Proizvodnja valjanih izdelkov vključuje izdelavo velikega števila sort strukturnih jekel. Strukture med delovanjem imajo kompleksne obremenitve napetosti, stiskanja, udarca, upogibanja ali hkratnega delovanja v kompleksu. Za težke in težke delovne pogoje konstrukcij, mehanizmov in konstrukcij je potrebno zagotoviti trajnost, varnost in zanesljivost dela, v povezavi s katerim so za kovino kot osnovni konstrukcijski material uvedene večje zahteve.
Glavna stvar pri izračunu struktur je želja, da se zmanjša prerez jeklenih konstrukcij sodobnih sklopov za zmanjšanje njihove mase in ekonomične porabe materiala brez zmanjšanja nosilnosti konstrukcije. Glede na delovne pogoje se zahteve za jeklo razlikujejo, vendar obstajajo standardne, ki so pomembne in se uporabljajo v procesu projektiranja. Konstrukcijsko jeklo mora izpolnjevati visoke lastnosti trdnosti z zadostno duktilnostjo materiala.
Meja izkoristka je pomembna konvencionalna fizikalna količina, ki se neposredno uporablja v formulah za izračun. Uporaba tega kazalnika kot osnove za izračun trdnosti konstrukcije je smiselna, saj se med obratovanjem v konstrukciji pojavijo nepopravljive spremembe linearnih dimenzij, kar vodi do uničenja oblike izdelka in njegove odpovedi. Povečanje te značilnosti omogoča zmanjšanje konstrukcijskih prerezov materiala in teže kovinskih konstrukcij ter povečanje delovnih obremenitev.
Meja tečenja kovin je značilnost jekla, ki kaže kritično napetost, po kateri se material še naprej deformira brez povečanja obremenitve. Ta pomemben kazalnik se meri v paskalih (Pa) ali MegaPascals (MPa) in omogoča izračun meje dopustnih napetosti za nodularno jeklo.
Ko material preseže mejo tečenja, se v njej pojavijo nepopravljive deformacije, struktura kristalne mreže se spremeni, pride do plastičnih sprememb. Če se natezna vrednost sile poveča, potem se po prehodu meje izkoristka deformacija jekla še naprej povečuje.
Pogosto se pojem strmine jekla imenuje napetost, pri kateri se začne nepovratna deformacija, ne da bi opredelili razlike z mejo elastičnosti. Toda v realnih razmerah je vrednost indikatorja meje tečenja presegla mejo elastičnosti za približno 5%.
Splošne informacije in značilnosti jekla
Jeklo spada med temprano deformabilno zlitino na osnovi železa z ogljikom in dodatki drugih elementov. Material se tali iz železovih mešanic s kovinskimi odpadki v odprtih, električnih in kisikovih pretvornikih.
Ravnotežno stanje v strukturi jekla
Nastala kristalna rešetka kovine je odvisna od količine ogljika v njih in je določena s strukturno shemo v skladu s postopki v tej zlitini. Na primer, jeklena rešetka, ki vsebuje do 0, 06% ogljika, ima zrnato strukturo in je v čisti obliki ferit. Trdnost takih kovin je majhna, vendar ima material visoko mejo žilavosti in fluidnosti. Strukture jekel v ravnotežju so razdeljene:
- feritne;
- perlit-ferit;
- cement-ferit;
- cementni perlit;
- perlitna;
Vpliv vsebnosti ogljika na lastnosti jekla
Spremembe glavnih sestavin cementita in ferita določajo lastnosti prvega po zakonu aditivnosti. Povečanje odstotka dodatkov ogljika na 1, 2% omogoča povečanje trdnosti, trdote, praga hladne zmogljivosti za 20 ° C in meje tečenja. Povečanje vsebnosti ogljika spreminja fizikalne lastnosti materiala, kar včasih vodi v poslabšanje tehničnih lastnosti, kot so sposobnost varjenja, deformacije med žigosanjem. Nizkoogljične zlitine imajo odlično strukturo varjenja.
Dodatki iz mangana in silicija
Mangan se v zlitino vnese kot tehnološki dodatek za povečanje stopnje dezoksidacije in zmanjšanje škodljivih učinkov žvepla. V jeklih je prisotna kot trdne sestavine v količini ne več kot 0, 8% in nima pomembnega vpliva na lastnosti kovine.
Silikon deluje v sestavi zlitine na podoben način, doda se v procesu dezoksidacije v količini, ki ni večja od 0, 38%. Za povezavo delov z varjenjem vsebnost silicija ne sme presegati 0, 24%. Silicij v zlitini ne vpliva na lastnosti jekla.
Nečistoče žvepla in fosforja
Meja vsebnosti žvepla v zlitini je prag 0, 06%, vsebuje se v obliki krhkih sulfitov. Visoka vsebnost nečistoč močno zmanjšuje mehanske in fizikalne lastnosti jekel. To se odraža v zmanjšanju duktilnosti, trdnosti tečenja, udarne trdnosti, odpornosti proti obrabi in korozije.
Vsebnost fosforja poslabšuje tudi kazalce kakovosti kovinskih zlitin, povečuje se meja tečenja po povečanju fosforja v sestavi, zmanjšuje pa se viskoznost in duktilnost. Standardna vsebnost nečistoč v zlitini je regulirana z intervalom od 0, 025 do 0, 044%. Fosfor najbolj razgrajuje lastnosti jekla, hkrati pa ohranja visoko stopnjo dodatka ogljika.
Dušik in kisik v zlitini
Te snovi onesnažujejo jeklo z nekovinskimi nečistočami in zmanjšujejo njegove mehanske in fizikalne lastnosti. Zlasti se to nanaša na prag viskoznosti in vzdržljivosti, plastičnosti in krhkosti. Vsebnost kisika v zlitini v višini več kot 0, 03% povzroči hitro staranje kovine, dušik poveča krhkost in sčasoma poveča staranje deformacije. Vsebnost dušika poveča trdnost in s tem zmanjša mejo tečenja.
Legirni dodatki v sestavi zlitin
Za legirano jeklo, ki je posebej uvedeno v določenih kombinacijah elementov za izboljšanje kakovostnih značilnosti. Kompleksno doping daje najboljše rezultate. Kot dodatki se uporabljajo krom, nikelj, molibden, volfram, vanadij, titan in drugi.
Doping povečuje mejo tečenja in druge tehnološke lastnosti, kot so udarna trdnost, krčenje in možnost žarjenja, znižanje praga deformacije in razpok.
Preskušanje jekla
Da bi v celoti preučili lastnosti materiala in določili mejo tečenja, plastično deformacijo in trdnost, izvedite preskuse kovinskih vzorcev do popolnega uničenja. Preskus se izvaja pod obremenitvijo naslednje oblike: \ t
statična obremenitev;- ciklična kategorija (vzdržljivost ali utrujenost);
- raztezanje;
- zavoj;
- torzija;
- manj pogosto pri kombiniranih obremenitvah, kot so upogibanje in raztezanje.
Določanje mej preskusnih obremenitev se izvaja v standardnih pogojih, pri čemer se uporabljajo posebni stroji, ki so opisani v pravilih državnih standardov.
Preskusni vzorec za določanje meje tečenja
V ta namen vzemite vzorec valjaste oblike z velikostjo 20 mm, ocenjeno dolžino 10 mm in nanj nanesite natezno obremenitev. Koncept ocenjene dolžine se nanaša na razdaljo med tveganji, ki veljajo za daljši vzorec, za zmožnost zajetja. Za preskus se določi razmerje med povečanjem natezne trdnosti in raztezkom preskusnega vzorca .
Vse preskusne vrednosti se samodejno prikažejo kot graf za vizualno primerjavo. Imenuje se diagram pogojne napetosti ali pogojnega stresa, graf je odvisen od začetnega dela vzorca in njegove začetne dolžine. Na začetku povečanje sile vodi do sorazmernega raztezka vzorca. To stanje velja do meje sorazmernosti.
Po doseganju tega praga postane graf krivuljast in kaže nesorazmerno povečanje dolžine z enakomernim povečanjem obremenitve. Sledi definicija meje tečenja. Dokler napetosti v vzorcu ne presegajo tega indikatorja, se lahko material s prenehanjem obremenitve vrne v prvotno stanje glede na velikost in obliko. V praksi je testni proces razlika med temi omejitvami majhna in ni vredna veliko pozornosti.
Moč donosa
Če boste še naprej povečevali obremenitev, bo prišel trenutek preskušanja, ko se sprememba oblike in velikosti nadaljuje brez povečanja moči. Na diagramu je to prikazano z vodoravno premico (platformo) donosa. Zabeleži se največja napetost, pri kateri se po prenehanju povečanja obremenitve povečuje deformacija. Ta indikator se imenuje meja tečenja. Za jeklo Art. 3 meja tečenja 2450 kg na kvadratni centimeter.
Pogojna trdnost tečenja
Med preskušanjem številne kovine dajejo diagram, v katerem je območje pretoka odsotno ali slabo izraženo, za njih se uporablja koncept pogojne trdnosti. Ta koncept definira napetost, ki povzroči preostalo spremembo ali deformacijo pri 0, 2% meji . Kovine, na katere se nanaša koncept pogojne trdnosti, so legirana in visokoogljična jekla, bron, duraluminij in drugi. Bolj ko je jeklo iz plastike, večja je prikaz preostalih deformacij. Sem sodijo aluminij, medenina, baker in nizkoogljično jeklo.
Preskušanje jeklenih vzorcev kaže, da fluidnost kovine povzroča precejšnje premike kristalov v rešetki in je označena z videzom linij na površini, usmerjenim na osrednjo os valja.
Končna trdnost
Po spremembi za določeno količino vzorec preide v novo fazo, ko se po premagovanju meje tečenja kovina ponovno upira raztezanju . Za to je značilno utrjevanje in linija diagrama se ponovno dviguje, čeprav se povečanje pojavi v bolj nežni manifestaciji. Pojavi se začasna odpornost na konstantno obremenitev.
Po doseženi maksimalni napetosti (natezna trdnost) se na vzorcu pojavi vzorec ostrega zoženja, tako imenovani vrat, za katerega je značilno zmanjšanje prečnega prereza, in vzorec se zlomi v najtanjši točki. V tem primeru se vrednost napetosti močno zmanjša, velikost sile pa se zmanjša.
Za jeklo člen 3 je značilna natezna trdnost 4000–5000 kg / cm2. Pri visoko trdnih kovinah ta vrednost doseže mejo 17.500 kg / cm3.
Plastičnost materiala
Zanj so značilna dva kazalnika:
- preostalo raztezek;
- preostalo zoženje ob prekinitvi.
Za določitev prvega indikatorja izmerite skupno dolžino raztegnjenega vzorca po prelomu. To naredite tako, da med seboj zložite dve polovici. Z merjenjem dolžine izračunajte odstotek prvotne dolžine. Trajne zlitine so manj dovzetne za duktilnost in relativna hitrost raztezanja se zmanjša na 63 eta11%.
Druga značilnost se izračuna po merjenju najožjega dela vrzeli in se izračuna kot odstotek začetne površine reza vzorca.
Jeklena krhkost
Nasprotna lastnost plastičnosti je pokazatelj materialne krhkosti . Krhke kovine obravnavajo lito železo, orodno jeklo. Pogoj je delitev jekla na krhko in duktilno, saj so za določitev tega kazalnika pomembni pogoji dela ali preskušanje, hitrost povečanja obremenitve in temperatura okolja.
Nekateri materiali v različnih pogojih se ne obnašajo kot krhki. Na primer, litega železa, ki je nameščen tako, da je pritrjen na vse strani, se ne sesuje niti pri velikih obremenitvah in napetostih, ki se pojavljajo znotraj. Za jeklo z utori je značilna povečana krhkost. Zato sklepamo, da je precej bolj smiselno preizkusiti ne meje krhkosti, ampak določiti stanje materiala kot plastiko ali krhkost.
Testiranje jekel za določitev fizikalnih in tehničnih lastnosti je izvedeno z namenom, da se pridobijo zanesljivi podatki za delo pri gradnji in vzpostavitev struktur v gospodarstvu.