Napady

Mez kluzu: definice, měření charakteristik oceli, zkoušení slitin

Výroba válcování zahrnuje výrobu různých jakostí konstrukční oceli, z nichž každá má individuální mechanické vlastnosti. Ocelové konstrukce jsou během provozu vystaveny různému stupni ohybu a tlaku, tahu a rázu a stupeň jejich pevnosti a trvanlivosti závisí pouze na mechanických vlastnostech kovů. Pro správné výpočty se používá speciální kalkulační vzorec.

Druhy deformací oceli

Těžkým konstrukcím je třeba dodat dodatečnou pevnost a spolehlivost, a proto jsou na vlastnosti kovů používaných k výrobě kladeny zvláštní požadavky.

Při výpočtu rozměrů konstrukce hraje důležitou roli snížení hmotnosti konstrukce bez ztráty její nosnosti. Konstrukční kovy používané pro výrobu kovových konstrukcí musí mít dostatečně vysoké ukazatele pevnosti a dobrou tažnost.

Odolnost vůči deformaci a destrukci pod vlivem vnějšího zatížení do značné míry závisí na tom, jakými vlastnostmi je kov vybaven. Při výrobě oceli dochází k deformaci ve dvou formách: elastické a plastické.

Jsou popsány různými vlastnostmi. Dnes se pro testování kovových vzorků používá několik metod, které určují hodnoty proporcionality, elasticity, tekutosti a dalších důležitých charakteristik.

Moderní definice oceli zní jako tvrdá slitina železa a uhlíku, jejíž procentuální zastoupení určuje základní vlastnosti oceli. Čím vyšší obsah uhlíku, tím pevnější a tvrdší kov, ale nižší houževnatost a tažnost. Proto je tak důležité správně vypočítat poměr těchto ukazatelů pro výrobu určitých výrobků z oceli. Stalo se zvykem označovat každou skupinu jinak.

Konstrukční uhlíková ocel je označena písmeny St a číselným označením od 1 do 9 a také dvěma písmeny v závislosti na způsobu dezoxidace kovu (St. 3kp):

kp – vroucí;
ps – poloklidný;
sp – klidný.

Vysoce kvalitní – ve dvoumístných číslech: 05,08,10. 45. což udává průměrné množství uhlíku ve složení oceli.

Mez kluzu oceli

Mezní mez proporcionality oceli určuje napětí, při kterém funguje Hookeův zákon, podle kterého je deformace, ke které dochází v pružném tělese, úměrná síle, která na něj působí. Pokud se napětí změní, tento zákon ztrácí svůj význam.

Důležitou fyzikální veličinou zapojenou do vzorce při výpočtu pevnosti konstrukce je mez kluzu kovu. Když kov dosáhne své fyzikální hranice, i sebemenší zvýšení napětí může prodloužit vzorek, který začne jakoby téci, odkud pochází jeho označení. V tomto ohledu mez kluzu oceli ukazuje kritické napětí, když se materiál deformuje bez zvýšení zatížení.

Jednotka, ve které se měří mez kluzu, se bude nazývat Pascal (Pa) nebo MegaPascal (MPa). Vzorek, který překonal tuto hranici, dostává nevratné změny – různé stupně deformace, narušení strukturní struktury krystalové mřížky a různé plastické přeměny.

Pokud se zvýšením tahové hodnoty síly překročí mez průtažnosti, zvýší se deformace kovu. V diagramu je to znázorněno jako vodorovná přímka, na které lze měřit maximální napětí získané po zastavení nárůstu zátěže. Takzvaná mez kluzu St 3 je 2450 kg/cmXNUMX.

Přečtěte si více

Kolik bude stát zavěšený strop za 30 metrů čtverečních?

Tento indikátor se liší pro různé třídy oceli a může se lišit v důsledku použití různých teplotních podmínek a typů tepelného zpracování. Pro přesné určení meze kluzu oceli se používá tabulka, kde jsou hodnoty mezí kluzu uvedeny v závislosti na jakosti oceli. Jako příklad, podle tabulky, ocel 20 má mez kluzu 250 MPa a ocel 45 – 360.

Při zkoušení mají některé kovy na diagramu slabě vyjádřenou oblast tažnosti nebo zcela chybí, proto je na ně aplikována podmíněná mez tažnosti.

Materiály, na které se vztahuje podmíněná mez kluzu, jsou především zástupci vysokouhlíkových a legovaných ocelí, duralu, litiny, bronzu a mnoha dalších.

Elastický limit

Velmi důležitou složkou mechanického stavu kovů je mez pružnosti oceli. S jeho pomocí se stanoví maximální přípustná úroveň zatížení při provozu kovu, když dojde k drobným deformacím v rámci přípustných hodnot.

Konstrukční materiály musí kombinovat vysoké meze tažnosti, při kterých snesou velké zatížení, a mít dostatečnou elasticitu, která zajistí potřebnou tuhost vyráběné konstrukce. Samotný modul pružnosti má stejnou hodnotu v tahu a tlaku, ale má zcela jiné meze pružnosti – stejně tuhé struktury tedy mohou mít zcela odlišné rozsahy pružnosti.

V tomto případě kov v elastickém stavu nepodléhá makroplastickým deformacím, i když v jeho jednotlivých mikroskopických objemech může docházet k lokálním deformacím. Díky nim dochází k nepružným jevům, které vážně ovlivňují chování jednotlivých kovů ve stavu elasticity.

Statická zatížení v tomto případě vedou k výskytu jevů hystereze, relaxace a elastických následků, zatímco dynamická zatížení vyvolávají vzhled vnitřního tření.

Během relaxačního procesu dochází k nepovolenému poklesu napětí. To vede ke vzniku zbytkové deformace, když aktivní zatížení již není účinné. Při vnitřním tření dochází ke ztrátě energie. To způsobuje nevratné důsledky, které jsou charakterizovány úbytkem tlumení a koeficientem vnitřního tření.

Takové kovy aktivně tlumí vibrace a omezují zvuk, například šedá litina, nebo volně šíří vibrace, stejně jako zvonový bronz. S rostoucí teplotní expozicí se elasticita kovů snižuje.

Pevnost v tahu

Pevnost oceli v tahu, ke které dochází po překročení její meze kluzu a umožňuje vzorku začít znovu odolávat tahu, je na grafu zobrazena čárou, která stoupá mělčeji.

Začíná fáze dočasného odporu vůči aktuální konstantní zátěži. Když je aplikováno maximální napětí v bodě konečné pevnosti, objeví se oblast, kde se plocha průřezu zmenšuje a hrdlo se výrazně zužuje.

V tomto případě se zkušební vzorek v nejužším místě zlomí, jeho napětí se sníží a velikost síly se sníží. Pevnost v tahu pro Art. 3 je 4000-5000 kg/cmXNUMX.

Účinek přísad manganu a křemíku

Mangan neovlivňuje technické vlastnosti slitiny. Přidává se pro zvýšení stupně dezoxidace kovů a snížení škodlivých účinků síry. Jeho obsah obvykle nepřesahuje 0,8 %. Přídavek křemíku zlepšuje kvalitu svařování. Přidává se během procesu dezoxidace. A celkový obsah tohoto prvku nepřesahuje 0,38%. Vliv uhlíku na mechanické vlastnosti oceli

Přečtěte si více

Zavlažovací systémy pro skleníky: vlastnosti a výhody

Vliv přísad síry a fosforu

Množství síry přidané do slitiny ovlivňuje její mechanické vlastnosti. Zvýšený obsah síry výrazně snižuje plasticitu, viskozitu a tekutost kovu. Největšímu otěru podléhají výrobky obsahující více než 0,6 % síry. Přídavek fosforu zlepšuje tekutost. Tento prvek však pomáhá snižovat tažnost, houževnatost a obecné vlastnosti kovu. Za přijatelné množství fosforu se považuje ne více než 0,025-0,044 %. Jak síra a fosfor ovlivňují vlastnosti oceli?

Účinek aditiv dusíku a kyslíku

Dusík a kyslík jsou nekovové nečistoty, proto by jejich obsah měl být minimální. Pokud kov obsahuje více než 0,03 % kyslíku, jeho výkon se zhorší. Snížení tažnosti a viskozity vede k rychlému opotřebení výrobků. Přidání dusíku pomáhá zvýšit pevnost oceli. Ale spolu s tím dochází ke snížení meze kluzu materiálu. Pokud množství dusíku překročí přípustné hodnoty, kovové konstrukce rychle stárnou v důsledku zvýšené křehkosti. Mikrostruktura slitiny obsahující dusík a kyslík

Vliv legovacích přísad

chróm;
titan;
wolfram;
nikl;
vanad;
molybden.

Pro dosažení optimálních výsledků se skládají všechny dohromady, přičemž se zachovávají určité proporce.

Jak se vypočítá hodnota kluzu oceli?

První výpočty hodnoty tekutosti kovu provedl ve 30. letech minulého století sovětský vědec Jakov Frenkel. Byly založeny na síle meziatomových vazeb. Vědci se podařilo určit, jaké napětí je potřeba k zahájení plastické deformace jednoduchých těles.

K výpočtu této hodnoty se používá následující vzorec:

Mez kluzu oceli

ττ=G/2π, kde je hodnota G je smykový modul, který určuje stabilitu meziatomových vazeb.

Jako teoretický fyzik Frenkel navrhl, že materiály se skládají z krystalů s prostorem mezi nimi. Atomy jsou tam uspořádány v určitém pořadí. Pro dosažení plastické deformace je nutné přerušit meziatomové vazby v rovině oddělující poloviny tělesa.

Řady atomů se posunou a poloviny tělesa se rozbijí, pokud se na ně přivede napětí, jehož velikost odpovídá určité hodnotě. Pokud bude dopad pokračovat, atomy jedné poloviny ztratí kontakt s atomy druhé poloviny.

Frenkel měl částečně pravdu. Pouze k destrukci nedojde mezi polovinami těla, tedy uprostřed, ale v místě, kde je struktura materiálu heterogenní.

Pro každý typ kovu existuje několik hodnot meze kluzu.

Fyzikální mez kluzu. Tato hodnota označuje napěťovou sílu, při které je těleso deformováno beze změny působícího zatížení.

Graf fyzikální meze kluzu oceli

Podmíněná mez kluzu. Tento termín je aplikován na napěťovou sílu, při které je hodnota plastické deformace materiálu asi 0,2 %.

Jak probíhají testy ve výrobě

K provedení zkoušek, jejichž účelem je určit tekutost materiálu, vezměte válcový obrobek o průměru 20 mm a délce větší než 10 mm. Na dílu jsou provedeny zářezy, aby se získal kus o délce 10 mm. Samotný obrobek musí být větší než tato délka, aby jej bylo možné uchopit z obou stran.

Chování ocelí při vysokých teplotách

Přečtěte si více

Jak správně připravit půdu a vypěstovat jabloň

Díl se upne do svěráku a začne se natahovat, přičemž se postupně zvyšuje tažná síla. Jak je aplikováno zatížení, měří se zvyšující se prodloužení vzorku. Získaná data jsou zaznamenána v grafu zvaném podmíněný úsekový diagram.

Je-li na obrobek vloženo malé zatížení, natahuje se úměrně oběma směry. S narůstající tahovou silou se dosáhne hranice úměrnosti, po jejímž překročení se díl natahuje nerovnoměrně. Mez kluzu oceli se určuje v bodě, kdy se materiál již nemůže vrátit do své původní délky.

Existují státní normy a technické podmínky, ve kterých jsou hodnoty meze kluzu rozděleny do čtyř tříd:

1 třída – až 500 kg/cm 2 ;
2 třída – až 3000 kg/cm 2 ;
3 třída – až 4000 kg/cm 2 ;
4 třída – až 6000 kg/cm2.

Definice plasticity

Index plasticity je neméně důležitým parametrem, který je třeba brát v úvahu při navrhování konstrukcí. Je určeno dvěma parametry:

zbytkové prodloužení;
zúžení při prasknutí.

Pro výpočet trvalého prodloužení změřte dvě části součásti po přetržení. Délka každé části se sečte a poté se určí procento původní délky. U pevnějších kovových slitin je toto číslo nižší.

Plastické vlastnosti oceli

Definice křehkosti

Křehkost je opačnou vlastností plasticity. Index křehkosti závisí na mnoha faktorech. Patří sem:

teplota vzduchu (při nízkých teplotách se zvyšuje křehkost materiálu);
zvýšení rychlosti aplikovaného zatížení;
vlhkost vzduchu atd.

Změna těchto podmínek vede ke změně indexu křehkosti. Například litina je křehký materiál. Pokud je však litinový díl upnut ze všech stran, vydrží značné zatížení. A ocelová tyč se zářezy se stává neuvěřitelně křehkou.

Stanovení pevnosti

Pevnost je vlastnost kovu, která určuje jeho schopnost odolávat zatížení bez úplného zhroucení. Na testování se podílejí a postupným zvyšováním zátěže pro něj vytvářejí podmínky co nejbližší provozním.