70. Классификация сталей. Работа стали при растяжении. Основные механические характеристики стали.
Классификация строительных сталей
По способу производства:
- кислородные;
- конвекторные;
- мартеновские.
По прочности – 3 группы
Обычной прочности σу ≤260 МПа
Повышенной прочности 260 – 400 МПа
Высокой прочности σу>400 МПа
Повышение прочности достигается легированием и термической обработкой.
По химическому составу:
-низко углеродистые с содерж. С≤0,22%;
- низколегированные с содерж. легиров. добавок до 3%.
Углеродистые стали обыкновенного качества состоят из железа и углерода с добавкой кремния (или алюминия) и марганца. Другие добавки (Сu, Сr) специально не вводя, но они могут попасть в сталь из руды.
Углерод повышает прочность, но снижает пластичность, ухудшает свариваемость, поэтому для МСК применяют стали с содержанием С<0,22 %
В состав легированных сталей кроме железа и углерода входят специальные добавки улучшающие свариваемость, сталь дороже. В МСК применяют низколегированные стали с содержанием добавок < 5 %. Каждая добавка обозначается буквой: С – кремний, М – молибден, Г – марганец, Д – медь, Ф – ванадий, А – азот, Ю – алюминий, Р – бор, Х – хром.
В обозначении марки стали первые две цифры – содержание С в 1/100 %. Затем перечисляются добавки и их содержание с округлением до целых % (1 не ставится). 0,9Г2С (0,09%углерода, 2% марганца)
Кремний раскисляет сталь, повышает прочность, но снижает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.
Марганец – повышает прочность, но при содержании > 2% сталь становится хрупкой.
Медь – повышает прочность, увеличивает коррозионную стойкость.
Хром, никель – повышают прочность без снижения пластичности, повышают коррозионную стойкость.
Алюминий хорошо раскисляется, повышая ударную вязкость, нейтрализуя вредное влияние фосфора.
Азот в несвязанном состоянии способствует старению и делает сталь хрупкой, поэтому содержание азота не должно превышать 0,009%.
Вредные примеси: фосфор - способствует хладоломкости; сера - способствует красноломкости. Такие вредные примеси очень опасны при сварных конструкциях.
Кислород сильно повышает хрупкость, такое же влияние оказывает водород.
По виду поставки горячекатаные, термообработанные, закаленные.
В горячекатаном состоянии сталь не всегда обладает комплексом оптимальных св-тв, поэтому используют термообработку.
По степени раскисления: кипящие (КП) (кипят при разливке – вследствие выделения газов). Головная часть(5%) отрезается т. к. поглощена газами. Эта сталь низкокачественная применяется в неответственных сооружениях.
Полуспокойная (ПС) – промежуточная стадия, 8% отрезается
Спокойная (СП) – не кипит при разливе, однородна, лучше сваривается, хорошо сопротивляется динамич. воздействиям и хрупкому разрушению, отрезают 15%, дороже на 15-20% чем КП.
Работа стали при растяжении.
На работу стали оказывает влияние строение (кристаллическая решетка). Сталь состоит из поликристаллов, которые в свою очередь состоят из монокристаллов (монокристалл – объемно-центрированный куб).
Разорвать монокристалл значительно труднее чемсдвинуть, сдвиг происходит по диагоналям куба. Теоретическая прочность значительно больше реальной, что объясняется явлением дислокации (линейные структурные дефекты, характеризующиеся нарушением правильности кристаллической решетки).
Диаграмма для низкоуглеродистой стали
«а»
– область упругой работы (по закону
Гука)
,
Е= const,
«б» – область пластической деформации
«с» – область самоупрочнения
Для расчета МК применяют идеализированную диаграмму Прандтля (для идеального упруго-пластического тела)
Характер диаграммы растяжения стали зависит от скорости нагружения. Стандартная скорость загружения – 300 кг/с.
Если стержень растянуть на величину Δl и закрепить, то со временем произойдет падение напряжения, которое называется релаксацией.
Механические свойства стали
Прочность – сопротивление материала внешним силовым воздействиям без разрушения
Упругость – свойство сохранять металлическую способность в процессе деформации
Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки.
Твердость – свойство поверхностного слоя металла сопротивляться деформациям или разрушению при внедрении в него более твердого металла.
σу – предел текучести – напряжение, которое соответствует относительному удлинению 0,2% после разгрузки. Для сталей не имеющих площадку текучести величина σу принимается при ε=0,2%
σu – временное сопротивление – предельная разрушающая нагрузка относительно к первоначальной площади поперечного сечения.
Упругие свойства характеризуются модулем упругости Е=tgα
Ударная вязкость – характеризуется работой, затраченной на разрушение стального образца, измеряется в Дж/см2 при температуре +20, -20, -40, -60 °С.