Производството на валцувани продукти включва производството на огромен брой сортове структурни стомани. Конструкциите по време на експлоатация изпитват сложни натоварвания, компресия, удар, огъване или едновременно действие в комплекса. За тежки и трудни условия на работа на конструкции, механизми и конструкции е необходимо да се осигури дълготрайност, безопасност и надеждност на работата, във връзка с което на метала се налагат повишени изисквания като основен конструктивен материал.
Основното нещо в изчисляването на структурите е желанието да се намали напречното сечение на стоманените конструкции на съвременните сглобки, за да се намали тяхната маса и икономичен разход на материал, без да се намалява носещата способност на конструкцията. В зависимост от работните условия изискванията за стоманата варират, но има стандартни, които са важни и се използват в процеса на проектиране. Структурната стомана трябва да отговаря на високи якостни характеристики с достатъчна еластичност на материала.
Границата на добив е важна конвенционална физическа величина, използвана пряко в формулите за изчисление. Използването на този индикатор като основа за изчисляване на якостта на конструкцията е разумно, тъй като необратими промени в линейните размери се появяват по време на работа в конструкция, което води до разрушаване на формата на продукта и неговия отказ. Увеличаването на тази характеристика дава възможност да се намалят изчислените напречни сечения на материала и теглото на металните конструкции и да ви позволи да увеличите натоварването.
Тежестта на добива на металите е характеристиката на стоманата, която показва критичното напрежение, след което материалът продължава да се деформира без увеличаване на товара. Този важен показател се измерва в паскали (Pa) или MegaPascals (MPa) и ви позволява да изчислите границата на допустимите напрежения за сферографитни стомани.
След като материалът преодолее точката на провлачване, в него се появят необратими деформации, структурата на кристалната решетка се променя, настъпват пластични промени. Ако стойността на силата на опън се увеличава, то след преминаване на границата на добив деформацията на стоманата продължава да нараства.
Често понятието за стръмност на стоманата се нарича стрес, при който започва необратима деформация, без да се определят различията с границата на еластичност. Но в реални условия стойността на индикатора за границата на провлачване надвишава границата на еластичност с около 5%.
Обща информация и характеристики на стоманата
Стоманата принадлежи към ковък деформируемата сплав на базата на желязо с въглерод и добавки от други елементи. Материалът се претопява от чугунени смеси с метален скрап в открити, електрически и кислородни конверторни пещи.
Равновесното състояние в структурата на стоманата
Образуваната кристална решетка на метала зависи от количеството на съдържащия се в тях въглерод и се определя от структурната схема в съответствие с процесите в тази сплав. Например, решетката от стомана, която съдържа до 0, 06% въглерод, има гранулирана структура и е ферит в чиста форма. Силата на такива метали е малка, но материалът има висока граница на издръжливост и течливост. Структурите на стоманите в равновесие са подразделени:
- феритни;
- перлит-ферит;
- цементит-ферит;
- циментитен перлит;
- перлит;
Влияние на съдържанието на въглерод върху свойствата на стоманата
Промените в основните компоненти на цементита и ферита се определят от свойствата на първия според закона за адитивност. Увеличаването на процента въглеродни добавки до 1, 2% позволява да се повиши якостта, твърдостта, прага на студения капацитет с 20 ° С и границата на провлачване. Увеличаването на съдържанието на въглерод променя физическите свойства на материала, което понякога води до влошаване на техническите характеристики, като способност за заваряване, деформация по време на щамповане. Нисковъглеродните сплави имат отлично заваряване в конструкциите.
Манганови и силициеви добавки
Манганът се въвежда в сплавта като технологична добавка, за да се увеличи степента на деоксидация и да се намалят вредните ефекти на серните примеси. В стоманите тя присъства като твърди съставки в количество не повече от 0, 8% и не оказва значително влияние върху свойствата на метала.
Силиконът действа в състава на сплавта по подобен начин, добавя се по време на процеса на дезоксидация в количество не повече от 0.38%. За да може да свързва части чрез заваряване, съдържанието на силиций не трябва да надвишава 0.24%. Силиконът в сплавта не влияе върху свойствата на стоманите.
Примеси на сяра и фосфор
Границата на съдържанието на сяра в сплавта е праг от 0, 06%, съдържа се под формата на крехки сулфити. Високото съдържание на примеси значително намалява механичните и физични свойства на стоманите. Това се отразява в намаляване на пластичността, граница на провлачване, якост на удар, устойчивост на абразия и корозия.
Съдържанието на фосфор също така влошава качествените показатели на металните сплави, увеличава се границата на добива след увеличаване на фосфора в състава, но вискозитетът и пластичността намаляват. Стандартното съдържание на примеси в сплавта се регулира от интервала от 0.025 до 0.044%. Фосфорът най-силно разгражда свойствата на стоманите, като едновременно с това поддържа висока степен на добавяне на въглерод.
Азот и кислород в сплавта
Тези вещества замърсяват стоманата с неметални примеси и влошават нейните механични и физични свойства. В частност, това се отнася до прага на вискозитет и издръжливост, пластичност и крехкост. Съдържанието на кислород в сплавта в количество над 0, 03% води до бързо стареене на метала, азотът увеличава крехкостта и с времето се увеличава стареенето на деформацията. Азотното съдържание увеличава силата, като по този начин намалява границата на провлачване.
Легиращи добавки в състава на сплавите
За легирана стомана, които са специално въведени в определени комбинации от елементи за подобряване на качествените характеристики. Комплексното допиране дава най-добри резултати. Хром, никел, молибден, волфрам, ванадий, титан и други се използват като добавки.
Допирането повишава границата на провлачане и други технологични свойства, като ударна якост, свиване и възможност за отгряване, понижаване на прага на опън и напукване.
Изпитване на стомана
За да се проучат напълно свойствата на материала и да се определи границата на провлачане, пластична деформация и якост, провеждайте тестове на метални проби до пълно унищожаване. Изпитването се извършва под действието на товари от следната форма:
статично натоварване;- циклична категория (издръжливост или умора);
- разтягане;
- огъване;
- усукване;
- по-рядко за комбинирани товари, като например огъване и разтягане.
Определянето на границите на изпитвателните товари се извършва при стандартни условия, като се използват специални машини, които са описани в правилата на Държавните стандарти.
Тестовата проба за определяне на границата на провлачване
За да направите това, вземете проба с цилиндрична форма с размер 20 mm, с приблизителна дължина от 10 mm и нанесете на него натоварване. Концепцията за приблизителната дължина се отнася до разстоянието между рисковете, прилагани към по-дълга проба, за способността за улавяне. За изпитването се определя връзката между увеличаването на якостта на опън и удължаването на изпитвателния образец .
Всички тестови показания се показват автоматично като графика за визуално сравнение. Нарича се диаграма на условното напрежение или условния стрес, графиката зависи от началната част на пробата и нейната първоначална дължина. Първоначално увеличаването на силата води до пропорционално удължаване на пробата. Това положение е валидно до границата на пропорционалност.
След достигане на този праг графиката става криволинейна и показва непропорционално увеличаване на дължината с равномерно увеличаване на натоварването. След това идва дефиницията за границата на добив. Докато напреженията в пробата не превишават този индикатор, материалът с прекъсване на натоварването може да се върне в първоначалното си състояние по отношение на размера и формата. На практика, тестовият процес разликата между тези граници е малка и не си струва много внимание.
Сила на добив
Ако продължите да увеличавате натоварването, тогава идва момент на изпитване, когато промяната във формата и размера продължава без увеличаване на силата. На диаграмата това се вижда от хоризонталната права линия (платформа) на добива. Записва се максималното напрежение, при което деформацията се увеличава след прекратяването на нарастващия товар. Този индикатор се нарича граница на провлачване. За стомана Art. 3 граница на провлачване от 2450 kg на квадратен сантиметър.
Условна сила на провлачване
По време на изпитването много метали дават диаграма, в която отсъства или слабо изразена площ на потока, за тях се използва концепцията за условна граница на провлачане. Тази концепция определя напрежението, което причинява остатъчна промяна или деформация в границата от 0, 2% . Металите, за които се прилага концепцията за условна граница на провлачане, са легирани и високовъглеродни стомани, бронз, дюралин и др. Колкото по-пластмасова е стоманата, толкова по-голяма е индикацията за остатъчни деформации. Те включват алуминий, месинг, мед и нисковъглеродна стомана.
Изпитването на стоманени проби показва, че течливостта на метала причинява значителни промени на кристалите в решетката и се характеризира с появата на линии на повърхността, насочени към централната ос на цилиндъра.
Максимална сила
След промяна на определено количество, пробата преминава в нова фаза, когато след преодоляване на границата на провлачване, металът отново може да устои на разтягане . Това се характеризира с втвърдяване, а линията на диаграмата отново се покачва, въпреки че нарастването се проявява в по-нежна проява. Появява се временна устойчивост на постоянно натоварване.
След достигане на максималното напрежение (якост на опън), проба с рязко стесняване, така наречената врата, характеризираща се с намаляване на площта на напречното сечение, се появява на пробата, а пробата се разбива в най-тънката точка. В този случай стойността на напрежението рязко пада и величината на силата намалява.
Стомана Член 3 се характеризира с якост на опън от 4000–5000 kg / cm2. За металите с висока якост тази цифра достига границата от 17 500 kg / cm3.
Пластичност на материала
Тя се характеризира с два показателя:
- остатъчно удължение;
- остатъчно стесняване при скъсване.
За да определите първия индикатор, измерете общата дължина на опънатата проба след разрушаване. За да направите това, подредете двете половини един с друг. Измервайки дължината, изчислете процента от първоначалната дължина. Издръжливите сплави са по-малко податливи на еластичност и относителната скорост на удължаване намалява до 63 и 11%.
Втората характеристика се изчислява след измерване на най-тясната част от процепа и се изчислява като процент от началната площ на пробата.
Стоманена крехкост
Обратното свойство на пластичността е индикатор за материална крехкост . Хрупките метали разглеждат чугуна, инструменталната стомана. Разделянето на стоманата на чупливи и пластични е условно, тъй като условията за работа или изпитване, скоростта на натоварване и температурата на околната среда са важни за определянето на този показател.
Някои материали в различни условия не се държат толкова крехко. Например, чугун, който е разположен така, че е закрепен от всички страни, не се срива дори при големи натоварвания и напрежения, които се срещат вътре. Стомана с канали се характеризира с повишена чупливост. Оттук и заключението, че е много по-целесъобразно да се тестват не границите на крехкостта, а да се определи състоянието на материала като пластмаса или крехко.
Извършват се изпитвания на стомани, за да се определят физико-техническите свойства, за да се получат надеждни данни за работата на строителството и създаването на структури в икономиката.