Сталь 6 предел текучести
Обновлено: 04.05.2024
Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Это важнейший материал, который применяется в большинстве отраслей промышленности. Существует большое число марок сталей, различающихся по структуре, химическому составу, механическим и физическим свойствам. Посмотреть основные виды продукции металлопроката и ознакомиться с ценами можно здесь.
Основные характеристики стали:
- плотность
- модуль упругости и модуль сдвига
- коэффициент линейного расширения
- и другие
По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%).
Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы - несвязанный азот и кислород). Фосфор при низких температурах придает ей хрупкость (хладноломкость), а при нагревании уменьшает пластичность. Сера приводит к образованию мелких трещин при высоких температурах (красноломкость).
Чтобы придать стали какие-либо специальные свойста (коррозионной устойчивости, электрические, механические, , магнитные, и т.д.), в нее вводят легирующие элементы. Обычно это металлы: алюминий, никель, хром, молибден, и др. Такие стали называют легированными.
Свойства стали можно изменять путем применения различных видов обработки: термической (закалка, отжиг), химико-термической (цементизация, азотирование), термо-механической (прокатка, ковка). При обработке для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее стали так же, как и их основе – железу. Полиморфизм – способность кристаллической решетки менять свое строение при нагреве и охлаждении. Взаимодействие углерода с двумя модификациями (видоизменениями) железа - α и γ – приводит к образованию твердых растворов. Избыточный углерод, не растворяющийся в α-железе, образует с ним химическое соединение - цементит Fe3C. При закалке стали образуется метастабильная фаза - мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности.
По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.
Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.
По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь - это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые соединяясь с растворенным кислородом, превращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10-15%. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.
В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертерный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т.д. При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащий оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку ведут при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет, кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:
Si +2FeO = SiO2 + 2 Fe + Q
Mn + FeO = MnO + Fe + Q
C + FeO = CO + Fe – Q
Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий.
Марки стали
Марки стали углеродистой
Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:
- группа А - поставляемая по механическим свойствам;
- группа Б - поставляемая по химическому составу;
- группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.
В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6. Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6. Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 - условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σв) и текучести (σт) и уменьшается относительное удлинение (δ5).
Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.
В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.
Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.
Если сталь относится к кипящей, ставится индекс "кп", если к полустойкой - "пс", к спокойной - "сп".
Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обзначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.
Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I - с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II - с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.
Марки стали легированной
Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются лигирующими. Лигированные стали подразделяются в зависимости от содержания лигирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).
Лигирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.
Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г - марганец, С - кремний, Х -хром, Н - никель, Д - медь, А - азот, Ф - ванадий), а стоящие за ней цифры - среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Нержавеющая сталь. Свойства. Химический состав
Нержавеющая сталь - легированная сталь, устойчивая к коррозии на воздухе, в воде, а также в некоторых агрессивных средах. Наиболее распространены хромоникелевая (18% Cr b 9%Ni) и хромистая (13-27% Cr) нержавеющая сталь, часто с добавлением Mn, Ti и других элементов.
Добавка хрома повышает стойкость стали к окислению и коррозии. Такая сталь сохраняет прочность при высоких температурах. Хром входит также в состав износостойких сталей, из которых делают инструменты, шарикоподшипники, пружины.
Примерный химический состав нержавеющей стали ( в %)
Дамасская и булатная сталь.
Дамасская сталь - первоначально то же, что и булат; позднее - сталь, полученная кузнечной сваркой сплетенных в жгут стальных полос или проволоки с различным содержанием углерода. Название получила от города Дамасск (Сирия), где производство этой стали было развито в средние века и, отчасти, в новое время.
Булатная сталь (булат) - литая углеродистая сталь со своеобразной структурой и узорчатой проверхностью, обладающая высокой твердостью и упругостью. Из булатной стали изготовляли холодное оружие исключительной стойкости и остроты. Булатная сталь упоминается еще Аристотелем. Секрет изготовления булатной стали, утерянный в средние века, раскрыл в XIX веке П.П.Аносов. Опираясь на науку, он определил роль углерода как элемента, влияющего на качество стали, а также изучил значение ряда других элементов. Выяснив важнейшие условия образования лучшего сорта углеродистой стали - булата, Аносов разработал технологию его выплавки и обработки (Аносов П.П. О булатах. Горный журнал, 1841, № 2, с.157-318).
Плотность стали, удельный вес стали и другие характеристики стали
Плотность стали - (7,7-7,9)*10 3 кг/м 3 ;
Удельный вес стали - (7,7-7,9) г/cм 3 ;
Удельная теплоемкость стали при 20°C - 0,11 кал/град;
Температура плавления стали - 1300-1400°C ;
Удельная теплоемкость плавления стали - 49 кал/град;
Коэффициент теплопроводности стали - 39ккал/м*час*град;
Коэффициент линейного расширения стали
(при температуре около 20°C) :
сталь 3 (марка 20) - 11,9 (1/град);
сталь нержавеющая - 11,0 (1/град).
Предел прочности стали при растяжении :
сталь кремнехромомарганцовистая - 155 (кГ/мм 2 );
сталь машиноподелочная (углеродистая) - 32-80 (кГ/мм 2 );
сталь рельсовая - 70-80 (кГ/мм 2 );
Плотность стали, удельный вес стали
Плотность стали - (7,7-7,9)*10 3 кг/м 3 (приблизительно 7,8*10 3 кг/м 3 );
Плотность вещества (в нашем случае стали) есть отношение массы тела к его объему (другими словами плотность равна массе единицы объема данного вещества):
d=m/V, где m и V - масса и объем тела.
За единицу плотности принимают плотность такого вещества, единица объема которого имеет массу, равную единице:
в системе СИ это 1 кг/м 3 , в системе СГС - 1 г/см 3 , в системе МКСС - 1 тем/м 3 . Эти единицы связаны между собой соотношением:
Удельный вес стали - (7,7-7,9) г/cм 3 (приблизительно 7,8 г/cм 3 );
Удельный вес вещества (в нашем случае стали) есть отношение силы тяжести Р однородного тела из данного вещества (в нашем случае стали) к объему тела. Если обозначить удельный вес буквой γ , то:
С другой стороны, удельный вес можно рассматривать, как силу тяжести единицы объема данного вещества (в нашем случае стали). Удельный вес и плотность связаны таким же соотношением, как вес и масса тела:
За единицу удельного веса принимают: в системе СИ - 1 н/м 3 , в системе СГС - 1 дн/см 3 , в системе МКСС - 1 кГ/м 3 . Эти единицы связаны между собой соотношением:
1 н/м 3 =0,0001 дн/см 3 =0,102 кГ/м 3 .
Иногда используют внесистемную единицу 1 Г/см 3 .
Так как масса вещества, выраженная в г, равна его весу, выраженному в Г, то удельный вес вещества (в нашем случае стали), выраженный в этих единицах, численно равен плотности этого вещества, выраженной в системе СГС.
Аналогичное численное равенство существует и между плотностью в системе СИ и удельным весом в системе МКСС.
Плотность стали
Модули упругости стали и коэффициент Пуассона
Величины допускаемых напряжений стали (кГ/мм 2 )
Свойства некоторых электротехнических сталей
Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-71
Нормируемые показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-71
Приложение 2. Механические характеристики сталей
Таблица 9. Механические характеристики: для углеродистых и низколегированных сталей - табл.1 и 2, для теплоустойчивых хромистых сталей - табл.3 и 4, для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного и аустенито-ферритного класса - табл.5 и 6
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Re, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ВСт3 | 09Г2С, 16ГС | 20 и 20К | 10 | 10Г2, 09Г2 | 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1 | |||
| толщина, мм | ||||||||
| до 20 | свыше 20 | до 32 | свыше 32 | до 160 | ||||
| 20 | 250 (2500) | 210 (2100) | 300 (3000) | 280 (2800) | 220 (2200) | 195 (1950) | 270 (2700) | 280 (2800) |
| 100 | 230 (2300) | 201 (2010) | 265,5 (2655) | 240 (2400) | 213 (2130) | 188 (1880) | 240 (2400) | 240 (2400) |
| 150 | 224 (2240) | 197 (1970) | 256,5 (2565) | 231 (2310) | 209 (2090) | 183 (1830) | 231 (2310) | 231 (2310) |
| 200 | 223 (2230) | 189 (1890) | 247,5 (2475) | 222 (2220) | 204 (2040) | 177 (1770) | 222 (2220) | 222 (2220) |
| 250 | 197 (1970) | 180 (1800) | 243 (2430) | 218 (2180) | 198 (1980) | 168 (1680) | 218 (2180) | 218 (2180) |
| 300 | 173 (1730) | 162 (1620) | 226,5 (2265) | 201 (2010) | 179 (1790) | 150 (1500) | 201 (2010) | 201 (2010) |
| 350 | 167 (1670) | 147 (1470) | 210 (2100) | 185 (1850) | 159 (1590) | 132 (1320) | 185 (1850) | 185 (1850) |
| 375 | 164 (1640) | 140 (1400) | 199,5 (1995) | 174 (1740) | 147 (1470) | 123 (1230) | 162 (1620) | 174 (1740) |
| 400 | - | - | 183 (1830) | 158 (1580) | - | - | - | 158 (1580) |
| 410 | - | - | - | 156 (1560) | - | - | - | 156 (1560) |
| 420 | - | - | - | 138 (1380) | - | - | - | 138 (1380) |
Таблица 10
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение временного сопротивления Rm МПа (кгс/с 2 ), для сталей марок | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ВСт3 | 09Г2С, 16ГС | 20 и 20К | 10 | 10Г2, 09Г2, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1, | |||
| толщина, мм | |||||||
| до 20 | свыше 20 | до 32 | свыше 32 | до 160 | |||
| 20 | 460 (4600) | 380 (3800) | 470 (4700) | 440 (4400) | 410 (4100) | 340 (3400) | 440 (4400) |
| 100 | 435 (4350) | 360 (3600) | 425 (4250) | 385 (3850) | 380 (3800) | 310 (3100) | 385 (3850) |
| 150 | 460 (4600) | 390 (3900) | 430 (4300) | 430 (4300) | 425 (4250) | 340 (3400) | 430 (4300) |
| 200 | 505 (5050) | 420 (4200) | 439 (4390) | 439 (4390) | 460 (4600) | 382 (3820) | 439 (4390) |
| 250 | 510 (5100) | 435 (4350) | 444 (4440) | 444 (4440) | 460 (4600) | 400 (4000) | 444 (4440) |
| 300 | 520 (5200) | 440 (4400) | 445 (4450) | 445 (4450) | 460 (4600) | 374 (3740) | 445 (4450) |
| 350 | 480 (4800) | 420 (4200) | 441 (4410) | 441 (4410) | 430 (4300) | 360 (3600) | 441 (4410) |
| 375 | 450 (4500) | 402 (4020) | 425 (4250) | 425 (4250) | 410 (4100) | 330 (3300) | 425 (4250) |
Таблица 11
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Rp0,2, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12МХ | 12ХМ | 15ХМ | 15Х5М | 15Х5М-У | |
| 20 | 220 (2200) | 220 (2200) | 233 (2330) | 220 (2200) | 400 (4000) |
| 100 | 219 (2190) | 219 (2190) | 230 (2300) | 210 (2100) | 352,5 (3525) |
| 150 | 218 (2180) | 218 (2180) | 229 (2290) | 207 (2070) | 345 (3450) |
| 200 | 217,5 (2175) | 217,5 (2175) | 228 (2280) | 201 (2010) | 337,5 (3375) |
| 250 | 217,5 (2175) | 217,5 (2175) | 228 (2280) | 190 (1900) | 330 (3300) |
| 300 | 212 (2120) | 212 (2120) | 220 (2200) | 180 (1800) | 315 (3150) |
| 350 | 206 (2060) | 206 (2060) | 213 (2130) | 171 (1710) | 300 (3000) |
| 375 | 202 (2020) | 202 (2020) | 210 (2100) | 164 (1640) | 270 (2700) |
| 400 | 198 (1980) | 198 (1980) | 205 (2050) | 158 (1580) | 255 (2550) |
| 410 | 195 (1950) | 195 (1950) | 204 (2040) | 155 (1550) | 240 (2400) |
| 420 | 194 (1940) | 194 (1940) | 202 (2020) | 152 (1520) | 225 (2250) |
Таблица 12
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение временного сопротивления Rm, МПа (кгс/ см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12МХ | 12ХМ | 15ХМ | 15Х5М | 15Х5М-У | |
| 20 | 450 (4500) | 450 (4500) | 450 (4500) | 400 (4000) | 600 (6000) |
| 100 | 440 (4400) | 440 (4400) | 440 (4400) | 380 (3800) | 572 (5720) |
| 150 | 434 (4340) | 434 (4340) | 434 (4340) | 355 (3550) | 555 (5550) |
| 200 | 430 (4300) | 430 (4300) | 430 (4300) | 330 (3300) | 535 (5350) |
| 250 | 440 (4400) | 437 (4370) | 437 (4370) | 320 (3200) | 520 (5200) |
| 300 | 454 (4540) | 445 (4450) | 445 (4450) | 318 (3180) | 503 (5030) |
| 350 | 437 (4370) | 442 (4420) | 442 (4420) | 314 (3140) | 492 (4920) |
| 375 | 427 (4270) | 436 (4360) | 436 (4360) | 312 (3120) | 484 (4840) |
| 400 | 415 (4150) | 426 (4260) | 426 (4260) | 310 (3100) | 472 (4720) |
| 410 | 413 (4130) | 424 (4240) | 424 (4240) | 306 (3060) | 468 (4680) |
| 420 | 410 (4100) | 421 (4210) | 421 (4210) | 300 (3000) | 462 (4620) |
Таблица 13
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Rp0,2, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 08Х18Г8Н2Т (КО-3) | 07Х13АГ20 (ЧС-46) | 02Х8Н22С6 (ЭП-794) | 15Х18Н12С4ТЮ (ЭИ-654) | 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т | 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ | |
| 20 | 350 (3500) | 350 (3500) | 200 (2000) | 350 (3500) | 350 (3500) | 220 (2200) |
| 100 | 328 (3280) | 260 (2600) | 160 (1600) | 330 (3300) | 300 (3000) | 207 (2070) |
| 150 | 314 (3140) | 230 (2300) | 150 (1500) | 310 (3100) | 290 (2900) | 195 (1950) |
| 200 | 300 (3000) | 200 (2000) | 135 (1350) | 300 (3000) | 283 (2830) | 186 (1860) |
| 250 | 287 (2870) | 190 (1900) | 125 (1250) | 280 (2800) | 250 (2500) | 175 (1750) |
| 300 | 274 (2740) | 180 (1800) | 115 (1150) | 270 (2700) | 240 (2400) | 165 (1650) |
| 350 | - | 170 (1700) | - | - | - | 160 (1600) |
| 375 | - | 165 (1650) | - | - | - | 157,5 (1575) |
| 400 | - | 160 (1600) | - | - | - | 155 (1550) |
Таблица 14
| Расчетная температура стенки сосуда, или аппарата, °С | Расчетное значение временного сопротивления Rm, МПа (кгс/с 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 08Х18Г8Н2Т (КО-3) | 07Х13АГ20 (ЧС-46) | 02Х8Н22С6 (ЭП-794) | 15Х18Н12СЧТЮ (ЭИ-654) | 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ | |
| 20 | 600 (6000) | 670 (6700) | 550 (5500) | 700 (7000) | 550 (5500) |
| 100 | 535 (5350) | 550 (5500) | 500 (5000) | 640 (6400) | 527,5 (5275) |
| 150 | 495 (4950) | 520 (5200) | 480 (4800) | 610 (6100) | 512,5 (5125) |
| 200 | 455 (4550) | 490 (4900) | 468 (4680) | 580 (5800) | 500 (5000) |
| 250 | 415 (4150) | 485 (4850) | 450 (4500) | 570 (5700) | 490 (4900) |
| 300 | 375 (3750) | 480 (4800) | 440 (4400) | 570 (5700) | 482,5 (4825) |
| 350 | - | 465 (4650) | - | - | 478 (4780) |
| 375 | - | 458 (4580) | - | - | 474 (4740) |
| 400 | - | 450 (4500) | - | - | 470 (4700) |
Таблица 15
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Rp1,0, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т*, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т | 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т*, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т | 03Х21Н21М4ГБ | 03Х18Н11 | 03Х17Н14М3 | |
| 20 | 276 (2760) | 252 (2520) | 270 (2700) | 240 (2400) | 230 (2300) |
| 100 | 261 (2610) | 234 (2340) | 260 (2600) | 200 (2000) | 210 (2100) |
| 150 | 252 (2520) | 222 (2220) | 257 (2570) | 187,5 (1875) | 195 (1950) |
| 200 | 240 (2400) | 210 (2100) | 257 (2570) | 180 (1800) | 180 (1800) |
| 250 | 231 (2310) | 198 (1980) | 250 (2500) | 173 (1730) | 170 (1700) |
| 300 | 222 (2220) | 184,5 (1845) | 223 (2230) | 168 (1680) | 155 (1550) |
| 350 | 216 (2160) | 169,5 (1695) | 215 (2150) | 162 (1620) | 152 (1520) |
| 375 | 210 (2100) | 162 (1620) | 212 (2120) | 160 (1600) | 135 (1350) |
| 400 | 205,5 (2055) | 154,5 (1545) | 210 (2100) | 160 (1600) | 130 (1300) |
| 410 | 204 (2040) | 153 (1530) | - | 160 (1600) | 125 (1250) |
| 420 | 202,5 (2025) | 151,5 (1515) | - | 160 (1600) | 123 (1230) |
| 430 | 201 (2010) | 150,75 (1508) | - | 160 (1600) | 122 (1220) |
| 440 | 199,5 (1995) | 150 (1500) | - | 160 (1600) | 121 (1210) |
| 450 | 198 (1980) | 148,5 (1485) | - | 160 (1600) | 120 (1200) |
| 460 | 196,5 (1965) | 147 (1470) | - | - | - |
| 470 | 195 (1950) | 146 (1460) | - | - | - |
| 480 | 193,5 (1935) | 145,5 (1455) | - | - | - |
| 490 | 192 (1920) | 144 (1440) | - | - | - |
| 500 | 190,5 (1905) | 142,5 (1425) | - | - | - |
| 510 | 189 (1890) | 141 (1410) | - | - | - |
| 520 | 187,5 (1875) | 139,5 (1395) | - | - | - |
| 530 | 186 (1860) | 138 (1380) | - | - | - |
* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
Примечание. Предел текучести для поковок, сортового проката и труб при 20 °С следует принимать:
- для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т - для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т- для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т - 1,15 R 20 р0,2 (сорта);
- для поковок из стали марок 03Х17Н14М3, 03Х18Н11 - для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 - для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35)- для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) - 1,08 R 20 р0,2 (поковки), где Rр0,2 - предел текучести материала поковок определен по ГОСТ 25054 (по согласованию).
Таблица 16
_____________ * Для сталей 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т предел текучести при 20 °С равен 200 (2000) МПа (кгс/см 2 ).
**Вероятно ошибка оригинала. Следует читать: 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т. - Примечание изготовителя базы данных.
Примечания: 1. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,83.
2. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на отношение
где R*p0,2 - предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949.
3. Для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,95.
4. Для поковок из стали марки 03Х17Н14М3 пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,9.
5. Для поковок из стали марки 03Х18Н11 пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 пределы текучести умножают на 0,8.
6. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,88.
7. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на отношение
где R*p0,2 - предел текучести материала поковок определен по ГОСТ 25054 (по согласованию).
Стали: допускаемые напряжения и механические свойства материалов
Допускаемые напряжения принимаем по нормам, систематизированных в виде таблиц, что удобнее для практического применения при проектировочных и проверочных прочностных расчетов.
Примечание. Условные обозначения термической обработки:
О — отжиг; Н — нормализация; У — улучшение; Ц — цементация; ТВЧ — закалка с нагревом т.в.ч.; В — закалка с охлаждением в воде; М — закалка с охлаждением в масле; НВ — твердость по Бринеллю. Число после М, В, Н или ТВЧ — среднее значение твердости по HRC.
*) Римскими цифрами обозначен вид нагрузки (см. таблицу 1): I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума и от максимума до нуля (пульсирующая), III — знакопеременная (симметричная).
Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
| Марка стали по ГОСТ 380 | Допускаемые напряжения, кгс/см2 | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| При растяжении [ σ р ] | При изгибе [ σ из ] | При кручении [ τ кр ] | При срезе [ τ ср ] | При смятии [ σ см ] | ||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |
| Ст 2 | 1150 | 800 | 600 | 1400 | 1000 | 800 | 850 | 650 | 500 | 700 | 500 | 400 | 1750 | 1200 |
| Ст 3 | 1250 | 900 | 700 | 1500 | 1100 | 850 | 950 | 650 | 500 | 750 | 500 | 400 | 1900 | 1350 |
| Ст 4 | 1400 | 950 | 750 | 1700 | 1200 | 950 | 1050 | 750 | 600 | 850 | 650 | 500 | 2100 | 1450 |
| Ст 5 | 1650 | 1150 | 900 | 2000 | 1400 | 1100 | 1250 | 900 | 700 | 1000 | 650 | 550 | 2500 | 1750 |
| Ст 6 | 1950 | 1400 | 1100 | 2300 | 1700 | 1350 | 1450 | 1050 | 800 | 1150 | 850 | 650 | 2900 | 2100 |
Механические свойства и допустимые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей
| Марка стали ГОСТ 1050 | Термо- обработка | Предел прочности при растяжении σ в | Предел текучести σ т | Предел выносливости при | Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| растяжении σ −1р | изгибе σ −1 | кручении τ −1 | растя- жении [σ р] | изгибе [σ из] | кручении [τ кр] | срезе [τ ср] | смятии [σ см] | |||||||||||||
| кгс/мм 2 | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | ||||||
| 8 | Н | 33 | 20 | 12 | 15 | 9 | 1100 | 800 | 600 | 1300 | 950 | 750 | 800 | 600 | 450 | 600 | 450 | 350 | 1650 | 1200 |
| 10 | Н | 34 | 21 | 12,5 | 15,5 | 9,5 | 1100 | 800 | 600 | 1450 | 1000 | 750 | 800 | 600 | 450 | 650 | 450 | 350 | 1650 | 1200 |
| Ц-В59 | 40 | 25 | 14,5 | 18 | 11 | 1300 | 900 | 700 | 1550 | 1150 | 900 | 1000 | 650 | 550 | 700 | 500 | 400 | 1950 | 1350 | |
| 15 | Н | 38 | 23 | 13,5 | 17 | 10 | 1250 | 850 | 650 | 1500 | 1100 | 850 | 950 | 650 | 500 | 750 | 500 | 400 | 1850 | 1250 |
| Ц-В59 | 45 | 25 | 16 | 20 | 12 | 1450 | 500 | 800 | 1750 | 1250 | 1000 | 1100 | 800 | 600 | 850 | 600 | 450 | 2100 | 750 | |
| 20 | Н | 42 | 25 | 15 | 19 | 11,5 | 1400 | 1150 | 950 | 1700 | 1200 | 950 | 1050 | 700 | 550 | 850 | 600 | 450 | 2100 | 1750 |
| Ц-В59 | 50 | 30 | 18 | 22,5 | 13,5 | 1650 | 1150 | 900 | 2000 | 1400 | 1100 | 1250 | 750 | 550 | 1000 | 600 | 450 | 2400 | 1750 | |
| 25 | Н | 46 | 28 | 17 | 21 | 12,5 | 1500 | 1100 | 850 | 1800 | 1300 | 1050 | 1100 | 800 | 600 | 900 | 650 | 500 | 2200 | 1650 |
| Ц-В58 | 55 | 35 | 20 | 25 | 15 | 1800 | 1300 | 1000 | 2100 | 1600 | 1250 | 1350 | 950 | 750 | 1100 | 800 | 600 | 2700 | 1950 | |
| 30 | Н | 50 | 30 | 18 | 22,5 | 13,5 | 1650 | 1150 | 900 | 2000 | 1400 | 1100 | 1250 | 900 | 700 | 1000 | 650 | 550 | 2400 | 1750 |
| У | 60 | 35 | 21,5 | 27 | 16 | 2000 | 1400 | 1050 | 2400 | 1750 | 1350 | 1500 | 1050 | 800 | 1200 | 850 | 650 | 3000 | 2100 | |
| 35 | Н | 54 | 32 | 19 | 24 | 14,5 | 1800 | 1250 | 950 | 2100 | 1550 | 1200 | 1350 | 900 | 700 | 1100 | 750 | 550 | 2700 | 1900 |
| У | 65 | 38 | 23 | 29 | 17,5 | 2100 | 1500 | 1150 | 2600 | 1850 | 1450 | 1600 | 1100 | 850 | 1300 | 900 | 700 | 5200 | 2200 | |
| В35 | 100 | 65 | 36 | 45 | 27 | 3300 | 2300 | 1800 | 4000 | 2900 | 2200 | 2500 | 1650 | 1350 | 2000 | 1400 | 1100 | 5000 | 3500 | |
| 40 | Н | 58 | 34 | 21 | 26 | 15,5 | 1900 | 1300 | 1050 | 2300 | 1650 | 1300 | 1400 | 1000 | 750 | 1150 | 800 | 600 | 2800 | 2000 |
| У | 70 | 40 | 25 | 31,5 | 19 | 2300 | 1600 | 1250 | 2700 | 2000 | 1550 | 1700 | 1200 | 950 | 1400 | 1000 | 800 | 3400 | 2400 | |
| В35 | 100 | 65 | 36 | 45 | 27 | 3400 | 2300 | 1800 | 4000 | 2900 | 2200 | 2500 | 1750 | 1350 | 2000 | 1400 | 1100 | 5000 | 3500 | |
| 45 | Н | 61 | 36 | 22 | 27,5 | 16,5 | 2000 | 1400 | 1100 | 2400 | 1750 | 1350 | 1500 | 1050 | 800 | 1250 | 850 | 650 | 3000 | 2100 |
| У | 75 | 45 | 27 | 34 | 20,5 | 2400 | 1700 | 1350 | 2900 | 2150 | 1700 | 1850 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 | |
| М35 | 90 | 65 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1650 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
| В42 | 90-120 | 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1600 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
| В48 | 120 | 95 | 43 | 54 | 32,5 | 4000 | 2800 | 2100 | 4800 | 3400 | 2700 | 3000 | 2100 | 1600 | 2400 | 1700 | 1300 | 6000 | 4200 | |
| ТВЧ56 | 75 | 45 | 27 | 34 | 20,5 | 2400 | 1700 | 1350 | 2900 | 2100 | 1700 | 1850 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 | |
| 50 | Н | 64 | 38 | 23 | 29 | 17,5 | 2100 | 1400 | 1150 | 2500 | 1850 | 1450 | 1600 | 1100 | 850 | 1250 | 850 | 650 | 3100 | 2200 |
| У | 90 | 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1800 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
| 20Г | Н | 46 | 28 | 16,6 | 20,5 | 12,5 | 1500 | 1000 | 800 | 1800 | 1300 | 1000 | 1100 | 800 | 600 | 900 | 650 | 500 | 2200 | 1600 |
| В | 57 | 42 | 20,5 | 25,5 | 15 | 1950 | 1300 | 1000 | 2300 | 1650 | 1250 | 1450 | 1000 | 750 | 1150 | 800 | 600 | 2900 | 1900 | |
| 30Г | Н | 55 | 32 | 20 | 25 | 15 | 1800 | 1300 | 1000 | 2100 | 1600 | 1250 | 1350 | 950 | 750 | 1100 | 800 | 600 | 2700 | 1900 |
| В | 68 | 56 | 24,5 | 30,5 | 18 | 2300 | 1600 | 1200 | 2700 | 1950 | 1500 | 1700 | 1200 | 900 | 1400 | 1000 | 750 | 3400 | 2400 | |
| 40Г | Н | 60 | 36 | 22 | 27 | 16 | 2000 | 1400 | 1100 | 2400 | 1750 | 1350 | 1500 | 1050 | 800 | 1200 | 850 | 650 | 3000 | 2100 |
| В45 | 84 | 59 | 35 | 38 | 23 | 2800 | 1900 | 1500 | 3300 | 2400 | 1900 | 2100 | 1500 | 1150 | 1700 | 1200 | 950 | 4200 | 2900 | |
| 50Г | Н | 66 | 40 | 23,5 | 29,5 | 17,5 | 2100 | 1500 | 1150 | 2600 | 1850 | 1450 | 1600 | 1100 | 750 | 1300 | 900 | 700 | 3200 | 2200 |
| В | 82 | 56 | 30 | 37 | 22 | 2700 | 1900 | 1500 | 3300 | 2500 | 1850 | 2500 | 1550 | 1100 | 1650 | 1050 | 750 | 4100 | 2900 | |
| 65Г | Н | 75 | 44 | 27 | 34 | 20 | 2400 | 1750 | 1350 | 2900 | 2100 | 1700 | 1850 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 |
| У | 90 | 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1600 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
| М45 | 150 | 125 | 53 | 67 | 40 | 5000 | 3500 | 2600 | 6000 | 4300 | 3300 | 3800 | 2600 | 2000 | 3000 | 2100 | 1600 | 7600 | 5200 | |
Примечание:
Марки стали 20Г; 30Г; 40Г; 50Г; 65Г — старые марки стали, действующие до 1988 г. Буква Г в них обозначала содержание марганца около 1 %.
Предел прочности стали
Прочность металлических конструкций – один из важнейших параметров, определяющих их надежность и безопасность. Издревле вопросы прочности решались опытным путем — если какое-либо изделие ломалось — то следующее делали толще и массивнее. С 17 века ученые начали планомерное исследование проблемы, прочностные параметры материалов и конструкций из них можно рассчитать заранее, на этапе проектирования. Металлурги разработали добавки, влияющие на прочность стальных сплавов.
Предел прочности стали
Предел прочности
Предел прочности — это максимальное значение напряжений, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл определяет усилие растяжения, которое нужно приложить к стрежневидному образцу определенного сечения, чтобы разорвать его.
Каким образом производится испытание на прочность
Прочностные испытания на сопротивление разрыву проводятся на специальных испытательных стендах. В них неподвижно закрепляется один конец испытываемого образца, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создает плавно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, или же на его изгиб или скручивание.
Испытание на разрыв
Электронная система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и другие виды деформации образца.
Виды пределов прочности
Предел прочности — один из главных механических параметров стали, равно как и любого другого конструкционного материала.
Эта величина используется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в конкретной сфере или нужно подбирать более прочный.
Различают следующие виды предела прочности при:
- сжатии — определяет способность материала сопротивляться давлению внешней силы;
- изгибе — влияет на гибкость деталей;
- кручении – показывает, насколько материал пригоден для нагруженных приводных валов, передающих крутящий момент;
- растяжении.
Виды испытаний прочности материалов
Научное название параметра, используемое в стандартах и других официальных документах — временное сопротивление разрыву.
На сегодняшний день сталь все еще является наиболее применяемым конструкционным материалом, понемногу уступая свои позиции различным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета пределов прочности металла зависит его долговечность, надежность и безопасность в эксплуатации.
Предел прочности стали зависит от ее марки и изменяется в пределах от 300 Мпа у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специальных высоколегированных марок.
На значение параметра влияют:
- химический состав сплава;
- термические процедуры, способствующие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.
Некоторые примеси снижают прочность, и от них стараются избавляться на этапе отливки и проката, другие, наоборот, повышают. Их специально добавляют в состав сплава.
Условный предел текучести
Кроме предела прочности, в инженерных расчетах широко применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σт. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое необходимо создать в материале, для того, чтобы деформация продолжала расти без наращивания нагрузки. Это состояние материала непосредственно предшествует его разрушению.
На микроуровне при таких напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решетке, а на оставшиеся связи увеличивается удельная нагрузка.
Общие сведения и характеристики сталей
С точки зрения конструктора, наибольшую важность для сплавов, работающих в обычных условиях, имеют физико-механические параметры стали. В отдельных случаях, когда изделию предстоит работать в условиях экстремально высоких или низких температур, высокого давления, повышенной влажности, под воздействием агрессивных сред — не меньшую важность приобретают и химические свойства стали. Как физико-механические, так и химические свойства сплавов во многом определяются их химическим составом.
Влияние содержание углерода на свойства сталей
По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до приблизительно 1% доли, далее начинается снижение прочностных характеристик.
Повышение доли углерода также повышает порог хладоемкости, это используется при создании морозоустойчивых и криогенных марок.
Влияние углерода на механические свойства стали
Рост содержания С приводит к ухудшению литейных свойств, отрицательно влияет на способность материала к механической обработке.
Добавки марганца и кремния
Mn содержится в большинстве марок стали. Его применяют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После этого предела дальнейшее увеличение содержания ведет к образованию трещин при термообработке.
Влияние кремния на свойства сталей
Si применяется в роли раскислителя, используемого при выплавке стальных сплавов и определяет тип стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не более 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.
При производстве ферритов кремний увеличивает их прочностные параметры, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.
Влияние легирующих добавок на свойства стали
В сочетании с Mn или Mo кремний способствует росту закаливаемости, а вместе с Сг и Ni повышает коррозионную устойчивость сплавов.
Азот и кислород в сплаве
Эти самые распространенные в земной атмосфере газы вредно влияют на прочностные свойства. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру существенно снижают прочностные параметры и пластичность.
Легирующие добавки в составе сплавов
Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:
Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.
Предел текучести стали
Разные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и линейных размеров. Такое изменение называют пластической деформация. Если тело после прекращения воздействия самостоятельно восстанавливает первоначальную форму и линейные размеры — такая деформация называется упругой. Упругость, вязкость, прочность и твердость являются основными механическими характеристиками твердых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под действием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении. Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая деформация.
Поведение сталей при высоких температурах
Текучесть металла
Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе. Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена. Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.
Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.
На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы. На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.
Величина предела текучести материала
С развитием атомной физики в XX веке появилась возможность рассчитать значение параметра теоретическим путем. Эту работы первым проделал Яков Френкель в 1924 году. Исходя из прочности межатомных связей, он путем сложных для того времени вычислений определил величину напряжения, достаточного для начала пластической деформации тел простой формы. Величина предела текучести материала будет равна
ττ=G/2π. , где G — модуль сдвига, как раз и определяющий устойчивость связей между атомами.
Расчет величины предела текучести
Гениальное допущение, сделанное Френкелем при расчетах, заключалось в том, что процесс изменения формы материала рассматривался как приводимый в действие напряжениями сдвига. Для начала пластической деформации полагалось достаточным, чтобы одна половина тела сдвинулась относительно другой до такой степени, чтобы не смогла вернуться в начальное положение под действием сил упругости.
График физического предела текучести
Френкель предположил, что испытываемый в мысленном эксперименте материал имеет кристаллическое или поликристаллическое строение, свойственно для большей части металлов, керамики и многих полимеров. Такое строение предполагает наличие пространственной решетки, в узлах которой в строго определенном порядке расположены атомы. Конфигурация этой решетки строго индивидуальны для каждого вещества, индивидуальны и межатомные расстояния и связывающие эти атомы силы. Таким образом, чтобы вызвать пластическую деформацию сдвига, потребуется разорвать все межатомные связи, проходящие через условную плоскость, разделяющую половины тела.
При некотором значении напряжения, равному пределу текучести, связи между атомами из разных половин тела разорвутся, и рады атомов сместятся друг относительно друга на одно межатомное расстояние без возможности вернуться в исходное положение. При продолжении воздействия такой микросдвиг будет продолжаться, пока все атомы одной половины тела не потеряют контакт с атомами другой половины
В макромире это вызовет пластическую деформацию, изменит форму тела и при продолжении воздействия приведет к его разрушению. На практике линия начала разрушений проходит не посередине физического тела, а находится в местах расположения неоднородностей материала.
Физический предел текучести
В теории прочности для каждого материала существует несколько значений этой важной характеристики. Физический предел текучести соответствует значению напряжения, при котором, не смотря на деформацию, удельная нагрузка не меняется вовсе или меняется несущественно. Иными словами, это значение напряжения, при котором физическое тело деформируется, «течет», без увеличения прилагаемого к образцу усилия
Большое число металлов и сплавов при испытаниях на разрыв демонстрируют диаграмму текучести с отсутствующей или слабо выраженной «площадкой текучести». Для таких материалов говорят о условном пределе текучести. Его трактуют как напряжение, при котором происходит деформация в переделах 0,2%.
Условный предел текучести
К таким материалам относятся легированные и высокоуглеродистые стальные сплавы, бронза, дюралюминий и многие другие. Чем более пластичным является материал, тем выше для него показатель остаточных деформаций. Примером пластичных материалов могут служить медь, латунь, чистый алюминий и большинство низкоуглеродистых стальных сплавов.
Сталь, как самый популярный массовый конструкционный материал, находится под особо пристальным вниманием специалистов по расчету прочности конструкций и предельно допустимых нагрузок на них.
Стальные сооружения в ходе их эксплуатации подвергаются большим по величине и сложным по форме комбинированным нагрузкам на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Нагрузки могут быть динамическими, статическими и периодическими. Несмотря на сложнейшие условия использования, конструктор должен обеспечить у проектируемых им конструкций и механизмов долговечность, безотказность и высокую степень безопасности как для персонала, таки для окружающего населения.
Предел текучести стали
Поэтому к стали и предъявляются повышенные требования по механическим свойствам. С точки зрения экономической эффективности, предприятие стремится снизить сечение и другие размеры производимой им продукции, чтобы снизить материалоемкость и вес и повысить, таким образом, эксплуатационные характеристики. На практике это требование должно быть сбалансировано с требования ми по безопасности и надежности, зафиксированными в стандартах и технических условиях.
Предел текучести для стали является ключевым параметрам в этих расчетах, поскольку он характеризует способность конструкции выдерживать напряжения без необратимых деформаций и разрушения.
Влияние содержание углерода на свойства сталей
Согласно физико-химическому принципу аддитивности, изменение физических свойств материалов определяется процентным содержанием углерода. Повышение его доли до 1,2% дает возможности увеличить прочность, твердость, предел текучести и пороговую хладоемкость сплава. Дальнейшее повышение доли углерода приводит к заметному снижению таких технических показателей, как способность к свариваемости и предельная деформация при штамповочных работах. Стали с низким содержанием углерода демонстрируют наилучшую свариваемость.
Азот и кислород в сплаве
Эти неметаллы из начала таблицы Менделеева являются вредными примесями и снижают механические и физические характеристики стали, такие, например, как порог вязкости, пластичность и хрупкость. Если кислород содержится в количестве свыше 0,03%- это ведет к ускорению старения сплава, а азот увеличивает ломкость материала. С другой стороны, содержание азота повышает прочность, снижая предел текучести.
Микроструктура сплава, в составе которого присутствуют азот и кислород
Добавки марганца и кремния
Легирующая добавка в виде марганца применяется для раскисления сплава и компенсации отрицательного влияния вредных серосодержащих примесей. Ввиду своей близости по свойствам к железу существенного самостоятельного влияния на свойства сплава марганец не оказывает. Типовое содержание марганца – около 0,8%.
Кремний оказывает похожее воздействие, его добавляют в процессе раскисления в объемной доле, не превышающей 0,4%. Поскольку кремний существенно ухудшает такой технический показатель, как свариваемость стали. Для конструкционных сталей, предназначенных для соединения сваркой, его доля не должна превышать 0,25%. На свойства стальных сплавов кремний влияния не оказывает.
Примеси серы и фосфора
Сера является исключительно вредной примесью и отрицательно воздействует на многие физические свойства и технические характеристики.
Предельно допустимое содержание этого элемента в виде хрупких сульфитов– 0,06%
Сера ухудшает пластичность, предел текучести, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.
Фосфор оказывает двоякое воздействие на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания повышается предел текучести, однако с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. Обычно содержание фосфора находится в пределах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное влияние фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.
Легирующими добавками называют вещества, намеренно введенные в состав сплав для целенаправленного изменения его свойств до нужных показателей. Такие сплавы называют легированными сталями. Лучших показателей можно добиться, добавляя одновременно несколько присадок в определенных пропорциях.
Влияние легирующих элементов на свойства стали
Распространенными присадками являются никель, ванадий, хром, молибден и другие. С помощью легирующих присадок улучшают значение предела текучести, прочности, вязкости, коррозионной стойкости и многих других физико-механических и химических параметров и свойств.
Текучесть расплава металла
Текучестью расплава металла называют его свойство полностью заполнять литейную форму, проникая в малейшие полости и детали рельефа. От этого зависит точность отливки и качество ее поверхности.
Жидкий металл для процессоров
Свойство можно усилить, если поместить расплав под избыточное давление. Это физическое явление используется в установках литья под давлением. Такой метод позволяет существенно повысить производительность процесса литья, улучшить качество поверхности и однородность отливок.
Испытание образца для определения предела текучести
Чтобы провести стандартные испытания, используют цилиндрический образец диаметром 20 мм и высотой 10 мм, закрепляют его в испытательной установке и подвергают растягиванию. Расстояние между нанесенными на боковой поверхности образца метками называют расчетной длиной. В ходе измерений фиксируют зависимость относительного удлинения образца от величины растягивающего усилия.
Зависимость отображают в виде диаграммы условного растяжения. На первом этапе эксперимента рост силы вызывает пропорциональное увеличение длины образца. По достижении предела пропорциональности диаграмма из линейной превращается в криволинейную, теряется линейная зависимость между силой и удлинением. На этом участке диаграммы образец при снятии усилия еще может вернуться к исходным форме и габаритам.
Для большинства материалов значения предела пропорциональности и предела текучести настолько близки, что в практических применениях разницу между ними не учитывают.
Читайте также: