Предел прочности стали

Крепкость железных конструкций – один из важных характеристик, определяющих их надежность и сохранность. С незапамятных времен вопросцы прочности решались опытным методом — если какое-либо изделие ломалось — то последующее делали толще и массивнее. С 17 века ученые начали планомерное исследование задачи, прочностные характеристики материалов и конструкций из их можно высчитать заблаговременно, на шаге проектирования. Металлурги разработали добавки, действующие на крепкость железных сплавов.

Предел прочности

Предел прочности — это наибольшее значение напряжений, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл описывает усилие растяжения, которое необходимо приложить к стрежневидному эталону определенного сечения, чтоб порвать его.

Каким образом делается испытание на крепкость

Прочностные тесты на сопротивление разрыву проводятся на особых испытательных щитах. В их бездвижно закрепляется один конец испытываемого эталона, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического либо гидравлического. Этот привод делает плавненько увеличивающее усилие, действующее на разрыв эталона, либо же на его извив либо скручивание.

Испытание на разрыв

Электрическая система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и остальные виды деформации эталона.

Виды пределов прочности

Предел прочности — один из основных механических характеристик стали, равно как и хоть какого другого конструкционного материала.

Эта величина употребляется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в определенной сфере либо необходимо подбирать наиболее крепкий.

Различают последующие виды предела прочности при:

• сжатии — описывает способность материала сопротивляться давлению наружной силы;
• извиве — влияет на упругость деталей;
• кручении – указывает, как материал подходящ для нагруженных приводных валов, передающих вращающий момент;
• растяжении.

Виды испытаний прочности материалов

Научное заглавие параметра, применяемое в эталонах и остальных официальных документах — временное сопротивление разрыву.

На нынешний денек сталь все еще является более используемым конструкционным материалом, понемногу уступая свои позиции разным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета пределов прочности сплава зависит его долговечность, надежность и сохранность в эксплуатации.

Предел прочности стали зависит от ее марки и меняется в границах от 300 Мпа у обыкновенной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у особых высоколегированных марок.

На значение параметра влияют:

• хим состав сплава;
• тепловые процедуры, содействующие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.

Некие примеси понижают крепкость, и от их стараются избавляться на шаге отливки и проката, остальные, напротив, увеличивают. Их специально добавляют в состав сплава.

Условный предел текучести

Не считая предела прочности, в инженерных расчетах обширно применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σ_т. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое нужно сделать в материале, для того, чтоб деформация продолжала расти без наращивания перегрузки. Это состояние материала конкретно предшествует его разрушению.

На микроуровне при таковых напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической сетке, а на оставшиеся связи возрастает удельная перегрузка.

Общие сведения и свойства сталей

Исходя из убеждений конструктора, самую большую значимость для сплавов, работающих в обыденных критериях, имеют физико-механические характеристики стали. В отдельных вариантах, когда изделию предстоит работать в критериях экстремально больших либо низких температур, высочайшего давления, завышенной влажности, под действием брутальных сред — не наименьшую значимость получают и хим характеристики стали. Как физико-механические, так и хим характеристики сплавов почти во всем определяются их хим составом.

Воздействие содержание углерода на характеристики сталей

По мере роста процентной толики углерода происходит понижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до примерно 1% толики, дальше начинается понижение прочностных черт.

Увеличение толики углерода также увеличивает порог хладоемкости, это употребляется при разработке морозостойких и криогенных марок.

Воздействие углерода на механические характеристики стали

Рост содержания С приводит к ухудшению литейных параметров, негативно влияет на способность материала к механической обработке.

Добавки марганца и кремния

Mn содержится в большинстве марок стали. Его используют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие характеристики обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. Опосля этого предела предстоящее повышение содержания ведет к образованию трещинок при термообработке.

Воздействие кремния на характеристики сталей

Si применяется в роли раскислителя, применяемого при выплавке железных сплавов и описывает тип стали. В размеренных высокоуглеродистых марках обязано содержаться не наиболее 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.

При производстве ферритов кремний наращивает их прочностные характеристики, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.

Воздействие легирующих добавок на характеристики стали

В сочетании с Mn либо Mo кремний содействует росту закаливаемости, а вкупе с Сг и Ni увеличивает коррозионную устойчивость сплавов.

Азот и кислород в сплаве

Эти самые всераспространенные в земной атмосфере газы вредоносно влияют на прочностные характеристики. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру значительно понижают прочностные характеристики и пластичность.

Легирующие добавки в составе сплавов

Это вещества, преднамеренно добавляемые в расплав для улучшения параметров сплава и доведения его характеристик до требуемых. Одни из их добавляются в огромных количествах (наиболее процента), остальные — в весьма малых. Более нередко применяю последующие легирующие добавки:

• Хром. Применяется для увеличения прокаливаемости и твердости. Толика – 0,8-0,2%.
• Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Толика – 0,003%.
• Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Толика – 0,1%.
• Молибден. Увеличивает прочностные свойства и коррозионную стойкость, понижает хрупкость. Толика – 0,15-0,45%.
• Ванадий. Улучшает прочностные характеристики и упругость. Толика – 0,1-0,3%.
• Никель. Содействует росту прочностных черт и прокаливаемости, но при всем этом ведет к повышению хрупкости. Этот эффект возместят одновременным добавлением молибдена.

Металлурги употребляют и наиболее сложные композиции легирующих добавок, добиваясь получения неповторимых сочетаний физико-механических параметров стали. Стоимость таковых марок в пару раз (а то и 10-ов раз) превосходит стоимость обыденных низкоуглеродистых сталей. Используются они для особо ответственных конструкций и узлов.