Робота сталі при статичному навантаженні

Лекція 3

Робота  сталі  при  статичному  навантаженні

Сталь  складається  головним  чином із  ферриту  /чистого  заліза,  яке дуже  пластичне  і  має  малу  міцність/  із  включеннями  перліту,  який має значну  міцність.  Встановлено, що  зсунути  одну  частину  монокристала заліза відносно  іншої  легше,  ніж  відірвати.  Тому  пластичні  деформа­ції  у зернах  сталі  відбуваються  внаслідок    зсуву.

Особливості  деформування  сталі  під  навантаженням  вивчені  на  рів­ні  атомів.  Міцність  сталі  значно знижують  недосконалості  кристалів сталі  /вони  називаються дислокаціями/,  які  бувають  крапковими,  ліній­ними,  поверхневими  й  об’ ємними.

Крапкові  дефекти:

відсутність  атома  у  вузлі  решітки  кристала;

заміщення  в  решітці  основного  атома  стороннім  /легування/;

розміщення  атома  поза  вузлом  решітки.

  Лінійні  дефекти  -  крайові  та  гвинтові  дислокації  /зміщення  груп атомів/.

Поверхневі  дефекти  - на межах  зерен.

Об"ємні  дефекти -  пори,  сторонні  включення.

Поблизу  дефектів  кристалічна  структура  спотворюється  і  виникають внутрішні  напруження.

Міцність металу  залежить  від  кількості  дислокацій  на  одиницю об^иєму.  У зв"язку  з  цим  підвищення міцності  металу  може  йти у двох напрямках:

зменшення  кількості  дефектів  кристалічної  структури;

регулювання кількості  дислокацій /легування,  попередні  пластич­ні  деформації/.

Таким  чином,  сталь  складається з хаотично  орієнтованих  зерен /монокристалів/,  які мають дефекти,  У  зв’язку  з  цим  у пружній  стадії матеріал працює  як  ізотропний.  Перехід у  пластичний  стан  буває  в місцях дії  максимальних дотичних  напружень  при  наявності  найбільшої кількості  дефектів.

У зв"язку  з  викладеним  роботу  сталі  при  розтязі можна  зобрази­ти у  вигляді  діаграми,  наведеної  на рис.  1.2.

Пружні  деформації  /прямолінійна ділянка діаграми   σ - ε / відбуваються  внаслідок  пружного  спотворення кристалічної  решітки  /до межі  пропорційності    σ_pr. /   При знятті   навантаження кристалічна  ре­шітка повертається у  початкове  положення.

При  збільшенні  напружень дислокації  накопичуються  біля  зерен ферриту,  що  сприяє  збільшенню  зсуву  у  його  зернах  /ділянка між  σ_pr та межею  текучості    σ_t і  призводить до  текучості  металу. При цьому  деформації зростають. Після 

 зняття напруження пружна  частина деформацій по­вертається,  а  незворотна  залишається /залишкові  деформації/.

Подальший  розвиток деформацій утруднюється  більш  міцними  зер­нами  перліту,  що  приводить до    стадії  самозміцнення.  Матеріал  почи­нає  працювати  як  пружно-пластичний.

Під час  розвитку  поздовжніх деформацій    спостерігаються  також поперечні  деформації,  які  при досягненні  напруженнями  тимчасового опору  сталі   (σ_un)     призводять до  виникнення шийки.

У м"яких  сталях  через  відсутність  перліту  стадія  зміцнення не спостерігається.  У  твердих  сталях  площадка  текучості  відсутня,  σ_unвідповідає   ε =  0,2%.

Важливим  є  співвідношення   σ_yn/ σ_un, від нього  залежить ступінь  використання  пластичної  стадії  під  час  роботи  конструкції. Для  СтЗ   σ_yn/ σ_un, =  0.6,  для  низьколегованих  сталей   σ_yn/ σ_un, = 0.8.

Для  всіх  прокатних  сталей  модуль  пружності    Е  = 2,06x10⁵ MПa.

Розрив  сталі  в  разі  розтягу відбувається  від  напружень  зсуву. За  напрямком дії  максимальних  напружень  зсуву  виникають  лінії  Людерса  -Чернова.

постійних  напруженнях/.  У СтЗ довжина  площадки  текучос­ті  І,5 ... 2%_.  Після 

  Робота  сталі  при  концентрації  напружень, при  складному  напруженому  стані  та  при  повторних  навантаженнях.

У  випадку двоосного  напруженого  стану  руйнування металу  відбувається від дії  дотичних  напружень. Значення показників межі текучості і тимчасового опору залежать від температури (при низьких температурах відношення s_yn/ s_un збільшується). При температурі 600^оС σ_ynі σ_un близькі до нуля. У місцях різкого змінення перерізу (отвори, надрізи, потовщення) лінії силового потоку викривлюються (рис.1.3.). Відношення максимальних напружень у місцях концентрації до середніх називається коефіцієнтом концентрації. Коефіцієнт концентрації залежить від форми зміни перерізу і становить від 2 … 3 для круглих отворів  і до 6 … 9 при надрізах. У випадку статичних навантажень і нормальної температури кон­центрація  напружень  суттєво  не  впливає  на  несучу  здатність  конструкцій.