Работа стали при повторных нагрузках. Усталость металла. Выносливость. Вибрационная прочность.

Легирование. Легирующие элементы. Вредные примеси.

Легирующие эл-ты: С,Cr,Ni,Mn,Si,W,V,Cu

Хар-ки на которые они влияют: прочность на разрыв, предел текучести, отн. Удлинение, твердось, уд.вязкость, усталостная прочность, свариваемость, коррозионная стойкость

Сера, фосфор. Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также придает стали красноломкость при прокатке и ковке. Повышенное содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления изделий неответственного назначения, т.к. сера улучшает обрабатываемость стали. Основной источник серы в стали - это исходное сырье, т.е. чугун. Фосфор также снижает пластичность железа, т.к. резко отличается от него по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Основной источник фосфора в стали – это руда, из которой выплавлен исходный чугун.Кислород, водород, водород, азот.Даже небольшую присутствие этих примесей оказывает резко отрицательное воздействие на свойства стали. Кислород и азот способствуют снижению вязкости и пластичности стали. Повышенное содержание водорода делает сталь хрупкой, а также приводит к образованию внутренних трещин – флокенов. Для выведения скрытых примесей используется метод вакуумирования.

5.МАРКИРОВКА. ВЫБОР СТАЛЕЙ. Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Буква К в конце наименования указывает на стали с повышенной коррозионной стойкостью, буква Т — на термоупрочненный прокат, а буква Д — на повышенное содержание меди. Например: С255, С345Т, С 390К, С440Д и т.д. Марку стали выбирают на основе вариантного проектирования и техниео-эконом. Анализа.В целях упрощения заказа Ме при выборе марки стали следует стремиться к большей унификации констр-ии и к сокращению профилей.Параметры влияющие на выбор марки стали для стр.конструкций:1)t среды в которой монтируется и эксплуатируется 2) вид напряж. состояния 3) способы соединения 4) толщина проката применяемого в эл-х 5) в зависимости от условий материала все конструкции разделены на 4 группы:К первой группе отнесены сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях или подвергающиеся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок (например, подкрановые балки, балки рабочих площадок или элементы эстакад, непосредственно воспринимающих нагрузку от подвижных составов, фасон-ки ферм и т. д.). Напряженное состояние таких конструкций характеризуется высоким уровнем и большой частотой загружения.Ко второй группе относятся сварные конструкции, работающие на статическую нагрузку при воздействии одноосного и однозначного двухосного поля растягивающих напряжений (например, фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий и другие растянутые, растянуто-изгибаемые и изгибаемые элементы), а также конструкции первой группы при отсутствии сварных соединений.К третьей группе отнесены сварные конструкции, работающие при преимущественном воздействии сжимающих напряжений (например, колонны, стойки, опоры под оборудование и другие сжатые и сжато-изгибаемые элементы), а также конструкции второй группы при отсутствии сварных соединений.В четвертую группу включены вспомогательные конструкции и элементы (связи, элементы фахверка, лестницы, ограждения и т.п.), а также конструкции третьей группы при отсутствии сварных соединений.

В зависимости от t эксплуатации к сталям предъявляют требования по уд. Вязкости при разл. T Окончательный выбор марки стали в пределах каждой группы должен выполняться на основании сравнения технико-экономических показателей (расхода стали и стоимости конструкций), а также с учетом заказа металла и технологических возможностей завода-изготовителя. В составных конструкциях (например, составных балках, фермах и т. п.) экономически целесообразно применение двух марок стали - более высокой прочности для сильно нагруженных элементов (пояса ферм, балок) и меньшей прочности для слабо нагруженных элементов (решетка ферм, стенки балок).

6ТЕРМООБРАБОТКА СТАЛЕЙ.Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.Среди основных видов термической обработки следует отметить:Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.Закалкупроводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.

7.СПОСОБЫ ВЫПЛАВКИ СТАЛЕЙСуществуют три способа выплавки стали: мартеновский, конвертерный и электропечной. На комбинате сталь получают всеми тремя способами. Основным из них является конвертерный, т.к. мартеновский способ трудоемкий и низкопроизводительный, а при электропечном требуется большое количество электроэнергии. Конвертерный способ не требует больших капитальных затрат и является высокопроизводительным. Качество конвертерной стали соответствует уровню современных стандартов. В ККЦ три конвертера выдают до 60 плавок в сутки.

Сущность конвертерного способа заключается в том, что расплавленный чугун в конвертере продувается кислородом. Конвертер – агрегат грушевидной формы для получения стали из расплавленного чугуна. Во время продувки происходят химические процессы в результате которых железо, а также углерод, кремний, марганец и др. примеси окисляются; окисление сопровождается кипением стали и удалением газов и неметаллических включений: часть примесей выгорает, часть переходит в шлак; чугун постепенно переделывается в сталь. Процесс идет с бурным выделением тепла, поэтому топливо не требуется.

Во время выпуска стали осуществляется раскисление – удаление растворенного в ней кислорода, который является вредной примесью, ухудшает свойства стали: снижает ударную вязкость – способность металла выдерживать ударную нагрузку без разрушения, придает красноломкость, старение – изменение механических свойств с течением времени (повышается прочность, уменьшается пластичность).

Удаление кислорода происходит в ковше путем добавления химических элементов – раскислителей: марганца, кремния. алюминия в виде сплавов с железом (ферросплавов). Ферросплавы связывают кислород и образуют с ним устойчивые соединения – окислы с более низкой температурой плавления, которые легче удаляются из стали.

Работа стали при повторных нагрузках. Усталость металла. Выносливость. Вибрационная прочность.

Работа соединений на действие повторных нагрузок имеет несколько разновидностей.

1. Если силы стягивания соединения болтами велики и внешние повторные нагружения не преодолевают сил трения, возникающих при этом между соединяемыми элементами, то соединение сохраняет свою монолитность и работает упруго, как основной металл. Так работают соединения на высокопрочных болтах.2. Если силы стягивания соединений на болтах нормальной, повышенной точности и несущих высокопрочных недостаточны и силы внутреннего трения F преодолеваются в соединении внешними сдвигающими силами, то соединение начинает работать как упругопластическое тело. Если такое соединение довести до развития пластических деформаций (преодолеть силы внутреннего трения), а затем разгрузить то пока не будет преодолено внутреннее трение в обратном направлении, разгрузка произойдет по упругому закону (первоначальные остаточные деформации соединения при этом сохранятся). Упругий закон будет распространяться не на разгрузку F, как при первом нагружении, а на 2F, что может быть объяснено особенностями природы сухого трения, т. е. соединение при повторных нагружениях и разгрузках сдвигающей силой N, не превышающей удвоенной силы трения 2F, претерпев первые неупругие сдвиги, в последующем будет работать упруго. Таким образом, повторные нагружения как бы увеличивают область упругой работы соединения в 2 раза. Это сильно уменьшает деформативность соединений после первых нагружении.Работа и расчет соединений при вибрационной нагрузке. В соединениях, работающих на вибрационную нагрузку, применяют заклепки или высокопрочные болты.При непрерывной повторной вибрационной нагрузке соединение работает упруго, так как размер изменения усилий обычно меньше значения сопротивлений трения. Упругая работа соединения не способствует выравниванию усилий между болтами соединения, и крайние болты работают сильнее средних.Отверстия в соединении и сложнонапряженное состояние материала около отверстий способствуют концентрации напряжений и появлению пиковых напряжений. Оба эти явления понижают вибрационную прочность соединения по сравнению с вибрационной прочностью основного материала вне соединения и создают условия для проявления усталости металла.Реже разрушаются от усталости заклепочные или болтовые стержни. Они разрушаются в местах концентрации напряжений, т. е. в местах примыкания стержня к головке или в средней, обминаемой краями листа части стержня.Снижение вибрационной прочности соединения учитывают снижением расчетного сопротивления материала.Усталость материала (материаловедение) — процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала за указанное времяОбратное свойство материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения указанное время). Кроме того это понятие близко связано с прочностью, имеет место быть понятие усталостной прочности.выносливость измерима, существуют методики её измерения.Выносливость, так же как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость.

8. РАБОТА СТАЛИ ПРИ ОДНООСТНОМ РАСТЯЖЕНИИ. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВ-ВА СТАЛЕЙ.
Наиболее важные мех св-ва стали:
 прочность упругость пластичность склонность к хрупкому разрушению ползучесть твердость свариваемость коррозионостойкость склонность к старению.
 - предел упругости. Это напряжение до которого стальной образец работает упруго. В упругой стадии напряжение пропорционально деформации, связь между ними по закону Гука. После снятия нагрузки в зоне упругой работы деформации возвращ-я, образец принимает первоначальный размер.
 - предел текучести или напряжения, при кот деформации растут без увеличения нагрузки. Образуется площадка, ко наз площадкой текучести. После снятия нагрузки в зоне пластических деформаций, упругие деформации возвращаются, а пластические остаются.
 - условный предел текучести. Его выделяют для сталей высокой и повышенной прочности. Это напряжения при котором остаточные деформации = 0,2%
 – временное сопротивление. Это наибольшее напряжение соответствующее max нагрузке воспринимаемой образцом.
Пластические характеристики
относительное удлинение
относительное сужение
Упругие характеристики
относительный модуль упругости 

 Нормативные расчетные сопротивления
Основными характеристиками сопротивления стали силовым воздействиям являются нормативные сопротивления, кот получ путем обработки методами статистики результатов испытаний партии образцов.

Расчетное сопротивление получ путем деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по материалу
т. 2 СНиП II-23-81
====================================

9. РАБОТА СТАЛИ ПРИ СЛОЖНОМ НАРЯЖЕННОМ СОСТОИНИИ.
Сложное напряженное состояние характеризуется наличием 2 или 3 главных нормальных напряжений , , действующих одновременно.
1. Одноосное напряженное состояние
Пластические деформации развиваются при напряжениях равных пределу текучести

2. Трехосное напряженное состояние
а) разнозначное напряженное состояние , . и сдерживают развитие пластических деформаций в направлении . Развитие пластических деформаций запаздывает. Предел текучести повышается. Длина площадки текучести уменьшается, становиться более вероятным хрупкое разрушение. Виды разрушений: хрупкое, квазихрупкое, вязкое.
б) однозначное напряженное состояние
Сталь становиться менее пластичной склонной к хрупкому разрушению.
При двуосном напряженном состоянии происходит тоже самое что и при трехосном, только в меньшей степени.