Стали для строительных конструкций. Структура стали. Химический состав стали. Механические свойства стали, страница 3

Наряду с пределом текучести другой не менее важной прочностной характеристикой, является предел прочности (временное сопротивление) - , т.е. предельное условное напряжение, которое выдерживает испытываемая сталь.

Участок диаграммы после  (участок «г – д») называется стадией разрушения образца, во время которой происходит местное резкое уменьшение поперечного сечения образца, называемого шейкой, и разрыв шейки.

Мерой пластичности стали служат деформации, замеренные после разрушения образца. Поскольку часть деформаций, полученных образцом, носит упругий характер и является возвратимой, в результате измерений получают остаточные, т.е. пластические деформации - _ост. Для малоуглеродистых сталей _ост  = 20-30%.

Пластичность стали оценивают также испытаниями на изгиб до образования первой трещины. Испытания проводят при нормальной и отрицательной температурах.

Дополнительной механической характеристикой стали служит сопротивляемость хрупкому разрушению, которая оценивается ударной вязкостью при различных температурах.

Ударная вязкость () определяется отношением работы, затраченной на разрушение стандартного  образца ударным изгибом, к площади поперечного сечения образца.

Поскольку склонность стали к хрупкому разрушению увеличивается с понижением температуры, ударная вязкость  определяется при  температурах

-20 ⁰С, -40 ⁰С, -70 ⁰С, а также при нормальной температуре +20 ⁰С.

Термическая обработка стали

Улучшения механических свойств стали можно добиться термической обработкой, позволяющей изменить структуру стали, измельчить зерна, что в итоге способствует повышению прочности при незначительном снижении пластичности. Кроме того, термообработка является  методом повышения сопротивляемости хрупкому разрушению. Рассмотрим основные виды термической обработки.

Закалка  производится путем нагрева стали до температуры выше точки  (910 ⁰С) с образованием структуры аустенита, после чего следует быстрое охлаждение, чтобы зафиксировать в стали так называемую мартенситную структуру, обладающую высокой сопротивляемостью внешним воздействиям. В зависимости от скорости охлаждения могут быть получены различные структуры, более или менее твердые и мелкозернистые.

Отжиг - процесс медленного охлаждения стали нагретой выше точки ,  и постепенный переход железа в перлитную структуру в процессе замедленного охлаждения.

Нормализация - разновидность отжига с естественным охлаждением на воздухе, т.е. более быстрым. И отжиг и нормализация устраняют внутренние напряжения, образовавшиеся в результате кристаллизации и прокатки. Структура стали становится более уравновешенной.

Отпуск - нагрев стали до температуры, при которой происходит желательное структурное превращение, выдержка при этой температуре и затем медленное остывание. Используется для получения более однородной и устойчивой структуры стали. В зависимости от степени нагрева различают высокий, средний и низкий отпуск. Следует отметить, что отпуск может вызвать “разупрочнение” стали (снижение ), но при этом повышает ее пластичность.

Таким образом, изменения механических характеристик стали добиваются, главным образом, двумя способами -  легированием и термической обработкой. Стали высокой прочности получают сочетанием легирования с термообработкой.

Выбор марки стали для конструкции

На работу стали в конкретных условиях влияют следующие параметры:

температура среды (понижение температуры увеличивает склонность к хрупкому разрушению);

характер нагружения  (статическое, динамическое, вибрационное и пр.);

вид напряженного состояния (одноосное, плоское, объемное);