Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Moderní výroba potřebuje spoustu výrobků z odolné oceli. Při výstavbě mostů, domů, složitých staveb využívajících různé oceli. Jedním z hlavních problémů je výpočet pevnosti kovu a hodnoty napětí ocelové výztuže. Aby konstrukce sloužily dlouhou dobu a byly bezpečné, je nutné znát přesnou mez průtažnosti ocelového materiálu, který je vystaven hlavnímu zatížení.
Základní definice
V procesu použití má každá konstrukce různé zatížení ve formě stlačení, napětí nebo nárazu. Mohou jednat samostatně i společně.
Moderní designéři usilují o snížení hmotnosti ocelových dílů, aby se ušetřil materiál, ale zároveň se zabránilo kritickému snížení nosnosti celé konstrukce. To je způsobeno redukcí ocelové výztuže.
V závislosti na účelu objektů se mohou měnit některé požadavky na ocel, ale existuje seznam standardních a důležitých ukazatelů. Jejich hodnoty jsou vypočteny ve fázi návrhu částí a součástí budoucí konstrukce. Obrobek musí mít vysokou pevnost a vhodnou tažnost.
Nejprve se při výpočtu pevnosti ocelového výrobku věnuje pozornost meze kluzu . Tato hodnota charakterizuje chování dílů při jejich vystavení.
Mez kluzu materiálu je velikost kritického napětí, při kterém se materiál nadále deformuje bez zvýšení zatížení. Tato vlastnost se měří v Pascalech a umožňuje vypočítat maximální možné namáhání pro tvárnou ocel.
Po průchodu tímto limitem se v materiálu vyskytují nenapravitelné zkreslení krystalové mřížky. S následným zvýšením nárazové síly na obrobek a překonáním meze průtažnosti se deformace zvyšuje.
Mez kluzu je někdy zaměňována s mezí elasticity . Jedná se o podobné koncepty, ale mez pružnosti je hodnota maximální odolnosti kovu a je těsně pod mezí kluzu.
Hodnota výtěžku je přibližně o pět procent vyšší než mez pružnosti.
Složení slitin oceli
Vlastnosti kovů závisí na vytvořené krystalové mřížce, která je zase určena obsahem uhlíku. Závislost typů mřížek na množství uhlíku je dobře sledována ve strukturním diagramu. Pokud například v ocelové mřížce existuje až 0, 06% uhlíku, jedná se o klasický ferit, který má zrnitou strukturu. Takový materiál je křehký, ale tekutý a má velkou mez pevnosti v nárazu.
Struktura oceli je rozdělena na:
- feritické;
- perlit-ferit;
- cement-feritický;
- cementitický perlit;
- perlit.
Přísady a pevnost uhlíku
Zákon aditivity je potvrzen procentními změnami v cementitu a feritu v oceli. Pokud je množství uhlíkové přísady asi 1, 2%, mez kluzu ocelového materiálu se zvyšuje a zvyšuje odolnost vůči tvrdosti, pevnosti a teplotě. S následným zvýšením obsahu uhlíku se technické parametry zhoršují. Ocel je špatně svařovaná a neochotně přístupná ražení. Nejlepší způsob svařování slitin s nízkým obsahem uhlíku.
Mangan a křemík
Ve formě přísady, pro zvýšení stupně dezoxidace, je navíc přidán mangan. Kromě toho tento prvek snižuje škodlivé účinky síry. Obsah manganu obvykle není větší než 0, 8% a nemá vliv na technologické vlastnosti slitiny. Jako pevná složka.
Křemík také nijak zvlášť neovlivňuje vlastnosti kovu. Je nutné zvýšit kvalitu svařovaných dílů. Obsah tohoto prvku nepřesahuje 0, 38% a přidává se během dezoxidačního procesu.
Síra a fosfor
Síra je obsažena ve formě křehkých sulfitů. Zvýšené množství tohoto prvku ovlivňuje mechanické vlastnosti slitiny. Čím více síry, tím horší duktilita, tekutost a viskozita slitiny. Je-li překročena mezní hodnota 0, 06%, pak je výrobek náchylnější k korozi a je schopen silného otěru.
Přítomnost fosforu zvyšuje index průtoku, ale zároveň snižuje tažnost a viskozitu. Zvýšený obsah fosforu významně snižuje kvalitu kovu. Zvláště škodlivé pro vlastnosti společného vysokého obsahu fosforu a uhlíku. Platné limity obsahu fosforu jsou hodnoty od 0, 025 do 0, 044%.
Dusík a kyslík
Jedná se o nekovové nečistoty, které snižují mechanické vlastnosti slitiny. Pokud je obsah kyslíku vyšší než 0, 03%, pak kov rychleji stárne, hodnoty duktility a viskozity klesají. Doplňky dusíku zvyšují sílu, ale v tomto případě se mez kluzu snižuje. Zvýšený obsah dusíku způsobuje, že ocel je křehká a přispívá k rychlému stárnutí kovové struktury.
Chování přísad do slitin
Pro zlepšení všech fyzikálních parametrů oceli se do slitiny přidávají speciální legovací prvky. Takovými aditivy mohou být wolfram, molybden, nikl, chrom, titan a vanad. Přidání spoje v požadovaných proporcích dává nejpřijatelnější výsledky.
Doping výrazně zvyšuje rychlost proudění, houževnatost a zabraňuje deformaci a praskání.
Kontrola slitiny
Před zahájením výroby studovat vlastnosti kovové slitiny, provádět zkoušky. Vzorky kovů jsou ovlivňovány různými zátěžemi až do úplného ztráty všech vlastností.
Zatížení jsou:
- Statistické zatížení.
- Zkontrolujte odolnost a únavu oceli.
- Natažení položky.
- Ohybové a torzní zkoušky.
- Ohyb spoje a pevnost v tahu.
Pro tyto účely používejte speciální stroje a vytvářejte podmínky co nejblíže způsobu provozu budoucího designu.
Testování
Pro zkoušení válcového vzorku s průřezem dvacet milimetrů a odhadovanou délkou deset milimetrů se aplikuje tahové zatížení. Samotný vzorek má délku více než deset milimetrů, takže může být spolehlivě zachycen a je označen délkou deset milimetrů a nazývá se vypočtený. Protahovací síla se zvyšuje a měří se rostoucí prodloužení vzorku. Pro přehlednost jsou data vynesena do grafu. To se nazývá podmíněný úsek grafu.
Při malém zatížení se vzorek proporcionálně prodlužuje . Když se natahovací síla dostatečně zvětší, dosáhne se limitu proporcionality. Po průchodu tohoto limitu začíná neproporcionální prodloužení materiálu s rovnoměrnou změnou pevnosti v tahu. Pak je dosaženo limitu, po kterém se vzorek nemůže vrátit na původní délku. Při průchodu této hodnoty dochází ke změně zkušebního tělesa bez zvýšení tahové síly. Například pro ocelové tyče Art. 3, tato hodnota se rovná 2450 kg na čtvereční centimetr.
Neočekávaný bod průtoku
Je-li materiál s konstantní silou nárazu, je schopný se dlouho deformovat, pak se nazývá ideálně plast.
V testech se často stává, že mez kluzu je fuzzy definována, pak je zavedena definice meze kluzu. To znamená, že síla působící na kov způsobila deformaci nebo zbytkovou změnu asi 0, 2%. Hodnota zbytkové změny závisí na tažnosti kovu.
Čím více kovu je plast, tím vyšší je hodnota zbytkového napětí. Typické slitiny, ve kterých není taková deformace jasně vyjádřena, jsou měď, mosaz, hliník, nízko uhlíková ocel. Vzorky těchto slitin se nazývají zhutněné.
Když kov začíná „proudit“, jak je ukázáno experimenty a výzkumem, v krystalové mřížce jsou silné změny. Na jejím povrchu se objevují smykové čáry a vrstvy krystalů se výrazně posouvají.
Poté, co se kov spontánně natáhl, přechází do dalšího stavu a znovu získá schopnost odolat. Potom slitina dosáhne své síly a detaily jasně ukazují nejslabší oblast, kde dochází k ostrému zúžení vzorku.
Průřezová plocha se zmenšuje a na tomto místě dochází k přerušení a zničení. Velikost tahové síly v tomto okamžiku klesá spolu s hodnotou napětí a zlomem součásti.
Vysoce pevné slitiny vydrží zatížení až 17 500 kg na čtvereční centimetr. Pevnost v tahu oceli ST.3 je v rozmezí 4 - 5 tisíc kilogramů na centimetr čtvereční.
Charakteristika plasticity
Plasticita materiálu je důležitým parametrem, který musí být vzat v úvahu při navrhování konstrukcí. Plasticita je určena dvěma ukazateli:
- zbytkové prodloužení;
- zúžení při přetržení.
Zbytkové prodloužení se vypočítá měřením celkové délky dílu po jeho zlomení. Skládá se ze součtu délek každé poloviny vzorku. Pak se v procentech určí poměr k původní podmíněné délce. Čím silnější je kovová slitina, tím menší je hodnota relativního prodloužení.
Zbytkové zúžení je poměr v procentech nejužšího bodu zlomu k počáteční ploše průřezu zkoumané tyče.
Míra nestability
Nejkřehčí kovovou slitinou je nástrojová ocel a litina. Křehkost je majetek opačný k plasticitě a je poněkud libovolný, protože silně závisí na vnějších podmínkách.
Tyto podmínky mohou zahrnovat:
- Teplota okolí Čím nižší je teplota, tím je výrobek křehčí.
- Míra změny aplikovaného úsilí.
- Vlhkost a další parametry.
Při změně vnějších podmínek se stejný materiál chová odlišně. Pokud je sevření prasečího železa sevřeno ze všech stran, nepraskne se ani při značném zatížení. A například, když jsou na ocelové tyči drážky, část se stává velmi křehkou.
V praxi tedy není použito pojetí limitu křehkosti, ale stav vzorku je stanoven jako křehký nebo spíše plastový.
Pevnost materiálu
Tato mechanická vlastnost obrobku a charakterizovaná schopností vydržet zatížení není zcela zničena. Pro zkušební vzorek jsou vytvořeny podmínky, které odrážejí nejbližší budoucí provozní podmínky a aplikují různé účinky, postupně zvyšují zátěž. Zvýšení nárazových sil způsobuje plastickou deformaci ve vzorku. V tažných materiálech dochází k deformaci na jedné, silně výrazné ploše zvané krk. Křehké materiály se mohou rozpadat na několika místech současně.
Ocel prochází zkouškou tak, aby přesně určila různé vlastnosti, aby získala odpověď na možnost jejího využití v určitých podmínkách při stavbě a tvorbě složitých konstrukcí.
Hodnoty výtěžnosti různých druhů oceli jsou uvedeny ve zvláštních normách a technických podmínkách. Existují čtyři hlavní třídy. Výnosnost výrobků první třídy může dosáhnout 500 kg / cm čtverečních, druhá třída splňuje požadavky na zatížení až 3 tisíc kg / cm čtverečních, Třetí - až 4 tisíc kg / cm čtverečních. a čtvrtá třída vydrží až 6 tisíc kg / cm čtverečních.