Výroba válcovaných výrobků zahrnuje výrobu velkého množství druhů konstrukčních ocelí. Struktury během provozu vykazují v komplexu komplexní zatížení napětím, tlakem, rázem, ohybem nebo působením současně. Pro těžké a obtížné pracovní podmínky konstrukcí, mechanismů a konstrukcí je nutné zajistit trvanlivost, bezpečnost a spolehlivost práce, v souvislosti s nimiž jsou kladeny zvýšené požadavky na kov jako základní konstrukční materiál.
Podstatou při výpočtu konstrukcí je snaha o snížení průřezu ocelových konstrukcí moderních sestav, aby se snížila jejich hmotnost a ekonomická spotřeba materiálu bez snížení únosnosti konstrukce. V závislosti na pracovních podmínkách se požadavky na ocel liší, ale jsou důležité ty, které jsou důležité a jsou používány v procesu projektových prací. Konstrukční ocel musí splňovat vysoké pevnostní charakteristiky s dostatečnou tažností materiálu.
Mez kluzu je důležitá běžná fyzikální veličina přímo použitá ve vzorcích výpočtu. Použití tohoto indikátoru jako základu pro výpočet pevnosti konstrukce je rozumné, protože nevratné změny lineárních rozměrů se objevují během provozu ve struktuře, což vede ke zničení tvaru výrobku a jeho selhání. Zvýšení této charakteristiky umožňuje snížit vypočítané průřezy materiálu a hmotnost kovových konstrukcí a umožňuje zvýšit pracovní zatížení.
Mez kluzu kovů je ocelová charakteristika, která udává kritické napětí, po kterém se materiál nadále deformuje bez zvýšení zatížení. Tento důležitý ukazatel se měří v Pascalech (Pa) nebo MegaPascalech (MPa) a umožňuje vypočítat limit přípustných napětí pro tvárné oceli.
Poté, co materiál překoná mez kluzu, nastanou v něm nevratné deformace, mění se struktura krystalové mřížky, dochází ke změnám plastických hmot. Zvyšuje-li se hodnota pevnosti v tahu, pak po průchodu meze průtažnosti se deformace oceli stále zvyšuje.
Často se pojetí strmosti oceli nazývá napětí, při kterém začíná nezvratná deformace, aniž by se definovaly rozdíly s mezí elasticity. V reálných podmínkách však hodnota indikátoru meze kluzu překračuje mez pružnosti o cca 5%.
Obecné informace a vlastnosti oceli
Ocel patří k tvárné deformovatelné slitině na bázi železa s uhlíkem a aditiv jiných prvků. Materiál se taví z litinových směsí s kovovým šrotem v pecích s otevřeným ohništěm, elektrických a kyslíkových konvertorech.
Rovnovážný stav ve struktuře oceli
Vytvořená krystalová mřížka kovu závisí na množství uhlíku, který je v nich obsažen, a je určeno konstrukčním diagramem podle postupů v této slitině. Například ocelová mřížka, která obsahuje až 0, 06% uhlíku, má zrnitou strukturu a je feritem v čisté formě. Pevnost těchto kovů je malá, ale materiál má vysoký limit houževnatosti a tekutosti. Struktury ocelí v rovnováze jsou rozděleny:
- feritické;
- perlit-feritický;
- cement-feritický;
- cementitický perlit;
- perlitický;
Vliv obsahu uhlíku na vlastnosti oceli
Změny v hlavních složkách cementitu a feritu jsou dány vlastnostmi těchto látek podle zákona aditivity. Zvýšení podílu uhlíku na 1, 2% umožňuje zvýšit pevnost, tvrdost, práh studeného výkonu o 20 ° C a mez kluzu. Zvyšující se obsah uhlíku mění fyzikální vlastnosti materiálu, což někdy vede ke zhoršení technických vlastností, jako je schopnost svařování, deformace při lisování. Nízko uhlíkové slitiny mají výborné svařování ve strukturách.
Manganové a silikonové přísady
Mangan se zavádí do slitiny jako technologická přísada pro zvýšení stupně dezoxidace a snížení škodlivých účinků sírových nečistot. U ocelí je přítomen jako pevné složky v množství ne větším než 0, 8% a nemá významný vliv na vlastnosti kovu.
Křemík působí ve složení slitiny podobným způsobem, přidává se během procesu dezoxidace v množství ne větším než 0, 38%. Aby bylo možné spojovat díly svařováním, nesmí obsah křemíku překročit 0, 24%. Křemík ve slitině neovlivňuje vlastnosti ocelí.
Nečistoty síry a fosforu
Limit obsahu síry ve slitině je prahová hodnota 0, 06%, je obsažena ve formě křehkých sulfitů. Vysoký obsah nečistot významně zhoršuje mechanické a fyzikální vlastnosti ocelí. To se odráží v poklesu tažnosti, meze kluzu, rázové houževnatosti, odolnosti proti oděru a korozi.
Obsah fosforu také zhoršuje ukazatele kvality kovových slitin, mez kluzu po vzestupu fosforu v kompozici se zvyšuje, ale viskozita a tažnost klesá. Standardní obsah nečistot ve slitině je regulován intervalem od 0, 025 do 0, 044%. Fosfor degraduje vlastnosti ocelí nejpřísněji, přičemž současně udržuje vysoký přídavek uhlíku.
Dusík a kyslík ve slitině
Tyto látky znečišťují ocel nekovovými nečistotami a zhoršují její mechanické a fyzikální vlastnosti. Jedná se zejména o práh viskozity a vytrvalosti, plasticity a křehkosti. Obsah kyslíku ve slitině v množství větším než 0, 03% způsobuje rychlé stárnutí kovu, dusík zvyšuje křehkost a zvyšuje se časem stárnutí kmene. Obsah dusíku zvyšuje pevnost, čímž se snižuje mez kluzu.
Slitiny přísad do složení slitin
Pro legované oceli, které jsou specificky zavedeny v určitých kombinacích prvků ke zlepšení kvalitativních charakteristik. Komplexní doping poskytuje nejlepší výsledky. Jako aditiva se používají chrom, nikl, molybden, wolfram, vanad, titan a další.
Doping zvyšuje mez kluzu a další technologické vlastnosti, jako je rázová houževnatost, kontrakce a možnost žíhání, snížení prahu deformace a praskání.
Zkoušení oceli
Pro úplné studium vlastností materiálu a stanovení meze kluzu, plastické deformace a pevnosti provádějte zkoušky vzorků kovů až do úplného zničení. Zkouška se provádí za působení zatížení následujícího tvaru:
statické zatížení;- cyklická kategorie (vytrvalost nebo únava);
- protahování;
- ohyb;
- kroucení;
- méně často pro kombinovaná zatížení, jako je ohýbání a protahování.
Stanovení mezí zkušebního zatížení se provádí za standardních podmínek za použití speciálních strojů, které jsou popsány v pravidlech státních norem.
Zkušební vzorek pro stanovení meze kluzu
Za tímto účelem odeberte vzorek válcového tvaru o velikosti 20 mm, odhadovanou délku 10 mm a naneste na něj tahové zatížení. Pojem odhadované délky se vztahuje na vzdálenost mezi riziky použitými na delší vzorek pro schopnost zachytit. Pro zkoušku se stanoví vztah mezi zvýšením pevnosti v tahu a prodloužením zkušebního vzorku .
Všechny výsledky měření jsou automaticky zobrazeny jako graf pro vizuální porovnání. Nazývá se diagram podmíněného napětí nebo podmíněného napětí, graf závisí na počáteční části vzorku a jeho počáteční délce. Zpočátku vede zvýšení síly k proporcionálnímu prodloužení vzorku. Tato situace je platná na hranici proporcionality.
Po dosažení této prahové hodnoty se graf stane křivočarým a indikuje nepřiměřené zvětšení délky s rovnoměrným zvýšením zatížení. Dále přichází definice meze kluzu. Pokud napětí ve vzorku nepřekročí tento ukazatel, může se materiál s přerušením zatížení vrátit do původního stavu s ohledem na velikost a tvar. V praxi, testovací proces rozdíl mezi těmito limity je malý a nestojí za pozornost.
Pevnost v tahu
Pokud budete pokračovat ve zvyšování zátěže, nastane okamžik testování, kdy změna tvaru a velikosti pokračuje bez zvýšení pevnosti. V diagramu je to znázorněno vodorovnou přímkou (plošinou) výtěžku. Zaznamenává se maximální napětí, při kterém se deformace zvyšuje, po ukončení zvyšujícího se zatížení. Tento ukazatel se nazývá mez kluzu. Pro ocel Obj. 3 mez kluzu 2450 kg na čtvereční centimetr.
Podmíněná mez kluzu
Během zkoušek dává mnoho kovů diagram, ve kterém je oblast průtoku nepřítomná nebo špatně vyjádřená, pro ně se používá koncept podmíněné meze kluzu. Tato koncepce definuje napětí, které způsobuje zbytkovou změnu nebo deformaci v limitu 0, 2% . Kovy, na které se vztahuje koncept podmíněné meze kluzu, jsou legované a vysoce uhlíkové oceli, bronz, duralový a další. Čím více oceli je plastová, tím větší je indikace zbytkových deformací. Jedná se o hliník, mosaz, měď a nízkouhlíkovou ocel.
Testování vzorků oceli ukazuje, že tekutost kovu způsobuje významné posuny krystalů v mřížce a je charakterizován výskytem čar na povrchu, směřujících k centrální ose válce.
Konečná síla
Po změně o určité množství vzorek přejde do nové fáze, když po překonání meze kluzu může kov opět odolávat protahování . To je charakterizováno zpevňováním a linie diagramu opět stoupá, i když ke zvýšení dochází v mírnějším projevu. Objeví se dočasná odolnost proti stálému zatížení.
Po dosažení maximálního napětí (pevnosti v tahu) se na vzorku objeví vzorek ostrého zúžení, tzv. Krku, charakterizovaný poklesem plochy průřezu, a vzorek se zlomí v nejtenčím místě. V tomto případě hodnota napětí prudce klesá a velikost síly se snižuje.
Ocel Art 3 se vyznačuje pevností v tahu 4000–5000 kg / cm2. U vysokopevnostních kovů dosahuje tato hodnota limitu 17 500 kg / cm3.
Plasticita materiálu
Je charakterizován dvěma ukazateli:
- zbytkové prodloužení;
- zbytkové zúžení při přetržení.
Pro určení prvního indikátoru změřte celkovou délku nataženého vzorku po roztržení. K tomuto účelu naskládejte dvě poloviny. Měření délky vypočítejte procento původní délky. Odolné slitiny jsou méně náchylné k tažnosti a relativní poměrné prodloužení klesá na 63 eta11%.
Druhá charakteristika se vypočítá po měření nejužší části mezery a vypočte se jako procento počáteční plochy řezu vzorku.
Křehkost oceli
Opačná vlastnost k plasticitě je indikátorem křehkosti materiálu . Křehké kovy považují litinu, nástrojovou ocel. Rozdělení oceli na křehké a tvárné je podmíněno tím, že pro stanovení tohoto ukazatele jsou důležité podmínky práce nebo zkoušení, rychlost nárůstu zatížení a okolní teplota.
Některé materiály v různých podmínkách se chovají jako křehké. Například litina, která je umístěna tak, že je upnuta ze všech stran, se nezhroutí ani při silném zatížení a namáhání uvnitř. Ocel s drážkami se vyznačuje zvýšenou křehkostí. Z toho vyplývá závěr, že je mnohem výhodnější testovat ne křehkost, ale určit stav materiálu jako plastu nebo křehkého.
Zkoušky ocelí pro stanovení fyzikálních a technických vlastností jsou prováděny za účelem získání spolehlivých údajů pro stavební práce a tvorbu konstrukcí v ekonomice.