24 Наклеп, старіння сталі. Вплив температури на механічні властивості
Наклепом називається підвищення межі текучості (умовної) і пружних властивостей сталі з одночасним зменшенням подовження, викликаних повторними (з перервами) навантаженнями сталі за межею текучості.
Проілюструємо явище наклепу на діаграмі розтягу сталі при повторних навантаженнях з повним розвантаженням. Навантаження і розвантаження металу в межах пружності не викликає змін в роботі металу. Графіки навантажень та розвантажень співпадають. Коли ж сталь довести до пластичних деформацій і розвантажити, то діаграма розвантаження піде паралельно до лінії деформацій (рис.2.8, а).
Рис. 2.8. До виникнення явища наклепу: а) початкове навантаження за межею текучості; б) наступні повторні навантаження з розвантаженнями
Наступні повторні навантаження і розвантаження наведені на рис. 2,8, б. При другому навантаженні діаграма піде спочатку по лінії розвантаження попередньої діаграми до точки, в якій навантаження було знято, а далі по діаграмі одноразового навантаження. Якщо порівняти цю другу діаграму з діаграмою одноразового навантаження, то
.
Аналогічна картина спостерігається при подальших повторних навантаженнях. Четверта діаграма вже повністю збігається з формою діаграми крихкого руйнування. Отже, послідовні форми діаграми розтягу сталі після повторних навантажень приводять до діаграми крихкого руйнування.
Як побічне явище, що є небезпечним для металоконструкцій, наклеп спостерігається при різанні металу ножицями, гнутті, пробиванні отворів тощо. Явище використовується для підвищення міцності арматури залізобетонних конструкцій, дротів ліній електропередач, тощо.
Старіння
Старінням називають зміну властивостей сталі в часі в результаті видалення з твердого розчину надлишкових компонентів (вуглецю, азоту та ін.), які утворюють з’єднання з залізом. В процесі старіння зменшується пластичність і підвищується крихкість матеріалу. Одночасно сталь стає більш міцною. Розрізняють термічне старіння (при нагріванні або нормальній температурі) і деформаційне. При розрахунках конструкцій природне старіння сталі не враховується.
Вплив температури
Зміна температури впливає на механічні властивості сталі. При від’ємних температурах міцність сталі дещо підвищується, але зменшується пластичність. Маловуглецеві сталі можуть використовуватися при температурі не нижче –45…-50°С, а низьколеговані – при температурі не нижче –55…-60°С.
При підвищенні температури до 250°С механічні властивості сталі практично не змінюються. При температурі 300…330°С сталь стає крихкою. При більш високих температурах крихкість зникає, але відбувається різке падіння значень у та u . А при t = 600…650°С настає так звана температурна пластичність, коли межа текучості наближається до нуля.
Таким чином, нагрівання МК під час пожеж надзвичайно небезпечне і приводить до швидких деформацій конструкцій та їх руйнування. А тому протипожежному захисту МК слід приділяти особливу увагу.
25 Концентрація напружень
При одноосному напруженому стані гладкого зразка силовий потік у зразку розподіляється рівномірно. Якщо в зразку зробити отвір або проріз, то лінії силового потоку будуть огинати ці перешкоди і поблизу них будуть зкупчуватись – виникає концентрація напружень (рис. 2.9).
Концентрація напружень характеризується коефіцієнтом концентрації:
,
де max – максимальне напруження в перерізі зразка в місці порушення форми (в місці концентратора);
o – напруження в перерізі аналогічного зразка без концентратора напружень.
Рис.2.9. Явище концентрації напружень: а – зразки з концентраторами
напружень; б – епюри напружень в місцях концентраторів
Чим вищий рівень концентрації напружень, тим менші пластичні деформації при руйнуванні, а залежність напружень від деформацій наближається до діаграми крихкого руйнування.