólnych wysokiej zawartości fosforu i węgla. Prawidłowe limity zawartości fosforu wynoszą od 0, 025 do 0, 044%.
Azot i tlen
Są to zanieczyszczenia niemetaliczne, które obniżają właściwości mechaniczne stopu. Jeśli zawartość tlenu jest większa niż 0, 03%, wówczas metal starzeje się szybciej, spadają wartości plastyczności i lepkości. Suplementy azotu zwiększają wytrzymałość, ale w tym przypadku granica plastyczności maleje. Zwiększona zawartość azotu sprawia, że stal jest krucha i przyczynia się do szybkiego starzenia się struktury metalu.
Zachowanie dodatków stopowych
Aby poprawić wszystkie fizyczne parametry stali, do stopu dodawane są specjalne pierwiastki stopowe. Takimi dodatkami mogą być wolfram, molibden, nikiel, chrom, tytan i wanad. Łączony dodatek w wymaganych proporcjach daje najbardziej akceptowalne wyniki.
Domieszkowanie znacznie zwiększa szybkość przepływu, wytrzymałość i zapobiega deformacji i pękaniu.
Sprawdzenie stopu
Przed rozpoczęciem produkcji w celu zbadania właściwości stopu metalu należy przeprowadzić testy. Na próbki metalu wpływają różne obciążenia, aż do całkowitej utraty wszystkich właściwości.
Obciążenia to:
- Obciążenie statystyczne.
- Sprawdź wytrzymałość i zmęczenie stali.
- Rozciąganie przedmiotu.
- Testy zginania i skręcania.
- Zginanie i wytrzymałość na rozciąganie.
W tym celu należy używać specjalnych maszyn i stworzyć warunki jak najbliższe trybowi działania przyszłego projektu.
Testowanie
Do badania próbki cylindrycznej o przekroju dwudziestu milimetrów i szacowanej długości dziesięciu milimetrów przykłada się obciążenie rozciągające. Sama próbka ma długość większą niż dziesięć milimetrów, dzięki czemu może być niezawodnie uchwycona i jest oznaczona długością dziesięciu milimetrów i nazywana jest obliczoną. Siła rozciągania jest zwiększona i mierzone jest wydłużenie wydłużenia próbki. Dla jasności dane są wykreślane. To się nazywa warunkowy wykres rozciągania.
Przy małym obciążeniu próbka jest proporcjonalnie wydłużana . Gdy siła rozciągająca wzrośnie wystarczająco, osiągnięty zostanie limit proporcjonalności. Po przejściu tego limitu rozpoczyna się nieproporcjonalne wydłużenie materiału z jednolitą zmianą wytrzymałości na rozciąganie. Następnie zostaje osiągnięty limit, po którym próbka nie może powrócić do pierwotnej długości. Wraz z przejściem tej wartości zmiana części badanej następuje bez zwiększania siły rozciągającej. Na przykład dla stalowego pręta Art. 3, wartość ta wynosi 2450 kg na centymetr kwadratowy.
Nieskompresowany punkt przepływu
Jeśli przy stałej sile uderzenia materiał jest w stanie odkształcać się przez długi czas, wówczas nazywany jest idealnie plastycznym.
W testach często zdarza się, że granica plastyczności jest zdefiniowana jako rozmyta, a następnie wprowadzana jest definicja warunkowej granicy plastyczności. Oznacza to, że siła działająca na metal spowodowała odkształcenie lub zmianę resztkową około 0, 2%. Wartość zmiany resztkowej zależy od plastyczności metalu.
Im bardziej plastyczny metal, tym wyższa wartość odkształcenia szczątkowego. Typowe stopy, w których takie odkształcenie nie jest wyraźnie wyrażone, to miedź, mosiądz, aluminium, stal niskowęglowa. Próbki tych stopów nazywane są zagęszczonymi.
Kiedy metal zaczyna „płynąć”, jak pokazują eksperymenty i badania, w sieci krystalicznej występują silne zmiany. Linie ścinania pojawiają się na jego powierzchni, a warstwy kryształów przesuwają się znacząco.
Po spontanicznym wyciągnięciu metalu przechodzi on do następnego stanu i ponownie uzyskuje zdolność do stawiania oporu. Następnie stop osiąga swoją wytrzymałość, a szczegóły wyraźnie pokazują najsłabszy obszar, w którym występuje ostre zwężenie próbki.
Pole przekroju poprzecznego staje się mniejsze iw tym miejscu następuje przerwa i zniszczenie. Wielkość siły rozciągającej w tym momencie spada wraz z wartością naprężenia i pęknięcia części.
Stopy o wysokiej wytrzymałości wytrzymują obciążenia do 17 500 kilogramów na centymetr kwadratowy. Wytrzymałość na rozciąganie stali ST.3 wynosi 4-5 tysięcy kilogramów na centymetr kwadratowy.
Charakterystyka plastyczności
Plastyczność materiału jest ważnym parametrem, który należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu konstrukcji. Plastyczność jest określona przez dwa wskaźniki:
- resztkowe wydłużenie;
- ucisk przy przerwie.
Resztkowe wydłużenie oblicza się mierząc całkowitą długość części po jej pęknięciu. Składa się z sumy długości każdej połowy próbki. Następnie w procentach określa się stosunek do oryginalnej długości warunkowej. Im silniejszy stop metalu, tym mniejsza wartość wydłużenia względnego.
Resztkowe zwężenie to stosunek procentowy najwęższego punktu przerwania do początkowego pola przekroju poprzecznego badanego pręta.
Stopień kruchości
Najbardziej kruchym stopem metalu jest stal narzędziowa i żeliwo. Kruchość jest właściwością przeciwną do plastyczności i jest nieco arbitralna, ponieważ silnie zależy od warunków zewnętrznych.
Takie warunki mogą obejmować:
- Temperatura otoczenia Im niższa temperatura, tym bardziej kruchy staje się produkt.
- Szybkość zmiany zastosowanego wysiłku.
- Wilgotność i inne parametry.
Przy zmianie warunków zewnętrznych ten sam materiał zachowuje się inaczej. Jeśli szczypta surówki jest zaciśnięta ze wszystkich stron, nie pęka nawet pod znacznymi obciążeniami. I na przykład, gdy na stalowym pręcie są rowki, część staje się bardzo krucha.
Dlatego w praktyce nie stosuje się pojęcia granicy kruchości, ale stan próbki jest określany jako kruchy lub raczej plastyczny.
Wytrzymałość materiału
Ta mechaniczna właściwość przedmiotu obrabianego i charakteryzująca się zdolnością do wytrzymania obciążenia nie jest całkowicie zniszczona. Dla próbki testowej tworzone są warunki, które odzwierciedlają najbardziej przyszłe warunki pracy i stosują różne efekty, stopniowo zwiększając obciążenie. Wzrost sił uderzenia powoduje odkształcenie plastyczne w próbce. W materiałach ciągliwych deformacja występuje na jednym, silnie zaznaczonym obszarze zwanym szyjką. Kruche materiały mogą się rozkładać w kilku miejscach jednocześnie.
Stal przechodzi test, aby dokładnie określić różne właściwości, aby uzyskać odpowiedź na temat możliwości jego wykorzystania w określonych warunkach w konstrukcji i tworzeniu złożonych struktur.
Wartości wydajności różnych gatunków stali są wymienione w specjalnych normach i warunkach technicznych. Istnieją cztery główne klasy. Wartość wydajności produktów pierwszej klasy może osiągnąć 500 kg / cm kw., Druga klasa spełnia wymagania dla obciążenia do 3 tys. Kg / cm kw., Trzecia - do 4 tys. Kg / cm kw. a czwarta klasa wytrzymuje do 6 tys. kg / cm kwadrat.