Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Produkcja wyrobów walcowanych obejmuje produkcję ogromnej liczby odmian stali konstrukcyjnych. Konstrukcje podczas pracy doświadczają złożonych obciążeń, ściskania, uderzeń, zginania lub jednoczesnego działania w kompleksie. W przypadku ciężkich i trudnych warunków pracy konstrukcji, mechanizmów i konstrukcji konieczne jest zapewnienie trwałości, bezpieczeństwa i niezawodności pracy, w związku z czym na metal jako podstawowy materiał konstrukcyjny nałożone są zwiększone wymagania.
Główną rzeczą przy obliczaniu konstrukcji jest dążenie do zmniejszenia przekroju konstrukcji stalowych nowoczesnych zespołów, aby zmniejszyć ich masowe i ekonomiczne zużycie materiału bez zmniejszania nośności konstrukcji. W zależności od warunków pracy, wymagania dotyczące stali są różne, ale są standardowe, które są ważne i są wykorzystywane w procesie projektowania. Stal konstrukcyjna musi spełniać wysokie właściwości wytrzymałościowe z wystarczającą ciągliwością materiału.
Granica plastyczności jest ważną konwencjonalną wielkością fizyczną stosowaną bezpośrednio w formułach obliczeniowych. Zastosowanie tego wskaźnika jako podstawy do obliczenia wytrzymałości konstrukcji jest uzasadnione, ponieważ nieodwracalne zmiany wymiarów liniowych pojawiają się podczas pracy w strukturze, co prowadzi do zniszczenia kształtu produktu i jego awarii. Zwiększenie tej charakterystyki umożliwia zmniejszenie obliczonych przekrojów poprzecznych materiału i ciężaru konstrukcji metalowych i pozwala zwiększyć obciążenia.
Granica plastyczności metali jest charakterystyką stali, która wskazuje krytyczne naprężenie, po którym materiał kontynuuje deformację bez zwiększania obciążenia. Ten ważny wskaźnik jest mierzony w paskalach (Pa) lub megapaskalach (MPa) i pozwala obliczyć granicę dopuszczalnych naprężeń dla stali ciągliwych.
Po pokonaniu przez materiał granicy plastyczności pojawiają się w nim nieodwracalne odkształcenia, zmienia się struktura sieci krystalicznej, zachodzą zmiany plastyczne. Jeśli wartość siły rozciągającej wzrasta, to po przekroczeniu granicy plastyczności odkształcenie stali nadal rośnie.
Często pojęcie stromości stali nazywane jest stresem, w którym zaczyna się nieodwracalna deformacja, bez definiowania różnic z granicą elastyczności. Jednak w warunkach rzeczywistych wartość wskaźnika granicy plastyczności przekracza granicę elastyczności o około 5%.
Ogólne informacje i właściwości stali
Stal należy do ciągliwego odkształcalnego stopu na bazie żelaza z węglem i dodatków innych pierwiastków. Materiał jest wytapiany z mieszanek żeliwnych ze złomem metalowym w piecach konwertorowych, elektrycznych i tlenowych.
Stan równowagi w strukturze stali
Utworzona sieć krystaliczna metalu zależy od ilości zawartego w nich węgla i jest określona przez schemat strukturalny zgodnie z procesami w tym stopie. Na przykład stalowa krata, która zawiera do 0, 06% węgla, ma strukturę ziarnistą i jest ferrytem w czystej postaci. Siła takich metali jest mała, ale materiał ma wysoką wytrzymałość i płynność. Struktury stali w równowadze są podzielone:
- ferrytyczny;
- perlit-ferrytyczny;
- cementowo-ferrytyczny;
- perlit cementitowy;
- perlityczny;
Wpływ zawartości węgla na właściwości stali
Zmiany w głównych składnikach cementytu i ferrytu są określane przez właściwości tego pierwszego zgodnie z prawem addytywności. Zwiększenie zawartości procentowej dodatków węgla do 1, 2% umożliwia zwiększenie wytrzymałości, twardości, progu zimnej pojemności o 20 ° C i granicy plastyczności. Zwiększenie zawartości węgla zmienia właściwości fizyczne materiału, co czasami prowadzi do pogorszenia właściwości technicznych, takich jak zdolność do spawania, deformacja podczas tłoczenia. Stopy niskoemisyjne mają doskonałe spawanie w konstrukcjach.
Dodatki manganu i krzemu
Mangan jest wprowadzany do stopu jako dodatek technologiczny w celu zwiększenia stopnia odtlenienia i zmniejszenia szkodliwych skutków zanieczyszczeń siarkowych. W stalach występuje w postaci stałych składników w ilości nie większej niż 0, 8% i nie ma znaczącego wpływu na właściwości metalu.
Krzem działa w składzie stopu w podobny sposób, dodaje się go podczas procesu odtleniania w ilości nie większej niż 0, 38%. Aby móc łączyć części przez spawanie, zawartość krzemu nie powinna przekraczać 0, 24%. Krzem w stopie nie wpływa na właściwości stali.
Zanieczyszczenia siarką i fosforem
Limit zawartości siarki w stopie wynosi próg 0, 06%, jest zawarty w postaci kruchego siarczynu. Wysoka zawartość zanieczyszczeń znacząco pogarsza właściwości mechaniczne i fizyczne stali. Znajduje to odzwierciedlenie w spadku plastyczności, granicy plastyczności, udarności, odporności na ścieranie i korozji.
Zawartość fosforu pogarsza również wskaźniki jakości stopów metali, granica plastyczności po wzroście fosforu w kompozycji wzrasta, ale lepkość i ciągliwość maleją. Standardowa zawartość zanieczyszczeń w stopie jest regulowana w przedziale od 0, 025 do 0, 044%. Fosfor najsilniej rozkłada właściwości stali przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej szybkości dodawania węgla.
Azot i tlen w stopie
Substancje te zanieczyszczają stal niemetalicznymi zanieczyszczeniami i degradują jego właściwości mechaniczne i fizyczne. W szczególności dotyczy to progu lepkości i wytrzymałości, plastyczności i kruchości. Zawartość stopu tlenu w ilości ponad 0, 03% powoduje szybkie starzenie się metalu, azot zwiększa kruchość i z czasem zwiększa starzenie się. Zawartość azotu zwiększa wytrzymałość, tym samym obniżając granicę plastyczności.
Dodatki stopowe w składzie stopów
Do stali stopowej, która jest specjalnie wprowadzana w niektórych kombinacjach elementów w celu poprawy cech jakościowych. Doping kompleksowy daje najlepsze wyniki. Jako dodatki stosuje się chrom, nikiel, molibden, wolfram, wanad, tytan i inne.
Domieszkowanie zwiększa granicę plastyczności i inne właściwości technologiczne, takie jak udarność, skurcz i możliwość wyżarzania, obniżenie progu odkształcenia i pękanie.
Testowanie stali
Aby w pełni zbadać właściwości materiału i określić granicę plastyczności, odkształcenie plastyczne i wytrzymałość, należy przeprowadzić badania próbek metali do całkowitego zniszczenia. Test jest przeprowadzany pod działaniem ładunków o następującej formie:
obciążenie statyczne;- kategoria cykliczna (wytrzymałość lub zmęczenie);
- rozciąganie;
- zginać;
- skręcanie;
- rzadziej przy połączonych ładunkach, takich jak zginanie i rozciąganie.
Określenie granic obciążeń testowych przeprowadza się w warunkach standardowych, przy użyciu specjalnych maszyn, które są opisane w przepisach norm państwowych.
Próbka testowa w celu określenia granicy plastyczności
W tym celu należy pobrać próbkę o kształcie cylindrycznym o wielkości 20 mm, szacowanej długości 10 mm i zastosować do niej obciążenie rozciągające. Pojęcie szacowanej długości odnosi się do odległości między ryzykami stosowanymi w przypadku dłuższej próby w celu zdolności do przechwytywania. W teście określa się zależność między wzrostem wytrzymałości na rozciąganie a wydłużeniem próbki do badań .
Wszystkie odczyty testu są automatycznie wyświetlane jako wykres dla porównania wizualnego. Nazywany jest diagramem napięcia warunkowego lub naprężenia warunkowego, wykres zależy od początkowej części próbki i jej początkowej długości. Początkowo wzrost siły prowadzi do proporcjonalnego wydłużenia próbki. Sytuacja ta obowiązuje do granicy proporcjonalności.
Po osiągnięciu tego progu wykres staje się krzywoliniowy i wskazuje na nieproporcjonalny wzrost długości z równomiernym wzrostem obciążenia. Następnie pojawia się definicja granicy plastyczności. Dopóki naprężenia w próbce nie przekraczają tego wskaźnika, materiał z zaprzestaniem obciążenia może powrócić do pierwotnego stanu w odniesieniu do rozmiaru i kształtu. W praktyce proces testowy różnica między tymi limitami jest niewielka i nie warta wiele uwagi.
Wytrzymałość plonu
Jeśli nadal zwiększasz obciążenie, przychodzi moment testowania, gdy zmiana kształtu i rozmiaru trwa bez zwiększenia siły. Na wykresie pokazuje to pozioma linia prosta (platforma) wydajności. Rejestrowane jest maksymalne naprężenie, przy którym zwiększa się odkształcenie, po zakończeniu wzrastającego obciążenia. Wskaźnik ten nazywany jest granicą plastyczności. Dla stali Art. 3 granica plastyczności 2450 kg na centymetr kwadratowy.
Warunkowa granica plastyczności
Podczas testów wiele metali podaje diagram, na którym nie ma pola przepływu lub jest on słabo wyrażony, dla nich stosowana jest koncepcja warunkowej granicy plastyczności. Ta koncepcja określa naprężenie, które powoduje resztkową zmianę lub deformację w granicach 0, 2% . Metale, do których stosuje się koncepcję warunkowej granicy plastyczności, to stale stopowe i wysokowęglowe, brąz, duraluminium i inne. Im bardziej plastyczna jest stal, tym większy wskaźnik odkształceń szczątkowych. Należą do nich aluminium, mosiądz, miedź i stal niskowęglowa.
Testowanie próbek stali pokazuje, że płynność metalu powoduje znaczne przesunięcia kryształów w sieci i charakteryzuje się pojawieniem się linii na powierzchni, skierowanych do centralnej osi cylindra.
Najwyższa siła
Po zmianie o określoną wartość próbka przechodzi do nowej fazy, gdy po pokonaniu granicy plastyczności metal może ponownie oprzeć się rozciągnięciu . Charakteryzuje się to twardnieniem, a linia diagramu ponownie wzrasta, chociaż wzrost występuje w bardziej łagodnej manifestacji. Pojawia się tymczasowa odporność na stałe obciążenie.
Po osiągnięciu maksymalnego naprężenia (wytrzymałości na rozciąganie) na próbce pojawia się próbka ostrego zwężenia, tak zwana szyjka, charakteryzująca się spadkiem pola przekroju, a próbka pęka w najcieńszym punkcie. W tym przypadku wartość napięcia gwałtownie spada, a wielkość siły maleje.
Stal Art. 3 charakteryzuje się wytrzymałością na rozciąganie 4000-5000 kg / cm2. W przypadku metali o wysokiej wytrzymałości liczba ta osiąga limit 17 500 kg / cm3.
Plastyczność materiału
Charakteryzuje się dwoma wskaźnikami:
- resztkowe wydłużenie;
- resztkowe zwężenie przy zerwaniu.
Aby określić pierwszy wskaźnik, zmierz całkowitą długość rozciągniętej próbki po zerwaniu. Aby to zrobić, układaj dwie połówki ze sobą. Zmierz długość, oblicz procentową długość oryginalną. Trwałe stopy są mniej podatne na ciągliwość, a względny współczynnik wydłużenia zmniejsza się do 63 eta11%.
Druga cecha jest obliczana po pomiarze najwęższej części szczeliny i jest obliczana jako procent początkowego obszaru cięcia próbki.
Kruchość stali
Przeciwna właściwość do plastyczności jest wskaźnikiem kruchości materiału . Kruche metale uwzględniają żeliwo, stal narzędziową. Podział stali na kruchą i ciągliwą jest warunkowy, ponieważ warunki pracy lub badania, szybkość wzrostu obciążenia i temperatura otoczenia są ważne dla określenia tego wskaźnika.
Niektóre materiały w różnych warunkach nie zachowują się jak kruche. Na przykład żeliwo, które jest umieszczone tak, że jest zaciśnięte ze wszystkich stron, nie zapada się nawet przy dużych obciążeniach i naprężeniach występujących wewnątrz. Stal z rowkami charakteryzuje się zwiększoną kruchością. Stąd wniosek, że o wiele bardziej celowe jest testowanie nie granic kruchości, ale określenie stanu materiału jako plastycznego lub kruchego.
Testowanie stali w celu określenia właściwości fizycznych i technicznych ma na celu uzyskanie wiarygodnych danych na potrzeby prac budowlanych i tworzenia struktur w gospodarce.