Produkcja walcowana obejmuje produkcję różnych gatunków stali konstrukcyjnych, z których każda ma indywidualne właściwości mechaniczne. W trakcie pracy konstrukcje stalowe poddawane są różnym stopniom naprężeń zginających i ściskających, naprężeń i udarów, a tylko stopień ich wytrzymałości i odporności zależy od właściwości mechanicznych metali. Aby wykonać prawidłowe obliczenia, stosuje się specjalną formułę obliczeń.
Rodzaje deformacji stali
Ciężkim konstrukcjom należy nadać dodatkową wytrzymałość i niezawodność, dlatego na właściwości stosowane do produkcji metali nakładane są specjalne wymagania.
Przy obliczaniu wielkości konstrukcji ważną rolę odgrywa spadek masy konstrukcji bez utraty jej nośności. Metale konstrukcyjne stosowane do produkcji konstrukcji metalowych powinny mieć wystarczająco wysoką wytrzymałość i dobrą ciągliwość.
Odporność na odkształcenie i pękanie pod wpływem obciążenia zewnętrznego zależy w dużej mierze od tego, jakie właściwości posiada metal . W produkcji stali deformacja występuje w dwóch postaciach: elastycznej i plastikowej.
Są one opisane przez różne cechy. Obecnie stosuje się kilka metod testowania próbek metali, które określają wartości proporcjonalności, elastyczności, płynności i innych ważnych cech.
Współczesna definicja stali brzmi jak solidny stop żelaza z węglem, którego udział procentowy określa podstawowe właściwości stali. Im wyższa zawartość węgla, tym metal jest mocniejszy i twardszy, ale ma niższą lepkość i ciągliwość. Dlatego tak ważne jest prawidłowe obliczenie stosunku tych wskaźników do produkcji niektórych wyrobów stalowych. Każda grupa dokonała oznakowania inaczej.
Strukturalna stal węglowa jest oznaczona literami St i cyfrowymi oznaczeniami od 1 do 9, a także dwiema literami, w zależności od metody odtleniania metalu (st.3kp):
- kp - gotowanie;
- ps - pół-spokojny;
- CN jest spokojny.
Jakościowo - dwucyfrowo: 05.08.10, … 45 …, co oznacza średnią ilość węgla w składzie stali.
Granica plastyczności stali
Granica proporcjonalności stali określa naprężenie, przy którym działa prawo Hooke'a, zgodnie z którym odkształcenie występujące w elemencie sprężystym jest proporcjonalne do przyłożonej do niego siły. Jeśli napięcie się zmieni, prawo to traci znaczenie.
Ważną wielkością fizyczną uczestniczącą w formule przy obliczaniu wytrzymałości konstrukcji jest granica plastyczności metalu . Gdy metal osiąga fizyczną granicę, nawet najmniejszy wzrost napięcia może wydłużyć próbkę, która zaczyna płynąć, w wyniku czego pochodzi jej oznaczenie. Pod tym względem granica plastyczności stali wykazuje naprężenie krytyczne, gdy materiał jest już odkształcony bez zwiększania obciążenia.
Jednostka, w której mierzona jest granica plastyczności, nosi nazwę Pascal (Pa) lub MegaPascal (MPa). Po przekroczeniu tego limitu próbka otrzymuje nieodwracalne zmiany - różne stopnie deformacji, naruszenie struktury strukturalnej sieci krystalicznej, różne transformacje plastyczne.
Jeżeli granica plastyczności zostanie przekroczona wraz ze wzrostem wartości siły rozciągającej, odkształcenie metalu ulega wzmocnieniu . Na schemacie jest to przedstawione w postaci poziomej linii, na której można zmierzyć napięcie maksymalnie uzyskane po zatrzymaniu wzmocnienia obciążenia. Tak zwana granica plastyczności St 3 wynosi 2450 kg / m2.
Ten wskaźnik różni się dla różnych gatunków stali i może różnić się od zastosowania różnych warunków temperaturowych i rodzajów obróbki cieplnej. Aby móc dokładnie określić granicę plastyczności stali, stosuje się tabelę, w której, w zależności od gatunków stali, podano granice plastyczności. Na przykład, zgodnie z tabelą, stal 20 ma granicę plastyczności 250 MPa, a stal 45 ma 360.
Podczas testowania niektóre metale na schemacie mają słabo wyrażoną powierzchnię plastyczności lub są całkowicie nieobecne, dlatego stosuje się do nich warunkową wytrzymałość na rozciąganie.
Materiały objęte zastosowaniem warunkowej granicy plastyczności to głównie przedstawiciele stali wysokowęglowych i stopowych, duraluminium, żeliwa, brązu i wielu innych.
Limit elastyczny
Bardzo ważnym składnikiem stanu mechanicznego metali jest granica sprężystości stali . Za jego pomocą maksymalny dopuszczalny poziom obciążeń jest ustalany podczas pracy metalu, gdy ulega on niewielkim odkształceniom przy dopuszczalnych wartościach.
Materiały konstrukcyjne same w sobie muszą łączyć wysokie granice rozciągania, przy których mogą wytrzymać duże obciążenia i mieć wystarczającą elastyczność, która zapewni niezbędną sztywność wytworzonej konstrukcji. Sam moduł sprężystości ma taką samą wielkość przy rozciąganiu i ściskaniu, ale ma zupełnie inne granice sprężystości - tak, że dla równie sztywnych struktur zakresy sprężystości mogą mieć zupełnie inne wartości.
W tym przypadku metal w stanie sprężystym nie ulega odkształceniom makroplastycznym, chociaż odkształcenia lokalne mogą również występować w jego poszczególnych mikroskopijnych objętościach. Dzięki nim zachodzą zjawiska nieelastyczne, które poważnie wpływają na zachowanie poszczególnych metali w stanie elastyczności.
W tym przypadku obciążenia statyczne prowadzą do pojawienia się zjawisk histeretycznych, relaksacji i sprężystości, a obciążenia dynamiczne wywołują pojawienie się tarcia wewnętrznego.
W procesie relaksacji następuje nieautoryzowany spadek stresu . Prowadzi to do manifestacji trwałego odkształcenia, gdy aktywne obciążenie nie jest już ważne. Kiedy pojawia się tarcie wewnętrzne, energia jest tracona. Powoduje to nieodwracalne skutki, które charakteryzują się zmniejszeniem tłumienia i współczynnikiem tarcia wewnętrznego.
Takie metale aktywnie tłumią wibracje i hamują dźwięk, na przykład żeliwo szare lub swobodnie wibrują, podobnie jak brąz dzwonowy. Wraz ze wzrostem ekspozycji na temperaturę spada elastyczność metali.
Wytrzymałość na rozciąganie
Wytrzymałość stali na rozciąganie, która występuje po przejściu przez granicę plastyczności i pozwala próbce ponownie rozpocząć odporność na rozciąganie, jest wyświetlana na wykresie przez linię, która staje się bardziej pusta.
Faza chwilowego oporu dochodzi do działającego stałego obciążenia. Przy zastosowaniu maksymalnego naprężenia w punkcie wytrzymałości ostatecznej powstaje odcinek, w którym pole przekroju zmniejsza się, a szyja znacznie zwęża się.
W takim przypadku próbka testowa pęka w najwęższym miejscu, jej napięcie maleje, a wartość siły maleje. Wytrzymałość na rozciąganie dla art. 3 wynosi 4000-5000 kg / m2.