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La producción moderna necesita muchos productos de acero duraderos. En la construcción de puentes, casas, estructuras complejas utilizando diferentes aceros. Uno de los principales problemas es el cálculo de la resistencia del metal y el valor del voltaje del refuerzo de acero. Para que las estructuras sirvan durante mucho tiempo y sean seguras, es necesario conocer el punto de rendimiento exacto del material de acero que está sujeto a la carga principal.
Definicion basica
En el proceso de uso , cualquier estructura tiene diferentes cargas en forma de compresión, tensión o impacto. Pueden actuar tanto por separado como conjuntamente.
Los diseñadores modernos buscan reducir la masa de las piezas de acero para ahorrar material, pero al mismo tiempo evitar una reducción crítica en la capacidad de carga de toda la estructura. Esto se debe a la reducción de la sección de refuerzo de acero.
Dependiendo del propósito de los objetos, algunos requisitos para el acero pueden cambiar, pero hay una lista de indicadores estándar e importantes. Sus valores se calculan en la etapa de diseño de partes y componentes de la estructura futura. La pieza de trabajo debe tener alta resistencia con ductilidad apropiada.
En primer lugar, cuando se calcula la resistencia de un producto de acero, se presta atención a la resistencia al rendimiento . Este valor caracteriza el comportamiento de las partes cuando se las expone.
La resistencia de elasticidad de un material es la magnitud de la tensión crítica a la que un material continúa deformándose sin aumentar la carga. Esta característica se mide en Pascales y le permite calcular la tensión máxima posible para el acero dúctil.
Después de pasar por este límite, se producen distorsiones de la red cristalina irrecuperable en el material . Con un aumento posterior en la fuerza de impacto en la pieza de trabajo y superando el punto de elasticidad, la deformación aumenta.
La elasticidad se confunde a veces con el límite de elasticidad . Estos son conceptos similares, pero el límite de elasticidad es el valor de la resistencia máxima del metal y está justo por debajo de la resistencia elástica.
El valor de rendimiento es aproximadamente un cinco por ciento más alto que el límite elástico.
La composición de las aleaciones de acero.
Las propiedades del metal dependen de la red cristalina formada, que, a su vez, está determinada por el contenido de carbono. La dependencia de los tipos de celosía de la cantidad de carbono está bien trazada en el diagrama estructural. Si, por ejemplo, en la celosía de acero hay hasta un 0, 06% de carbono, entonces esta es una ferrita clásica, que tiene una estructura granular. Dicho material es frágil pero fluido y tiene un gran límite de resistencia al impacto.
La estructura del acero se divide en:
- ferrítico
- perlita-ferrita;
- cemento-ferrítico;
- perlita cementítica;
- perlita
Aditivos y fuerza de carbono.
La ley de aditividad se confirma por los cambios porcentuales en cementita y ferrita en acero. Si la cantidad de aditivo de carbono es aproximadamente 1.2%, la resistencia elástica del material de acero aumenta y aumenta la dureza, resistencia y resistencia a la temperatura. Con un aumento posterior en el contenido de carbono, los parámetros técnicos se deterioran. El acero está mal soldado y es reacio a ser estampado. La mejor manera de soldar aleaciones se comporta con un bajo contenido de carbono.
Manganeso y silicona
En forma de aditivo, para aumentar el grado de desoxidación, se agrega adicionalmente manganeso. Además, este elemento reduce los efectos nocivos del azufre. El contenido de manganeso no suele superar el 0, 8% y no afecta a las propiedades tecnológicas de la aleación. Presente como un componente sólido.
El silicio tampoco afecta particularmente las características del metal. Es necesario aumentar la calidad de las piezas soldadas. El contenido de este elemento no supera el 0, 38% y se agrega durante el proceso de desoxidación.
Azufre y fósforo
El azufre está contenido en forma de sulfitos frágiles. El aumento de la cantidad de este elemento afecta a las propiedades mecánicas de la aleación. Cuanto más azufre, peor es la ductilidad, fluidez y viscosidad de la aleación. Si se excede el límite de 0.06%, entonces el producto es más susceptible a la corrosión y puede sufrir una abrasión severa.
La presencia de fósforo aumenta el índice de flujo, pero al mismo tiempo disminuye la ductilidad y la viscosidad. En general, un contenido elevado de fósforo degrada significativamente la calidad del metal. Particularmente perjudicial para las características del alto contenido conjunto de fósforo y carbono. Los límites válidos para el contenido de fósforo son valores de 0.025 a 0.044%.
Nitrógeno y oxigeno
Estas son impurezas no metálicas que disminuyen las propiedades mecánicas de la aleación. Si el contenido de oxígeno es más del 0.03%, entonces el metal envejece más rápido, los valores de ductilidad y viscosidad disminuyen. Los suplementos de nitrógeno aumentan la resistencia, pero en este caso, la resistencia del rendimiento disminuye. El mayor contenido de nitrógeno hace que el acero sea frágil y contribuye al rápido envejecimiento de la estructura metálica.
Comportamiento de los aditivos de aleación
Para mejorar todos los parámetros físicos del acero, se añaden elementos de aleación especiales a la aleación. Tales aditivos pueden ser tungsteno, molibdeno, níquel, cromo, titanio y vanadio. La adición conjunta en las proporciones requeridas da los resultados más aceptables.
El dopaje aumenta significativamente la velocidad de flujo, la tenacidad y evita la deformación y el agrietamiento.
Cheque de aleación
Antes de comenzar la producción para estudiar las propiedades de una aleación de metal, realizar pruebas. Las muestras de metal se ven afectadas por varias cargas hasta la pérdida completa de todas las propiedades.
Las cargas son:
- Carga estadística.
- Compruebe la resistencia y la fatiga del acero.
- Estirar un artículo.
- Pruebas de flexión y torsión.
- Flexión de juntas y resistencia a la tracción.
Para estos fines, use máquinas especiales y cree condiciones lo más cerca posible del modo de operación del diseño futuro.
Pruebas
Para probar una muestra cilíndrica con una sección transversal de veinte milímetros y una longitud estimada de diez milímetros, se aplica una carga de tracción. La muestra en sí tiene una longitud de más de diez milímetros para que pueda capturarse de manera confiable, y está marcada con una longitud de diez milímetros y se llama calculada. La fuerza de estiramiento aumenta y se mide el alargamiento creciente de la muestra. Para mayor claridad, los datos se trazan. Se llama la carta de estiramiento condicional.
Con una pequeña carga, la muestra se alarga proporcionalmente . Cuando la fuerza de estiramiento aumenta lo suficiente, se alcanzará el límite de proporcionalidad. Después del paso de este límite comienza un alargamiento desproporcionado del material con un cambio uniforme en la resistencia a la tracción. Luego se alcanza el límite, después de lo cual la muestra no puede volver a la longitud original. Con el paso de este valor, el cambio de la pieza de prueba se produce sin aumentar la fuerza de tracción. Por ejemplo, para la barra de acero art. 3, este valor es igual a 2450 kg por centímetro cuadrado.
Punto de flujo no expresado
Si con una fuerza de impacto constante, el material es capaz de deformarse por un largo tiempo, entonces se llama idealmente plástico.
En las pruebas, a menudo sucede que el límite de rendimiento se define de forma difusa, luego se introduce una definición de la resistencia del rendimiento condicional. Esto significa que la fuerza que actúa sobre el metal causó una deformación o un cambio residual de aproximadamente el 0, 2%. El valor del cambio residual depende de la ductilidad del metal.
Cuanto más plástico es el metal, mayor es el valor de la deformación residual. Las aleaciones típicas en las que dicha deformación no se expresa claramente son cobre, latón, aluminio, acero con bajo contenido de carbono. Las muestras de estas aleaciones se llaman compactadas.
Cuando un metal comienza a "fluir", como lo demuestran los experimentos y la investigación, hay fuertes cambios en la red cristalina. Aparecen líneas de corte en su superficie y las capas de cristales se desplazan significativamente.
Después de que el metal se estira espontáneamente, pasa al siguiente estado y nuevamente adquiere la capacidad de resistir. Luego, la aleación alcanza su resistencia y los detalles muestran claramente el área más débil donde se produce un estrechamiento agudo de la muestra.
El área de la sección transversal se vuelve más pequeña y en este lugar hay una ruptura y destrucción. La magnitud de la fuerza de tracción en este momento cae junto con el valor de la tensión y la parte se rompe.
Las aleaciones de alta resistencia soportan cargas de hasta 17.500 kilogramos por centímetro cuadrado. La resistencia a la tracción del acero ST.3 está dentro de 4 a 5 mil kilogramos por centímetro cuadrado.
Caracteristica de plasticidad
La plasticidad del material es un parámetro importante que debe tenerse en cuenta al diseñar las estructuras. La plasticidad está determinada por dos indicadores:
- alargamiento residual;
- constricción a la rotura.
El alargamiento residual se calcula midiendo la longitud total de la pieza después de que se haya roto. Consiste en la suma de las longitudes de cada mitad de la muestra. Luego, en porcentaje, se determina la relación con la longitud condicional original. Cuanto más fuerte sea la aleación de metal, menor será el valor del alargamiento relativo.
El estrechamiento residual es la relación en porcentaje del punto más estrecho de la ruptura con respecto al área de la sección transversal inicial de la barra en investigación.
Tasa de fragilidad
La aleación de metal más frágil es el acero para herramientas y el hierro fundido. La fragilidad es una propiedad opuesta a la plasticidad, y es algo arbitraria, ya que depende en gran medida de las condiciones externas.
Tales condiciones pueden incluir:
- Temperatura ambiente Cuanto más baja es la temperatura, más frágil se vuelve el producto.
- La tasa de cambio del esfuerzo aplicado.
- Humedad y otros parámetros.
Al cambiar las condiciones externas, el mismo material se comporta de manera diferente. Si la pizca de arrabio se sujeta por todos lados, no se rompe incluso con cargas considerables. Y, por ejemplo, cuando hay ranuras en la barra de acero, la parte se vuelve muy frágil.
Por lo tanto, en la práctica, no es el concepto del límite de fragilidad lo que se aplica, sino que el estado de la muestra se determina como frágil o más bien plástico.
Fuerza material
Esta propiedad mecánica de la pieza de trabajo y se caracteriza por la capacidad de soportar la carga no se destruye por completo. Para la muestra de prueba, se crean condiciones que reflejan las condiciones de operación más futuras y aplican varios efectos, aumentando gradualmente la carga. Un aumento en las fuerzas de impacto provoca deformación plástica en la muestra. En los materiales dúctiles, la deformación se produce en una zona fuertemente pronunciada llamada cuello. Los materiales frágiles pueden descomponerse en varios sitios al mismo tiempo.
El acero pasa la prueba para determinar con precisión las diversas propiedades con el fin de obtener una respuesta sobre la posibilidad de su uso en ciertas condiciones en la construcción y creación de estructuras complejas.
Los valores de rendimiento de varios grados de acero se enumeran en las Normas especiales y Condiciones técnicas. Hay cuatro clases principales. El valor de rendimiento de los productos de la primera clase puede alcanzar los 500 kg / cm2. La segunda clase cumple con los requisitos para una carga de hasta 3 mil kg / cm2. La tercera: hasta los 4 mil kg / cm2. y la cuarta clase soporta hasta 6 mil kg / cm cuadrado.