Ajutați dezvoltarea site -ului, împărtășind articolul cu prietenii!
Producția modernă are nevoie de o mulțime de produse din oțel durabile. În construcția de poduri, case, structuri complexe folosind diferite oțeluri. Una dintre problemele principale este calculul rezistenței metalului și a valorii tensiunii armăturii din oțel. Pentru ca structurile să funcționeze mult timp și să fie în siguranță, este necesar să cunoaștem punctul exact de randament al materialului din oțel care este supus încărcării principale.
Definiție de bază
În procesul de utilizare , orice structură are sarcini diferite sub formă de compresiune, tensiune sau impact. Aceștia pot acționa separat și în comun.
Designerii moderni încearcă să reducă masa pieselor din oțel pentru a economisi materiale, dar în același timp pentru a preveni o reducere critică a capacității de încărcare a întregii structuri. Acest lucru se datorează reducerii secțiunii armăturii din oțel.
În funcție de scopul obiectelor, unele cerințe pentru oțel se pot schimba, dar există o listă de indicatori standard și important. Valorile acestora sunt calculate în faza de proiectare a părților și componentelor structurii viitoare. Piesa de prelucrat trebuie să aibă o rezistență ridicată, cu ductilitate corespunzătoare.
Mai întâi, atunci când se calculează rezistența unui produs din oțel, se acordă atenție rezistenței la randament . Această valoare caracterizează comportamentul părților atunci când este expus la acestea.
Rezistența la curgere a unui material este mărimea tensiunii critice la care materialul continuă să se deformeze fără a mări încărcătura. Această caracteristică este măsurată în pascale și vă permite să calculați tensiunea maximă posibilă pentru oțelul ductil.
După trecerea prin această limită, în material se produc distorsiuni de zăpadă de cristal nerecuperabile . Cu o creștere ulterioară a forței de impact asupra piesei de prelucrat și depășirea punctului de randament, deformarea crește.
Rezistența la curgere este uneori confundată cu limita de elasticitate . Acestea sunt concepte similare, dar limita de elasticitate este valoarea rezistenței maxime a metalului și este chiar sub puterea de curgere.
Valoarea randamentului este de aproximativ 5% mai mare decât limita elastică.
Compoziția aliajelor de oțel
Proprietățile metalului depind de zăbrelele cristaline formate, care, la rândul lor, sunt determinate de conținutul de carbon. Dependența tipurilor de zăbrele de cantitatea de carbon este bine descrisă în diagrama structurală. Dacă, de exemplu, în zăbrele de oțel există până la 0, 06% carbon, atunci acesta este un ferrit clasic, care are o structură granulară. Un astfel de material este fragil, dar este fluid și are o limită mare de rezistență la impact.
Structura oțelului este împărțită în:
- ferita;
- perlită-feritei;
- cementita-feritei;
- perlit cementitic;
- perlită.
Aditivi de carbon și rezistență
Legea privind aditivitatea este confirmată de modificările procentuale ale cementitei și ferită din oțel. Dacă cantitatea de aditiv de carbon este de aproximativ 1, 2%, rezistența la curgere a materialului de oțel crește și crește rezistența la duritate, rezistență și temperatură. Cu o creștere ulterioară a conținutului de carbon, parametrii tehnici se deteriorează. Oțelul este slab sudat și nu poate fi ștampilat. Cea mai bună metodă pentru sudarea aliajelor se comportă cu un conținut redus de carbon.
Mangan și siliciu
Sub forma unui aditiv, pentru a crește gradul de deoxidare, se adaugă și mangan. În plus, acest element reduce efectele nocive ale sulfului. Conținutul de mangan nu este de obicei mai mare de 0, 8% și nu afectează proprietățile tehnologice ale aliajului. Prezent ca o componentă solidă.
Siliconul nu afectează în mod deosebit caracteristicile metalului. Este necesară creșterea calității pieselor de sudură. Conținutul acestui element nu depășește 0, 38% și se adaugă în timpul procesului de dezoxidare.
Sulf și fosfor
Sulful este conținut sub formă de sulfuri fragile. Cantitatea crescută a acestui element afectează proprietățile mecanice ale aliajului. Cu cât mai mult sulf, cu atât mai ductilitatea, fluiditatea și vâscozitatea aliajului. Dacă limita de 0, 06% este depășită, atunci produsul este mai susceptibil la coroziune și devine capabil de abraziune severă.
Prezența fosforului mărește indicele de curgere, dar în același timp scade ductilitatea și viscozitatea. În general, un conținut ridicat de fosfor scade semnificativ calitatea metalului. În special în detrimentul caracteristicilor conținutului ridicat de fosfor și carbon. Valorile limită pentru conținutul de fosfor sunt valori cuprinse între 0, 025 și 0, 044%.
Azot și oxigen
Acestea sunt impurități nemetalice care reduc proprietățile mecanice ale aliajului. Dacă conținutul de oxigen este mai mare de 0, 03%, atunci metalul devine mai rapid, valorile ductilității și vâscozității scad. Suplimentele de azot cresc rezistența, dar în acest caz, puterea de curgere scade. Conținutul crescut de azot face oțelul fragil și contribuie la îmbătrânirea rapidă a structurii metalice.
Comportamentul aditivilor din aliaj
Pentru a îmbunătăți toți parametrii fizici ai oțelului, aliajele sunt adăugate elemente speciale de aliere. Astfel de aditivi pot fi tungsten, molibden, nichel, crom, titan și vanadiu. Adunarea comună în proporțiile necesare dă rezultatele cele mai acceptabile.
Dopajul crește semnificativ rata de curgere, duritatea și previne deformarea și fisurarea.
Control al aliajelor
Înainte de a începe producția pentru a studia proprietățile unui aliaj metalic, efectuați teste. Eșantioanele de metal sunt afectate de diferite sarcini până la pierderea completă a tuturor proprietăților.
Încărcările sunt:
- Încărcarea statistică.
- Verificați rezistența și oboseala din oțel.
- Întinderea unui element.
- Încercarea la încovoiere și torsiune.
- Îndoire și rezistență la tracțiune.
Pentru aceste scopuri, utilizați mașini speciale și creați condiții cât mai apropiate posibil de modul de funcționare al viitorului proiect.
testarea
Pentru testarea unei probe cilindrice cu o secțiune transversală de douăzeci de milimetri și o lungime estimată de zece milimetri, se aplică o sarcină de tracțiune. Proba însăși are o lungime de peste zece milimetri, astfel încât poate fi captată în mod fiabil și este marcată cu o lungime de zece milimetri și se numește cea calculată. Forța de întindere este mărită, iar alungirea în creștere a eșantionului este măsurată. Pentru claritate, datele sunt reprezentate grafic. Se numește diagrama de întindere condiționată.
Cu o sarcină mică, eșantionul este prelungit proporțional . Atunci când forța de întindere crește suficient, limita de proporționalitate va fi atinsă. După trecerea acestei limite începe o alungire disproporționată a materialului cu o schimbare uniformă a rezistenței la tracțiune. Apoi, limita este atinsă, după care eșantionul nu poate reveni la lungimea inițială. Odată cu trecerea acestei valori, schimbarea piesei de testare are loc fără a crește forța de tracțiune. De exemplu, pentru bara de oțel Art. 3, această valoare este egală cu 2450 kg pe centimetru pătrat.
Punct de debit neexprimat
Dacă, cu o forță constantă de impact, materialul este capabil să se deformeze pentru o lungă perioadă de timp, atunci se numește plastic ideal.
În teste, adesea se întâmplă ca punctul de randament să fie definit fuzzy, apoi este introdusă o definiție a rezistenței condiționate a curbei. Aceasta înseamnă că forța care acționează asupra metalului a cauzat o deformare sau o modificare reziduală de aproximativ 0, 2%. Valoarea modificării reziduale depinde de ductilitatea metalului.
Cu cat metalul este mai plastic, cu atat valoarea tensiunii reziduale este mai mare. Aliajele tipice în care această deformare nu este clar exprimată sunt cuprul, alamă, aluminiu, oțelul cu conținut scăzut de carbon. Mostrele acestor aliaje se numesc compacte.
Când un metal începe să "curgă", după cum se arată prin experimente și cercetare, există schimbări puternice în rețeaua de cristal. La suprafață apar linii de tăiere, iar straturile de cristale se schimbă semnificativ.
După ce metalul se întindea spontan, trece în starea următoare și dobândește din nou capacitatea de a rezista. Apoi, aliajul atinge puterea sa și detaliile arată în mod clar cea mai slabă zonă în care se produce o îngustare strânsă a eșantionului.
Aria secțiunii transversale devine mai mică și în acest loc există o pauză și o distrugere. Mărimea forței de tracțiune în acest moment cade împreună cu valoarea efortului și partea se rupe.
Rezistă la o greutate de până la 17.500 kilograme pe centimetru pătrat. Rezistența la tracțiune a oțelului ST.3 este cuprinsă între 4-5 mii kilograme pe centimetru.
Caracteristica plasticității
Plasticitatea materialului este un parametru important care trebuie luat în considerare la proiectarea structurilor. Plasticitatea este determinată de doi indicatori:
- alungire reziduală;
- constricție la rupere.
Elongația reziduală se calculează prin măsurarea lungimii totale a piesei după ce sa rupt. Se compune din suma lungimilor fiecărei jumătăți a eșantionului. Apoi, în procente, se determină raportul la lungimea condițională inițială. Cu cât aliajul metalic este mai puternic, cu atât este mai mică valoarea elongației relative.
Restrângerea reziduală este raportul în procente dintre cel mai îngust punct al pauzei și aria inițială a secțiunii transversale a tijei investigate.
Rata de fragilitate
Cel mai fragil aliaj de metal este oțelul de scule și fonta. Fragilitatea este o proprietate opusă plasticității și este oarecum arbitrară, deoarece depinde puternic de condițiile externe.
Astfel de condiții pot include:
- Temperatura mediului ambiant Cu cât temperatura este mai mică, cu atât produsul devine mai fragil.
- Rata de schimbare a efortului aplicat.
- Umiditate și alți parametri.
Când se schimbă condițiile externe, același material se comportă diferit. În cazul în care știftul de fontă este fixat de toate părțile, atunci nu se rupe nici sub sarcini considerabile. Și, de exemplu, atunci când există șanțuri pe bara de oțel, partea devine foarte fragilă.
Prin urmare, în practică, nu se aplică conceptul limitei de fragilitate, dar starea eșantionului este determinată ca fragilă sau mai degrabă plastică.
Rezistența materialului
Această proprietate mecanică a piesei de prelucrat și este caracterizată de capacitatea de a rezista încărcăturii nu este distrusă complet. Pentru specimenul de testare sunt create condiții care reflectă cele mai viitoare condiții de funcționare și aplică diferite efecte, crescând treptat sarcina. O creștere a forțelor de impact determină deformarea plastică în eșantion. În materialele ductile, deformarea are loc pe o zonă pronunțată pronunțată numită gâtul. Materialele fragile se pot descompune în mai multe locuri în același timp.
Otelul trece testul pentru a determina cu exactitate diferitele proprietati pentru a obtine un raspuns cu privire la posibilitatea folosirii sale in anumite conditii in constructia si crearea de structuri complexe.
Valorile randamentului diferitelor tipuri de oțel sunt enumerate în standarde și condiții tehnice speciale. Există patru clase principale. Valoarea de randament a produselor de prima clasa poate ajunge la 500 kg / cm2, a doua clasa îndeplinește cerințele pentru o încărcătură de până la 3 mii kg / cm sq., A treia - până la 4000 kg / cm sq. iar cea de-a patra clasă rezistă până la 6 mii kg / cm pătrat.