Výroba valcovaných výrobkov zahŕňa výrobu veľkého množstva druhov konštrukčných ocelí. Konštrukcie počas prevádzky zažívajú v komplexe komplexné zaťaženia ťahom, kompresiou, nárazom, ohybom alebo pôsobením súčasne. Pre ťažké a ťažké pracovné podmienky konštrukcií, mechanizmov a konštrukcií je potrebné zaistiť trvanlivosť, bezpečnosť a spoľahlivosť práce, v súvislosti s ktorou sa kladú zvýšené nároky na kov ako základný konštrukčný materiál.
Hlavnou vecou pri výpočte konštrukcií je snaha znížiť prierez oceľových konštrukcií moderných zostáv, aby sa znížila ich hmotnostná a ekonomická spotreba materiálu bez zníženia únosnosti konštrukcie. V závislosti od pracovných podmienok sa požiadavky na oceľ líšia, ale existujú dôležité štandardy, ktoré sa používajú v procese projektovania. Konštrukčná oceľ musí spĺňať vysoké pevnostné charakteristiky s dostatočnou ťažnosťou materiálu.
Medza klzu je dôležitá konvenčná fyzikálna veličina priamo použitá vo výpočtových vzorcoch. Použitie tohto indikátora ako základu pre výpočet pevnosti konštrukcie je rozumné, pretože nevratné zmeny lineárnych rozmerov sa objavujú počas prevádzky v konštrukcii, čo vedie k zničeniu tvaru výrobku a jeho poruche. Zvýšenie tejto charakteristiky umožňuje znížiť vypočítané prierezy materiálu a hmotnosť kovových konštrukcií a umožňuje zvýšiť pracovné zaťaženie.
Medza klzu kovov je oceľová charakteristika, ktorá označuje kritické napätie, po ktorom sa materiál ďalej deformuje bez zvýšenia zaťaženia. Tento dôležitý indikátor sa meria v Pascaloch (Pa) alebo MegaPascaloch (MPa) a umožňuje vypočítať limit prípustných napätí pre tvárné ocele.
Potom, čo materiál prekročí medzu klzu, v ňom sa vyskytnú nevratné deformácie, mení sa štruktúra kryštálovej mriežky, dochádza k plastickým zmenám. Ak sa hodnota ťahu sily zvyšuje, potom po prechode medzou klzu sa deformácia ocele naďalej zvyšuje.
Koncepcia strmosti ocele sa často nazýva napätie, pri ktorom začína nezvratná deformácia, bez toho, aby sa definovali rozdiely s hranicou elasticity. V reálnych podmienkach však hodnota ukazovateľa medze klzu prekračuje limit pružnosti o 5%.
Všeobecné informácie a vlastnosti ocele
Oceľ patrí do kujnej deformovateľnej zliatiny na báze železa s uhlíkom a prísad iných prvkov. Materiál sa taví z liatinových zmesí s kovovým šrotom v peciach s otvoreným ohniskom, elektrickým a kyslíkovým konvertorom.
Rovnovážny stav v štruktúre ocele
Vytvorená kryštalická mriežka kovu závisí od množstva uhlíka v nich obsiahnutého a je určená konštrukčným diagramom v súlade s postupmi v tejto zliatine. Napríklad oceľová mriežka, ktorá obsahuje až 0, 06% uhlíka, má granulovanú štruktúru a je to ferit v čistej forme. Pevnosť takýchto kovov je malá, ale materiál má vysoký limit húževnatosti a tekutosti. Štruktúry ocelí v rovnováhe sú rozdelené: \ t
- ferritic;
- perlitu-ferit;
- cementitu-ferit;
- cementitický perlit;
- perlit;
Vplyv obsahu uhlíka na vlastnosti ocele
Zmeny v hlavných zložkách cementitu a feritu sú určené vlastnosťami prvej zložky podľa zákona aditivity. Zvýšenie podielu uhlíka na 1, 2% umožňuje zvýšiť pevnosť, tvrdosť, prah studenej kapacity o 20 ° C a medzu klzu. Zvyšujúci sa obsah uhlíka mení fyzikálne vlastnosti materiálu, čo niekedy vedie k zhoršeniu technických charakteristík, ako je schopnosť zvárania, deformácia počas lisovania. Nízko uhlíkové zliatiny majú vynikajúce zváranie v konštrukciách.
Mangánové a silikónové prísady
Mangán sa zavádza do zliatiny ako technologická prísada na zvýšenie stupňa dezoxidácie a zníženie škodlivých účinkov sírnych nečistôt. V oceliach je prítomný ako tuhé zložky v množstve nie väčšom ako 0, 8% a nemá významný vplyv na vlastnosti kovu.
Kremík pôsobí v zložení zliatiny podobným spôsobom, pridáva sa počas procesu dezoxidácie v množstve nie väčšom ako 0, 38%. Aby bolo možné spájať diely zváraním, obsah kremíka by nemal prekročiť 0, 24%. Kremík v zliatine neovplyvňuje vlastnosti ocelí.
Nečistoty síry a fosforu
Limit obsahu síry v zliatine je prahová hodnota 0, 06%, je obsiahnutá vo forme krehkých siričitanov. Vysoký obsah nečistôt významne zhoršuje mechanické a fyzikálne vlastnosti ocelí. To sa odráža v znížení ťažnosti, medze klzu, rázovej húževnatosti, odolnosti proti oderu a korózii.
Obsah fosforu tiež zhoršuje ukazovatele kvality kovových zliatin, medza výťažnosti po zvýšení fosforu v kompozícii sa zvyšuje, ale viskozita a ťažnosť klesá. Štandardný obsah nečistôt v zliatine je regulovaný v intervale od 0, 025 do 0, 044%. Fosfor degraduje vlastnosti ocelí najzávažnejšie a súčasne udržuje vysokú rýchlosť pridávania uhlíka.
Dusík a kyslík v zliatine
Tieto látky znečisťujú oceľ nekovovými nečistotami a zhoršujú jej mechanické a fyzikálne vlastnosti. Ide najmä o prah viskozity a vytrvalosti, plasticity a krehkosti. Obsah kyslíka v zliatine v množstve vyššom ako 0, 03% spôsobuje rýchle starnutie kovu, dusík zvyšuje krehkosť a časom zvyšuje starnutie. Obsah dusíka zvyšuje pevnosť, čím sa znižuje medza klzu.
Prísady do zliatin
Na legovanú oceľ, ktorá je špecificky zavedená v určitých kombináciách prvkov na zlepšenie vlastností kvality. Komplexné dopovanie poskytuje najlepšie výsledky. Ako prísady sa používajú chróm, nikel, molybdén, volfrám, vanád, titán a iné.
Doping zvyšuje medzu klzu a ďalšie technologické vlastnosti, ako je rázová pevnosť, kontrakcia a možnosť žíhania, zníženie prahu deformácie a praskanie.
Testovanie ocele
Aby bolo možné plne študovať vlastnosti materiálu a určiť medzu klzu, plastickú deformáciu a pevnosť, vykonajte skúšky vzoriek kovov až do úplného zničenia. Skúška sa vykonáva pôsobením zaťaženia nasledujúceho tvaru: \ t
statické zaťaženie;- cyklická kategória (vytrvalosť alebo únava);
- rozťahovanie;
- ohýbanie;
- torzné;
- menej často pri kombinovanom zaťažení, ako je ohyb a napínanie.
Stanovenie limitov skúšobných zaťažení sa vykonáva za štandardných podmienok, za použitia špeciálnych strojov, ktoré sú opísané v pravidlách štátnych noriem.
Skúšobná vzorka na stanovenie medze klzu
Za týmto účelom odoberte vzorku valcového tvaru s veľkosťou 20 mm, odhadovanú dĺžku 10 mm a na ňu aplikujte ťahové zaťaženie. Koncepcia odhadovanej dĺžky sa vzťahuje na vzdialenosť medzi rizikami, ktoré sa vzťahujú na dlhšiu vzorku pre schopnosť zachytiť. Pre skúšku sa stanoví vzťah medzi zvýšením pevnosti v ťahu a predĺžením skúšobnej vzorky .
Všetky namerané hodnoty sa automaticky zobrazia ako graf pre vizuálne porovnanie. Nazýva sa diagram podmieneného napätia alebo podmieneného napätia, graf závisí od počiatočnej časti vzorky a jej počiatočnej dĺžky. Zvýšenie sily vedie spočiatku k proporcionálnemu predĺženiu vzorky. Táto situácia je platná na hranici proporcionality.
Po dosiahnutí tejto prahovej hodnoty sa graf stane krivočiarym a indikuje neprimeraný nárast dĺžky s rovnomerným zvýšením zaťaženia. Ďalej nasleduje definícia medze klzu. Pokiaľ napätie vo vzorke neprekročí tento ukazovateľ, materiál s prerušením zaťaženia sa môže vrátiť do pôvodného stavu vzhľadom na veľkosť a tvar. V praxi, testovací proces rozdiel medzi týmito limitmi je malý a nestojí za veľa pozornosti.
Pevnosť v ťahu
Ak budete pokračovať v zvyšovaní zaťaženia, potom nastane moment testovania, kedy zmena tvaru a veľkosti pokračuje bez zvýšenia pevnosti. V diagrame je to znázornené vodorovnou priamkou (platformou) výnosu. Zaznamenáva sa maximálne namáhanie, pri ktorom sa deformácia zvyšuje po ukončení zvyšujúceho sa zaťaženia. Tento indikátor sa nazýva medza klzu. Pre oceľ Obj. 3 medza klzu 2450 kg na štvorcový centimeter.
Podmienená pevnosť
Počas testovania dáva veľa kovov diagram, v ktorom je oblasť prúdenia neprítomná alebo zle vyjadrená, pričom sa pre ne používa pojem podmienenej pevnosti výnosu. Táto koncepcia definuje napätie, ktoré spôsobuje reziduálnu zmenu alebo deformáciu v limite 0, 2% . Kovy, na ktoré sa vzťahuje koncept podmienenej medze klzu, sú legované a vysoko uhlíkové ocele, bronz, dural a iné. Čím viac ocele je plast, tým väčšia je indikácia zvyškových deformácií. Patrí medzi ne hliník, mosadz, meď a nízkouhlíková oceľ.
Testovanie vzoriek ocele ukazuje, že tekutosť kovu spôsobuje významné posuny kryštálov v mriežke a vyznačuje sa výskytom čiar na povrchu, smerujúcich na stredovú os valca.
Konečná sila
Po zmene o určité množstvo prejde vzorka do novej fázy, keď po prekonaní medze klzu môže kov opäť odolávať napínaniu . To je charakterizované stvrdnutím a línia diagramu opäť stúpa, hoci k nárastu dochádza v miernejšom prejave. Objaví sa dočasný odpor voči konštantnému zaťaženiu.
Po dosiahnutí maximálneho napätia (pevnosti v ťahu) sa na vzorke objaví vzorka ostrého zúženia, takzvaný krk, charakterizovaný poklesom prierezovej plochy, a vzorka sa zlomí v najtenšom bode. V tomto prípade hodnota napätia prudko klesá a veľkosť sily klesá.
Oceľ Art 3 sa vyznačuje pevnosťou v ťahu 4000 - 5000 kg / cm2. V prípade vysokopevných kovov dosahuje táto hodnota hranicu 17 500 kg / cm3.
Plasticita materiálu
Je charakterizovaná dvoma ukazovateľmi:
- zvyškové predĺženie;
- zvyškové zúženie pri prerušení.
Na určenie prvého indikátora zmerajte celkovú dĺžku napínanej vzorky po roztrhnutí. Aby ste to urobili, stohujte dve polovice navzájom. Meraním dĺžky vypočítajte percento pôvodnej dĺžky. Odolné zliatiny sú menej náchylné na ťažnosť a relatívna rýchlosť predlžovania klesá na 63 eta11%.
Druhá charakteristika sa vypočíta po zmeraní najužšej časti medzery a vypočíta sa ako percento počiatočnej plochy rezu vzorky.
Krehkosť ocele
Opačná vlastnosť k plasticite je indikátorom krehkosti materiálu . Krehké kovy považujú za liatinu, nástrojovú oceľ. Rozdelenie ocele na krehké a tvárné je podmienené tým, že pre stanovenie tohto ukazovateľa sú dôležité podmienky práce alebo skúšky, rýchlosť nárastu zaťaženia a teplota okolia.
Niektoré materiály v rôznych podmienkach sa nechovajú ako krehké. Napríklad liatina, ktorá je umiestnená tak, že je zovretá zo všetkých strán, sa pri vysokých zaťaženiach a namáhaniach vo vnútri nezrúti. Oceľ s drážkami sa vyznačuje zvýšenou krehkosťou. Preto sa dospelo k záveru, že je oveľa vhodnejšie otestovať hranice krehkosti, ale určiť stav materiálu ako plastického alebo krehkého.
Skúšanie ocelí na stanovenie fyzikálnych a technických vlastností sa vykonáva za účelom získania spoľahlivých údajov pre konštrukčné práce a tvorbu štruktúr v ekonomike.