Producția de produse laminate implică fabricarea unui număr mare de soiuri de oțeluri structurale. Structurile în timpul exploatării prezintă sarcini complexe de tensiune, compresiune, impact, îndoire sau acțiune simultană în complex. Pentru condiții grele și dificile de lucru ale structurilor, mecanismelor și structurilor, este necesară asigurarea durabilității, siguranței și fiabilității muncii, în legătură cu care sunt impuse cerințe sporite asupra metalului ca material structural de bază.
Principalul lucru în calcularea structurilor este dorința de a reduce secțiunea transversală a structurilor metalice ale ansamblurilor moderne pentru a reduce consumul lor de masă și economic, fără a reduce capacitatea portantă a structurii. În funcție de condițiile de lucru, cerințele pentru oțel variază, însă există standarde importante care sunt folosite în procesul de proiectare. Oțelul structural trebuie să respecte caracteristicile de înaltă rezistență cu o ductilitate suficientă a materialului.
Punctul de randament reprezintă o cantitate fizică convențională importantă utilizată direct în formulele de calcul. Utilizarea acestui indicator ca bază pentru calcularea rezistenței unei structuri este rezonabilă, deoarece schimbările ireversibile ale dimensiunilor liniare apar în timpul funcționării într-o structură, ceea ce duce la distrugerea formei produsului și a defecțiunii sale. Creșterea acestei caracteristici face posibilă reducerea secțiunilor transversale ale materialului și a greutății structurilor metalice și permite creșterea volumului de lucru.
Rezistența la curgere a metalelor este caracteristica oțelului, care indică tensiunea critică, după care materialul continuă să se deformeze fără a mări încărcătura. Acest indicator important este măsurat în Pascals (Pa) sau MegaPascals (MPa) și vă permite să calculați limita eforturilor admise pentru oțelurile ductile.
După ce materialul depășește punctul de randament, în el apar deformări ireversibile, structura modificărilor zăbrelelor cristaline, schimbările de plastic apar. Dacă valoarea tracțiunii forței crește, atunci după trecerea punctului de randament, deformarea oțelului continuă să crească.
Deseori, conceptul de oțel inoxidabil se numește stres, la care începe deformarea ireversibilă, fără a se defini diferențele cu limita elasticității. Dar în condiții reale, valoarea indicelui de rezistență la curgere depășește limita elastică cu aproximativ 5%.
Informații generale și caracteristici ale oțelului
Oțelul aparține aliajului deformabil maleabil pe bază de fier cu carbon și aditivi ai altor elemente. Materialul este topit din amestecuri din fontă cu resturi metalice în cuptoare cu vatră deschisă, electrică și cu oxigen.
Starea de echilibru în structura oțelului
Grilele de cristal formate ale metalului depind de cantitatea de carbon conținută în ele și sunt determinate de diagrama structurală în conformitate cu procedeele din acest aliaj. De exemplu, grătarul de oțel, care conține până la 0, 06% carbon, are o structură granulară și este un ferit în forma sa pură. Rezistența acestor metale este mică, dar materialul are o limită superioară de duritate și fluiditate. Structurile oțelurilor în echilibru sunt subdivizate:
- feritic;
- perlită-feritei;
- cementita-feritei;
- perlit cementitic;
- perlită;
Efectul conținutului de carbon asupra proprietăților oțelului
Schimbările în principalele componente ale cementitei și feritei sunt determinate de proprietățile primului în conformitate cu legea aditivității. O creștere a procentului de adaosuri de carbon la 1, 2% face posibilă creșterea rezistenței, a durității, a pragului de capacitate a frigului cu 20 ° C și a rezistenței la curgere. Creșterea conținutului de carbon modifică proprietățile fizice ale materialului, ceea ce uneori duce la deteriorarea caracteristicilor tehnice, cum ar fi capacitatea de a suda, deformarea în timpul ștanțării. Aliajele cu conținut redus de carbon au o sudură excelentă în structuri.
Mangan și aditivi de siliciu
Manganul este introdus în aliaj ca aditiv tehnologic pentru a crește gradul de deoxidare și a reduce efectele nocive ale impurităților de sulf. În oțel, este prezent ca constituenți solizi într-o cantitate de cel mult 0, 8% și nu are un efect semnificativ asupra proprietăților metalului.
Siliconul acționează în compoziția aliajului într-un mod similar, se adaugă în timpul procesului de dezoxidare într-o cantitate de cel mult 0, 38%. Pentru a putea conecta piesele prin sudare, conținutul de siliciu nu trebuie să depășească 0, 24%. Siliciul din aliaj nu afectează proprietățile oțelurilor.
Impuritățile sulfului și fosforului
Limita conținutului de sulf din aliaj este un prag de 0, 06%, este conținut sub formă de sulfuri fragile. Conținutul ridicat de impurități afectează în mod semnificativ proprietățile mecanice și fizice ale oțelurilor. Acest lucru se reflectă într-o scădere a ductilității, rezistenței la curgere, rezistenței la impact, rezistenței la abraziune și coroziunii.
Conținutul de fosfor deteriorează, de asemenea, indicatorii de calitate ai aliajelor metalice, rezistența la curgere după o creștere a fosforului în compoziție crește, dar viscozitatea și ductilitatea scad. Conținutul standard al impurităților din aliaj este reglat de intervalul de la 0, 025 la 0, 044%. Fosforul degradează cel mai sever proprietățile oțelului, menținând în același timp o rată ridicată de adăugare de carbon.
Azotul și oxigenul din aliaj
Aceste substanțe poluează oțelul cu impurități nemetalice și degradează proprietățile sale mecanice și fizice. În special, acest lucru se referă la pragul de viscozitate și rezistență, plasticitate și fragilitate. Conținutul în aliaj de oxigen în cantitate mai mare de 0, 03% determină o îmbătrânire rapidă a metalelor, azotul crește fragilitatea și crește odată cu îmbătrânirea tulpinii. Conținutul de azot mărește rezistența, reducând astfel rezistența la curgere.
Aliaje de aliere în compoziția aliajelor
Pentru oțelul aliat, care este introdus în mod specific în anumite combinații de elemente pentru a îmbunătăți caracteristicile de calitate. Complexul dopaj oferă cele mai bune rezultate. Cromul, nichelul, molibdenul, tungstenul, vanadiul, titanul și altele sunt utilizate ca aditivi.
Dopajul crește rezistența la curgere și alte proprietăți tehnologice, cum ar fi rezistența la impact, contracția și posibilitatea de a recupera, scăzând pragul de întindere și crăparea.
Testarea oțelului
Pentru a studia în totalitate proprietățile materialului și pentru a determina rezistența la deformare, deformarea și rezistența plastică, efectuați testele probelor metalice până la distrugerea completă. Testul se efectuează sub acțiunea sarcinilor în forma următoare:
încărcătură statică;- categoria ciclică (rezistență sau oboseală);
- întindere;
- îndoire;
- torsiune;
- mai puțin frecvent pentru sarcini combinate, cum ar fi îndoirea și întinderea.
Determinarea limitelor sarcinilor de încercare se efectuează în condiții standard, folosind mașini speciale, care sunt descrise în regulile standardelor de stat.
Proba de testare pentru a determina puterea de randament
Pentru a face acest lucru, luați o mostră de formă cilindrică cu o dimensiune de 20 mm, o lungime estimată de 10 mm și aplicați o sarcină de tracțiune. Conceptul de lungime estimată se referă la distanța dintre riscurile aplicate unui eșantion mai mare pentru capacitatea de capturare. Pentru încercare se determină raportul dintre creșterea rezistenței la tracțiune și alungirea eșantionului de încercare .
Toate citirile de test sunt afișate automat ca un grafic pentru compararea vizuală. Se numește diagrama tensiunii condiționale sau a stresului condiționat, graficul depinde de secțiunea inițială a probei și de lungimea sa inițială. Inițial, o creștere a forței conduce la o alungire proporțională a eșantionului. Această situație este valabilă până la limita proporționalității.
După atingerea acestui prag, graficul devine curbil și indică o creștere disproporționată a lungimii cu o creștere uniformă a sarcinii. În continuare apare definiția puterii de randament. Atâta timp cât tensiunile din eșantion nu depășesc acest indicator, materialul cu încetarea încărcăturii poate reveni la starea inițială cu privire la dimensiune și formă. În practică, procesul de testare, diferența dintre aceste limite este mică și nu merită prea multă atenție.
Rezistența la randament
Dacă continuați să măriți încărcătura, atunci vine un moment de testare, când schimbarea formei și dimensiunii continuă fără o creștere a rezistenței. În diagramă, aceasta este indicată de linia orizontală dreaptă (platformă) de randament. Stresul maxim la care deformarea crește, după terminarea încărcării în creștere, este înregistrată. Acest indicator este denumit puterea de randament. Pentru oțel Art. 3 rezistență la curgere de 2450 kg / centimetru pătrat.
Condiționat puterea de randament
În timpul testării, multe metale dau o diagramă în care zona de curgere este absentă sau slab exprimată, pentru care se utilizează conceptul de rezistență la elasticitate condiționată. Acest concept definește stresul care determină o modificare reziduală sau o deformare în limita de 0, 2% . Metalele la care se aplică conceptul de rezistență la elasticitate condiționată sunt oțelurile aliate și cu conținut ridicat de carbon, bronzul, duralina și altele. Cu cât este mai plastic din oțel, cu atât este mai mare indicarea deformărilor reziduale. Acestea includ aluminiu, alamă, cupru și oțel cu conținut scăzut de carbon.
Testarea probelor de oțel arată că fluiditatea metalului determină deplasări semnificative ale cristalelor în zăbrele și se caracterizează prin apariția de linii pe suprafață îndreptate spre axa centrală a cilindrului.
Puterea maximă
După o schimbare cu o anumită cantitate, eșantionul trece într-o nouă fază, când, după depășirea puterii de randament, metalul poate rezista din nou la întindere . Aceasta se caracterizează prin întărire, iar linia diagramei se ridică din nou, deși creșterea are loc într-o manifestare mai blândă. Rezistența temporară la sarcină constantă apare.
După atingerea stresului maxim (rezistența la tracțiune), pe eșantion apare un eșantion de îngustare ascuțită, așa numitul gât, caracterizat printr-o scădere a suprafeței secțiunii transversale, iar proba se rupe în punctul cel mai subțire. În acest caz, valoarea tensiunii scade brusc și magnitudinea forței scade.
Oțelul 3 este caracterizat printr-o rezistență la tracțiune de 4000-5000 kg / cm2. Pentru metalele de înaltă rezistență, această cifră atinge limita de 17 500 kg / cm3.
Plasticitatea materialului
Se caracterizează prin doi indicatori:
- alungire reziduală;
- constricția reziduală la rupere.
Pentru a determina primul indicator, măsurați lungimea totală a eșantionului întins după rupere. Pentru a face acest lucru, stivuiți cele două jumătăți unul cu altul. Măsurați lungimea, calculați procentajul lungimii originale. Rezistența aliajelor este mai puțin susceptibilă la ductilitate, iar rata de alungire relativă scade la 63 eta11%.
A doua caracteristică se calculează după măsurarea celei mai restrânse părți a decalajului și se calculează ca procent din suprafața inițială a tăieturii eșantionului.
Stralucirea otelului
Proprietatea opusă plasticității este un indicator al fragilității materiale . Metalele fragile consideră că fonta, oțelul de scule. Divizarea oțelului în fragile și ductile este condiționată, deoarece condițiile de lucru sau testare, rata de creștere a sarcinii și temperatura ambiantă sunt importante pentru determinarea acestui indicator.
Unele materiale în condiții diferite nu se comportă ca fiind fragile. De exemplu, fonta, care este localizată astfel încât să fie fixată pe toate laturile, nu se prăbușește chiar și în cazul încărcăturilor grele și a solicitărilor care apar în interior. Oțelul cu caneluri se caracterizează prin creșterea fragilității. Prin urmare, concluzia că este mult mai util să nu testeze limitele fragilității, ci să se determine starea materialului ca fiind plastic sau fragil.
Testarea oțelurilor pentru a determina proprietățile fizice și tehnice se face pentru a obține date fiabile pentru lucrările de construcție și pentru crearea de structuri în economie.