Металлические материалы

    

    где Р_S – нагрузка при пределе текучести, Н.

• предел прочности при растяжении – это напряжение,  соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца. При достижении предела текучести стрелка прибора останавливается, а затем начинает двигаться вверх, металл снова работает как упругий материал. Участок 3-4 диаграммы соответствует упругой работе металла. Точка С соответствует максимальной нагрузке, точка D – разрыву образца. Предел прочности при растяжении, МПа, определяют по формуле:

    где Р_b – наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву образца, Н.

• относительное удлинение – это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальной длине. Для его определения обе части образца прикладывают друг к другу и измеряют длину после разрыва. Относительное удлинение, %, вычисляют по формуле:                  ,

    где l₁ – длина образца после разрыва, мм;

          l₀ – расчетная длина образца, мм.

     По  результатам испытания стали  на растяжение устанавливают марку  в соответствии с ГОСТами. Марку арматуры устанавливают по пределу текучести.

    Твердостью  называют способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Твердость стали по методу Бринелля определяют путем вдавливания в образец стального шарика под определенной нагрузкой. Испытания проводят на приборе гидравлического типа ТШ (рис.8.14) с наконечником, заканчивающимся стальным шариком диаметром 5 или 10 мм.

    Для шарика D=10 мм нагрузка составляет 30 кН, время выдержки 30 с. Диаметр отпечатка, полученного на образце, измеряют при помощи измерительного микроскопа с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее арифметическое.

    Между твердостью и прочностью стали существует определенная зависимость:

    

,

    где σ_b - предел прочности на растяжение, МПа;

          Метод Бринелля используют для  испытания стали твердости НВ  до 400. Для более твердых сталей применяют метод Роквелла HR (по вдавливанию алмазного конуса), метод Виккерса  HV (по вдавливанию алмазной пирамиды).

    Пределом  выносливости называется сопротивление  металлов циклическому нагружению до максимального напряжения без разрушения.

      5.3. Изучение сортамента металлов.

      Прокаткой называют процесс обработки металла  между вращающимися валками прокатного стана. При производстве прокатных изделий заготовка, проходящая через ряд специальных установок, приобретает заданную форму.

Различают несколько видов прокатных изделий:

• сортовой прокат (простой и фасонный);
• листовой прокат (толстолистовой – толщиной > 4мм, тонколистовой – толщиной  < 4мм);
• проволочный прокат;
• трубчатый прокат;
• специальные виды проката.

      Номенклатура  выпускаемых профилей проката с указанием формы, размеров, массы и других параметров называется сортаментом (рис.5.8.). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Для получения прокатных изделий  исходным материалом служат слитки или  литые заготовки, поступающие с  установок непрерывной разливки. Слитки предварительно обжимают и придают им необходимую форму. Слитки квадратного профиля называют  блюмами и обжимают на блюмингах; слитки прямоугольного профиля называют  слябами и обжимают на слябингах. Блюмы используют для получения сортового проката, слябы - для получения листа. При изготовлении проката используют соответственно  проволочные, листопрокатные, трубопрокатные станы. Прокатку производят, чаще всего, в горячем состоянии. Холодную прокатку используют для получения листов и лент. Наиболее экономичны фасонные гнутые профили, получаемые на непрерывных профилегибочных станах, позволяющих получить тонкостенные, легкие, сложной конфигурации изделия (рис.8.16.).

      Сортовой  прокат для строительства изготавливают  из стали углеродистой обыкновенного  качества, качественной конструкционной стали, низколегированных строительных сталей.

      Сортовой  прокат для строительства изготавливают  из стали углеродистой

     Углеродистую  сталь обыкновенного качества  в зависимости от  гарантируемых  свойств делят на три группы:

     А – стали этой группы поставляют с гарантируемыми механическими свойствами: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 и т.д.

     Б – стали этой группы поставляют по химическому составу: БСт0, БСт1, БСт2, БСт3 и т.д.

     В – стали этой группы поставляют по механическим свойствам и химическому  составу: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

     Чем выше марка стали, тем выше содержание углерода, выше временное сопротивление  разрыву (σ_в), предел текучести (σ₀₂), число твердости (HB), но при этом снижаются ударная вязкость (а_н), относительное удлинение (δ), ухудшается свариваемость. Степень раскисления указывается индексами сп, кп, пс:

     сп – спокойная сталь, раскисленная полностью, имеет плотную однородную структуру, ее применяют для ответственных конструкций;

     кп – кипящая сталь, раскисленная не полностью, имеет газовые раковины, склонна к хладноломкости и старению, имеет ограниченное применение;

     пс – полуспокойная сталь, занимает промежуточное положение между кп и сп. Примеры маркировки стали обыкновенного качества: Ст3кп3, Ст3сп3 (группа А); БСт2сп2, БСт3сп2 (группа Б); ВСт3сп2, ВСт3сп5, ВСт5сп2 (группа В). Цифра в конце марки категория стали.

     Качественная  конструкционная сталь отличается от обыкновенной более точным химическим составом, пониженным содержанием серы и фосфора, маркируется по содержанию углерода в сотых долях процента. Для сортового проката используются марки: 08; 10; 15; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 58;60. Например марка 45 – содержание углерода составляет 0,45%.

     Низколегированная сталь для строительства в  зависимости от основного назначения и легирования делится на группы:

      А. – сталь для  металлических конструкций

• марганцовистая – 14Г; 14Г2; 18Г2 и др.
• кремнемарганцовистая – 17ГС; 10Г2С
• марганцовованадиевая – 15ГФ
• хромокремнемарганцовистая – 14ХГС
• хромокремненикелевая с медью 15ХСНД.

     Б. – Сталь для  армирования ж/бетонных конструкций.

     В обозначении марок стали двузначные цифры слева указывают содержание углерода в сотых долях процента. Буквы обозначают легирующие элементы: Т- марганец, С- кремний, Х- хром, Н- никель, Д- медь, Ц- цирконий, Ф- ванадий. Цифры после букв указывают процентное содержание соответствующего элемента в целых единицах.

     Например 18Г2С : углерод – 0,18%; Г – марганец – 2%; С – кремний – 1%.

     Проволочную арматуру получают способом холодного волочения, выпускают диаметром 3...8 мм следующих классов:

     В-I – обыкновенная арматурная проволока для ненапрягаемых конструкций, изготавливается из низкоуглеродистых сталей;

     В_Р-I – то же самое, индекс «р» обозначает наличие периодического профиля;

     В-II – высокопрочная арматурная проволока для предварительно напряженных конструкций, изготавливается из качественной конструкционной стали;

     В_Р-II – то же самое, «р» - наличие периодического профиля;

     П – арматурные пряди. Это нераскручивающиеся стальные пряди для ненапрягаемой арматуры, например, П-7 (число указывает количество проволок в пряди);

     К – арматурные канаты. Это стальные 2-х и многопрядные канаты для  напрягаемой арматуры, например К2-19 – двухпрядный канат, в каждой пряди 19 проволок.

В. – Цветные металлы.

      В строительной индустрии цветные  металлы в чистом виде используются редко. Значительно шире применяют в сравнении с другими металлами цинк и свинец, медь и алюминий.

      Цинк  применяют для изготовления листового  кровельного материала, используемого при устройстве кровель, вентиляционных коробов, водосточных труб, подоконных сливов, футеровки кислотостойких резервуаров, для особых видов гидроизоляции и т.п. Медь и алюминий находят применение в строительстве в электротехнических работах. Однако наибольшее распространение в строительстве находят сплавы цветных металлов.

      На  основе алюминия встречаются алюминево-марганцевые, алюминиево-магниевые сплавы, а также  дюралюминий. Основными компонентами дюралюминия кроме алюминия являются медь (3,5-5%), магний (0,4-0,8%),  
кремний (до 0,8%), и марганец (0,4-0,8%). При высоких температурах эти металлы хорошо растворяются в алюминии, образуя твердый раствор, вследствие чего при температуре 450-500ºС дюралюминий представляет собой однофазовый сплав. Дюралюминий является хорошим конструкционным материалом. Изделия из него широко используются в строительстве в виде уголков, швеллеров, двутавров, труб круглого и прямоугольного сечения. Конструкции из алюминиевых сплавов находят все более широкое применение в строительстве. Это несущие конструкции зданий и сооружений, емкости больших объемов для хранения огнеопасных жидкостей, трехслойные конструкции типа «сендвич».

      Медь  используют в строительных целях  в виде бронзы и латуни. Латунь представляет сплав меди с цинком, а бронза – сплав меди с оловом или с каким-либо другим металлом (алюминием, свинцом или марганцем). Наибольшее распространение  в строительстве находят оловянистые сплавы. Бронзы и латуни имеют достаточно высокую прочность и твердость, а также высокую коррозионную стойкость. В строительной индустрии сплавы на основе меди используют в санитарной технике в виде запорной арматуры, кранов, вентилей и т.д.