Строительные стали и алюминиевые сплавы. Классификация сталей. Работа стали на растяжения. Условие пластичности

 1. Строит. стали и ал. сплавы (классификация сталей). Различ-ся по: способу выплавки (электросталь, кислородно-конвекторная, мартеновская); степени раскисления (кипящая, полуспокойная, спокойная); хим. сос-ва; сост. поставки; уровню или классу прочн.; категории кач-ва; по хладостойкости. Кач-во стали опред-ся сопр-ем многократному нагруж. (усталостью), свариваемостью, корроз. стойкостью. По мех. св.: обычной, повышенной, высокой прочн. Мех.св. и ее свариваемость зависят от хим.состава, вида терм.обработки и технологии прокатки.

2. (структура малоуглеродистых и низколегированных сталей). Стр-ра охлажд-ой до комн. t Малоугл. стали состоят из 2 фаз − цементита и феррита, он образует самост. зерна, входит в перлит в виде пластинок. Стр-ра низколегир. сталей содержит мало углерода, повышение прочн. достиг-ся легированием − добавками, которые наход-ся в тверд. рас-ре с ферритом и этим его упроч. Углерод. сталь обыкновенного кач-ва сост. из Fe и С с некот. добавкой Si или Al, Mg, меди.

3. (способы выплавки).мартеновская, кислородно-конвекторная и электросталь.

4. (степень раскисления). Различают: Кипящая − сталь имеет достаточно хороший показат. по пределу текучести и временному сопрот. Хуже сопрот-ся хрупкому разруш. и старению. Спокойная − раскисляется в сталеплавильном агрегате и в ковше при выпуске. В жидкий Ме вводятся жидкие раскислители: Mg, кремний, Al, титан и т.д. Реакция окисления С прекращ. и сталь перестает кипеть. При соед-ии с О₂ раскислители образ. в мелкодисперсной фазе силикаты и алюминаты. Они↑число очагов кристалл. и способствуют образ. мелкозернистой стр-ры стали, что ↑ ее кач-во и мех. св-ва. Спокойная сталь более однородна, лучше сваривается, сопрот-ся динам. воздействиям, хрупкому разруш. Спокойная сталь прим-тся при изготовлении ответственных констр., подвергающихся статич. и динамич. воздействиям. Но они на 12% дороже кипящих сталей. Полуспок. сталь − по кач-ву явл-ся промеж., раскисляется меньшим кол-вом раскислителей (Si, Аl).

5. (химический состав). Основу стали составляет феррит (малая прочн., очень пластичен). Его прочн. ↑ добавл. углерода. По содерж. углер.: малоуглерод. (до 0.25% С); среднеуглерод.(до 0.3-0,6% С); высокоуглерод. (>0,6% С) стали. Для обычных сварных стальных констр. используют малоуглерод стали. Различают легированные стали - в них вводят легирующие добавки. Один или более легир-их эл-тов: Mg, кремний, ванадий, хром, никель, молибден, титан. Лег. стали с небольшим содерж. легир. эл-тов (↓10%) и с низким содерж. С (не ↑ 0,5%) -низколегиров стали. Если легир. эл-тов > 10%  и одного из них > 8% -высоколегир. Св-ва стали: корроз. стойкость, жаростойкость, хладостойкость. Используют только для спец. целей.

6. (состояние поставки: нормализация, термическое улучшение). Работосп. констр. зависит от сост. поставки. Обычно металлопрокат дост-ют после горяч. прокатки - дешево, но сталь редко обладает оптим. св-вами. Ещё поставка после термич. обраб. Виды термич. обработки: нормализация (простой нагрев проката до 900−950 °С с послед. охлажд. на воздухе, измельчает стр-ру, делает ее более однород., снимает внутр. напряж, приводит к улучш. прочн. и пластич. проката и его ударной вязкости); термич. улуч.( закалку- резкое охлаждение проката, нагретого до t 890−950°С, в воде и под ледяным душем, и далее отпуск − это уже нагрев и удерж. при t 550−700°С, Главная цель − ↑ прочностные показатели стали, существ. ↑ сопр. стали хрупкому разруш).

7. (уровень прочности, категории кач-ва). По прочн: обычные (малоуглерод. стали, σ_m=270МПа, σ_Вр=390МПа), повыш. (можно получить термич. обработкой малоуглерод. стали и легир-ем (низколегир-ые), σ_m=350-390МПа, σ_Вр=440-540МПа) и ↑ прочности (σ_m=410-600МПа, σ_Вр=570-700МПа). По виду проката: лист, фасон, труба; по толщ. проката – чем ↓ толщ. проката, тем ↑ его прочн. хар-ки. В зависимости от назнач. по след. группам: А – по механ. св-вам; Б – по хим. составу; В – по мех. св-вам и хим.составу. Кач-во стали опред. мех. св-вами: 1. сопр. статич. возд-иям; 2. сопр. динамич. возд-иям и хрупким разруш-ям (ударная вязкость); 3. показатель пластичн. – отн-ное удлинение; 4. сопр. расслоению – изгиб в холод. состоянии; 5. сопр. многократному нагруж. – усталость; 6. свариваемость – хар-тся хим. составом и технологией произ-ва; 7. корроз. стойкость.

8. (выбор марок сталей для строит. ме констр). Стрем-ся к ↑ унифик. кон-ций, сокращ. кол-ва марок и проф-ей. Зависит: тем-ры среды в кот. эксплуатир. и монтир. кон-ция; хар-ра нагруж-я, опред-щего особен. работы матер-а и кон-ций при динамич, вибрац. и переменной

нагр-ах; вида напряж. сост. и уровня возник. напряж.; способа соед. эл-ов; толщ. проката, примен. в эл-тах; услов. работы материала кон-ции делят на 4 группы: 1- сварные, работ-щие в особо тяж. условиях или подверг-еся возд-вию динамич, вибрац. или подвижных нагрузок (подкр. балки)группы при отсутствии сварных соединений.). 2 - сварные, работ-щие статич. нагрузку одно- и однозначного двухосного поля растяг-щих напряж. (фермы, ригели рам), констр-ции 1 гр. при отсутствии сварных соед. 3 - сварные, работ. при преимущ. воздействии сжим. напряж. (колонны, стойки), конс-ции 2 гр. при отсутствии сварных соединений. 4- вспомогат. и эл-ты (связи, Эл-нты фахверка, лестн.), конс-ции 3 гр. при отсутствии сварн. соед. Окончат. выбор в пределах каждой гр. должен выпол-ся на основан. сравн-ия ТЭПа, с учетом заказа ме.

9. (Al сплавы). ρ=2.64-2.8т/м³, Е=71000МПа;G=27000МПа; пластич, удлин. при разрыве 50%; услов. предел текуч.σ_0.2 =20-30МПа; предел. сопрот-ия σ_В=60-70МПа. Чистый Al быстро покрыв. прочн. окисной пленкой, препятств-ей дальнейшему развитию коррозии. Значит. ↑ прочн. Al –легир-ем его Mg, Mn, Cu, Si, Zn... Особен-ю сплавов (Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Zn) яв-тся их способность к дальнейшему ↑ прочн. в процессе старения после термич. обраб. - наз-тся термич. упрочненными. Термич. обработка сплавов двойной композиции (Al-Mg, Al-Mn) к упрочн. не приводит-термич. неупрочняемые. Кон-ции  из Al обладают легкостью, стойкостью против коррозии, хладостойкостью, отсутствие искрообразования, долговечностью. Из-за высокой стоимости их прим. ограничено.

10. Важнейшие мех. св-ва стали (прочность, упругость, пластичность, хрупкость, ударная вязкость). П.–способность матер-а сопрот. внеш. силовым воздействиям (прочн. хар-ки – предел текучести и времен. Сопрот.). У. - св-во матер-а восстанавл. свою форму после снятия внеш.нагр. Хар-тся пределом пропорцион. и пред. упругости (Е=71000МПа). Пл (статич.вязкость.) – способн. матер-а получать остаточ. деф-ции после снятия внеш.нагрузок. ↑ деф-ции → ↓ пластич.  ε=(l₀-l)/l₀. Отн-ное сужение образца после разрыва ψ=(А₀-А)/А₀  . Х – способн. матер-а разруш. при малых деф-циях. У.в измер-ся удельной работой, затрачиваемой на разруш. образца. t, при которой происх. спад удар. вязкости или удар. вязкость ↓ ниже 0.3МДж/м3, приним. за порог хладолом. У.в особенно резко ↓ у состарен. ме.

11. Работа стали на растяжения (работа монокр. Fe, работа поликр. Fe, работа стали).Диагр. растяж. стали и образ. шейки в образце:а – монокр. Fe,б – поликр. Fe, в – сталь обыч. прочн, г – сталь повыш. прочн, д – сталь высокой прочн.-норм. напряж. в образце; - отн-ное удлин-е.Испыт-ют 2 образца: длинный (для круглых сечений ); короткий (для круглых сечений ). На 1 стадии загруж. зависимость м/у напряж. и деформ. выраж-я з-м Гука . Наиб-ее напряж. при кот. начин-ся отклонение от прямопропорц. зависимости наз-ют пределом пропорц-сти. Дальше нагружая деф-ции начин. ↑ быстрее напряж. После образ. удлин-ся без прилож. нагр, мат-ал течёт. Норм. напряж. при кот. происх. текучесть-пред. текучести. У высокопр. сталей нет площадки текуч. При снятии нагр-ки с образца, получив. пласт. деф-цию диагр. разгр-ки идет ║ упругой прям. нагр-и. Когда относит.удлин. =2.5% текуч. материала прекращ-ся, может оказывать сопрот. деф-циям. Распред. удлин-ий по длине образца примерно одинаково (длится до ). По достиж-ю опред. напряж. образ. шейка . Появл-е. шейки→объемное напряж-ое сост. → развит. микротрещин→разруш. В стад. самоупроч-я  мат-ал работает как упруго пластич. При растяж. прод-ые деф-ции удлин-я сопутствуют попер. деф-ции сужения. По направл-ю действия мах. касат. напряж. образ-ся плоскости интенс. течения мат-ла. Раб. монокр. Fе. Сдвинуть одну часть монокр Fе по др-й легче, чем оторвать, поэт. пласт. деф-ции в зернах Fе протек. путем сдвига. Расхожд. м/у теор. и реальной прочн-ю: дефектами кристалл. стр-ры (точечные, линейные, поверхностные и объемные). ↑ прочн. мат-лов: ↓ числа дефектов кристал. стр-ры и приближ. к идеал. стр-ре; изменен. кристал. решётки, ↑ плотности дислокаций. Раб. поликр.Fе. Пластич. течение поликр. Fe происх. под воздействием касат. напряж. путём сдвига по

констр. При расчетных нагрузках материал в местах перенапряж.переходит в пластич. состояние, при наступлении которого дополн. напряж. или ↓ся, или снимаются. Дополн. напряж. не учит-тся расчетом.

27. (местные напряж-я). 2 вида: в резул. внешн. воздейств. (напряж. в местах прилож. сосредоточ. нагр. – на опорах, в местах опирания каких-либо др. констр, под катками мост-х кранов в подкр. балках,  в местах крепления вспомогат.эл-ов; в местах резкого измен. или наруш. сплошности сечения, где происх. концентр. напряж. В 1-ом случае местные напряж. уравновеш-ся с внеш. воздейств, а во 2 – они внутренне уравновеш. Местные напряж. могут привести к развитию чрезмерных пластич. деформаций, трещин или к потере устойчивости в тонких эле-тах сечений.

28. (начальные напряж). – напряж, кот. имеются в ненагруж. внешн. нагр-ой эл-те и кот-ые появ. в нем в результ.: неравномер. остывания после прокатки или сварки; предшествующей работы эл-нта и его пластич. деформ. Н.н, складываясь с напряж., вызванными внешн. нагр, приводят к тому, что результир. напряж. в мат-але сущ-но отлич-ся от напряж, определяемых расчетом. Н.н. приводят к ↑ деформ. Предвар-ое напряж., созд-ое в констр. с целью↑ее эффект, то-же -нач. напряж.

29. Условие пластичности. Учет развития пластич. деформ. при расчете констр. У стали при   σ_т/σ≤0,75после упруг.работы и небольш. переходного уч-тка наступ. пластич. сечение, что на диагр. отмеч-ся протяж-ой площадкой текуч-ти. При работе констр. из такой стали в упругопластич. области в целях упрощения расч. предпосылок диагр. работы стали σ-ε без большой погрешн. и в сторону некоторого запаса можно уподобить работе идеальн. упругопластич. тела, кот. совершенно упруго до предела текуч. и совершенно пластично после него. Переход в пластич. стадию  при  одноосном напряж. сост. происх-т при достиж. норм. напряж. предела текучести. При многоосном напряж. сост.переход в пластич. стадию зависит не от одного напряж., а от функции напряж., характеризующей так называемое условие пластичности. Условие пластичности:

30. Расчет на центральное растяж.,N -усилие, действ. в стержне, -площадь сеч-ия нетто. Расчет по прочности центрально растян-ых эл-тов, эксплуатация которых возможна после достижения Ме предела текучести при  ,опред.по формуле: где =1,3

31. (сжатии). Условие устойч-ти центр. сжатого эл-та: ,-критич.напряж. =- при расч. в упругой стадии. =,где-гибкость стержня,Т- приведён. модуль продольного изгиба, -отнош. расч-ой длины стержня к радиусу инерции попереч. сечения стержня. -,=,-коэф.приведения. -радиус инерции. Гибкость хар-ует способность стержня сопротив-ся потере общей устойч