La producción de productos laminados implica la fabricación de una gran cantidad de variedades de aceros estructurales. Las estructuras durante el funcionamiento experimentan cargas complejas de tensión, compresión, impacto, flexión o acción simultánea en el complejo. Para condiciones de trabajo pesadas y difíciles de estructuras, mecanismos y estructuras, se requiere garantizar la durabilidad, seguridad y confiabilidad del trabajo, en relación con la cual se imponen mayores requisitos sobre el metal como material estructural básico.
Lo principal en el cálculo de estructuras es el deseo de reducir la sección transversal de las estructuras de acero de los ensamblajes modernos para reducir su consumo masivo y económico de material sin reducir la capacidad de soporte de la estructura. Dependiendo de las condiciones de trabajo, los requisitos para el acero varían, pero hay estándares que son importantes y se utilizan en el proceso de trabajo de diseño. El acero estructural debe cumplir con características de alta resistencia con suficiente ductilidad del material.
El punto de rendimiento es una importante cantidad física convencional utilizada directamente en las fórmulas de cálculo. El uso de este indicador como base para calcular la resistencia de una estructura es razonable, ya que aparecen cambios irreversibles en las dimensiones lineales durante la operación en una estructura, lo que conduce a la destrucción de la forma del producto y su falla. El aumento de esta característica hace posible reducir las secciones transversales de diseño del material y el peso de las estructuras metálicas y permite mayores cargas de trabajo.
El límite elástico de los metales es la característica del acero, que indica la tensión crítica, después de lo cual el material continúa deformándose sin aumentar la carga. Este indicador importante se mide en Pascales (Pa) o MegaPascales (MPa) y le permite calcular el límite de tensiones permisibles para los aceros dúctiles.
Una vez que el material supera el límite de elasticidad, se producen deformaciones irreversibles, la estructura de la red cristalina cambia y se producen cambios plásticos. Si el valor de tracción de la fuerza aumenta, luego de pasar el límite de elasticidad, la deformación del acero continúa aumentando.
A menudo, el concepto de inclinación del acero se denomina tensión, en la que comienza una deformación irreversible, sin definir las diferencias con el límite de elasticidad. Pero en condiciones reales, el valor del indicador de la resistencia a la fluencia excede el límite elástico en aproximadamente un 5%.
Información general y características del acero.
El acero pertenece a la aleación maleable deformable a base de hierro con carbono y aditivos de otros elementos. El material se funde a partir de mezclas de hierro fundido con chatarra de metal en hornos de hogar abierto, eléctricos y convertidores de oxígeno.
El estado de equilibrio en la estructura del acero.
La red cristalina formada del metal depende de la cantidad de carbono que contiene y está determinada por el diagrama estructural de acuerdo con los procesos en esta aleación. Por ejemplo, la rejilla de acero, que contiene hasta un 0, 06% de carbono, tiene una estructura granular y es una ferrita en su forma pura. La resistencia de tales metales es pequeña, pero el material tiene un alto límite de tenacidad y fluidez. Las estructuras de los aceros en equilibrio se subdividen:
- ferrítico
- perlita-ferrítica;
- cemento-ferrítico;
- perlita cementítica;
- perlítico
Efecto del contenido de carbono en las propiedades del acero.
Los cambios en los componentes principales de cementita y ferrita están determinados por las propiedades de los primeros de acuerdo con la ley de aditividad. Un aumento en el porcentaje de adiciones de carbono al 1.2% hace posible aumentar la resistencia, la dureza, el umbral de capacidad de frío en 20 ° C y la resistencia de rendimiento. El aumento del contenido de carbono cambia las propiedades físicas del material, lo que a veces conduce al deterioro de las características técnicas, como la capacidad de soldadura y la deformación durante el estampado. Las aleaciones bajas en carbono tienen una excelente soldadura en estructuras.
Aditivos de manganeso y silicona
El manganeso se introduce en la aleación como un aditivo tecnológico para aumentar el grado de desoxidación y reducir los efectos nocivos de las impurezas de azufre. En los aceros, está presente como constituyentes sólidos en una cantidad de no más del 0, 8% y no tiene un efecto significativo en las propiedades del metal.
El silicio actúa en la composición de la aleación de manera similar, se agrega durante el proceso de desoxidación en una cantidad de no más de 0.38%. Para poder conectar piezas mediante soldadura, el contenido de silicio no debe superar el 0.24%. El silicio en la aleación no afecta las propiedades de los aceros.
Impurezas de azufre y fósforo.
El límite del contenido de azufre en la aleación es un umbral del 0, 06%, está contenido en forma de sulfitos frágiles. El alto contenido de impurezas afecta significativamente las propiedades mecánicas y físicas de los aceros. Esto se refleja en una disminución de la ductilidad, la resistencia del rendimiento, la resistencia al impacto, la resistencia a la abrasión y la corrosión.
El contenido de fósforo también deteriora los indicadores de calidad de las aleaciones metálicas, la resistencia a la producción después de un aumento de fósforo en la composición aumenta, pero la viscosidad y la ductilidad disminuyen. El contenido estándar de impurezas en la aleación está regulado por el intervalo de 0.025 a 0.044%. El fósforo degrada las propiedades de los aceros más severamente y al mismo tiempo mantiene una alta tasa de adición de carbono.
Nitrógeno y oxígeno en la aleación.
Estas sustancias contaminan el acero con impurezas no metálicas y degradan sus propiedades mecánicas y físicas. En particular, esto se refiere al umbral de viscosidad y resistencia, plasticidad y fragilidad. El contenido en la aleación de oxígeno en una cantidad de más de 0.03% provoca un rápido envejecimiento del metal, el nitrógeno aumenta la fragilidad y aumenta con el tiempo el envejecimiento por deformación. El contenido de nitrógeno aumenta la resistencia, disminuyendo así la resistencia del rendimiento.
Aditivos de aleación en la composición de aleaciones.
Al acero aleado, que se introducen específicamente en ciertas combinaciones de elementos para mejorar las características de calidad. El dopaje complejo da los mejores resultados. El cromo, níquel, molibdeno, tungsteno, vanadio, titanio y otros se utilizan como aditivos.
El dopaje aumenta la elasticidad y otras propiedades tecnológicas, como la resistencia al impacto, la contracción y la posibilidad de recocido, lo que reduce el umbral de deformación y el agrietamiento.
Pruebas de acero
Para estudiar completamente las propiedades del material y determinar la elasticidad, la deformación plástica y la resistencia, realice pruebas de muestras de metal hasta su completa destrucción. La prueba se realiza bajo la acción de cargas de la siguiente forma:
carga estática;- Categoría cíclica (resistencia o fatiga);
- estiramiento
- doblar
- torsión
- menos comúnmente para cargas combinadas, como flexión y estiramiento.
La determinación de los límites de las cargas de prueba se lleva a cabo bajo condiciones estándar, utilizando máquinas especiales, que se describen en las normas de los estándares estatales.
La muestra de prueba para determinar el límite elástico.
Para hacer esto, tome una muestra de forma cilíndrica con un tamaño de 20 mm, una longitud estimada de 10 mm y aplíquele una carga de tracción. El concepto de longitud estimada se refiere a la distancia entre los riesgos aplicados a una muestra más larga para la capacidad de captura. Para la prueba, se determina la relación entre el aumento de la resistencia a la tracción y el alargamiento de la muestra de prueba .
Todas las lecturas de prueba se muestran automáticamente como un gráfico para la comparación visual. Se denomina diagrama de tensión condicional o tensión condicional, el gráfico depende de la sección inicial de la muestra y su longitud inicial. Inicialmente, un aumento en la fuerza conduce a un alargamiento proporcional de la muestra. Esta situación es válida hasta el límite de la proporcionalidad.
Después de alcanzar este umbral, el gráfico se vuelve curvilíneo e indica un aumento desproporcionado en la longitud con un aumento uniforme en la carga. Luego viene la definición de la resistencia del rendimiento. Mientras las tensiones en la muestra no superen este indicador, el material con el cese de la carga puede volver a su estado original con respecto al tamaño y la forma. En la práctica, el proceso de prueba de la diferencia entre estos límites es pequeño y no merece mucha atención.
Fuerza de rendimiento
Si continúa aumentando la carga, entonces llega un momento de prueba, cuando el cambio en la forma y el tamaño continúa sin un aumento en la resistencia. En el diagrama, esto se muestra mediante la línea recta horizontal (plataforma) de rendimiento. Se registra la tensión máxima a la que aumenta la deformación, después de la terminación de la carga creciente. Este indicador se llama el límite elástico. Para el art. Del acero. Resistencia de 3 rendimientos de 2450 kg por centímetro cuadrado.
Fuerza de rendimiento condicional
Durante la prueba, muchos metales proporcionan un diagrama en el que el área de flujo está ausente o mal expresada, para ellos se utiliza el concepto de resistencia de rendimiento condicional. Este concepto define la tensión que causa un cambio residual o deformación en el límite del 0.2% . Los metales a los que se aplica el concepto de resistencia de elasticidad condicional son aleaciones y aceros con alto contenido de carbono, bronce, duraluminio y otros. Cuanto más plástico es el acero, mayor es la indicación de deformaciones residuales. Estos incluyen aluminio, latón, cobre y acero bajo en carbono.
Las pruebas de muestras de acero muestran que la fluidez del metal provoca cambios significativos de cristales en la red y se caracteriza por la aparición de líneas en la superficie, dirigidas hacia el eje central del cilindro.
Última fuerza
Después de un cambio en una cierta cantidad, la muestra pasa a una nueva fase, cuando, después de superar la resistencia elástica, el metal puede resistir nuevamente el estiramiento . Esto se caracteriza por el endurecimiento y la línea del diagrama se eleva nuevamente, aunque el aumento se produce en una manifestación más suave. Aparece una resistencia temporal a carga constante.
Después de alcanzar la tensión máxima (resistencia a la tracción), una muestra de un estrechamiento agudo, el llamado cuello, caracterizado por una disminución en el área de la sección transversal, aparece en la muestra, y la muestra se rompe en el punto más delgado. En este caso, el valor del voltaje cae bruscamente y la magnitud de la fuerza disminuye.
El artículo 3 del acero se caracteriza por una resistencia a la tracción de 4000–5000 kg / cm2. Para metales de alta resistencia, esta cifra alcanza el límite de 17.500 kg / cm3.
Plasticidad del material.
Se caracteriza por dos indicadores:
- alargamiento residual;
- Constricción residual a la rotura.
Para determinar el primer indicador, mida la longitud total de la muestra estirada después de la ruptura. Para hacer esto, apila las dos mitades unas con otras. Midiendo la longitud, calcule el porcentaje de la longitud original. Las aleaciones duraderas son menos susceptibles a la ductilidad y la tasa de elongación se reduce a 63%.
La segunda característica se calcula después de medir la parte más estrecha del espacio y se calcula como un porcentaje del área inicial del corte de la muestra.
Fragilidad de acero
La propiedad opuesta a la plasticidad es un indicador de fragilidad del material . Metales frágiles consideran hierro fundido, acero para herramientas. La división del acero en frágil y dúctil es condicional, ya que las condiciones de trabajo o prueba, la tasa de aumento de la carga y la temperatura ambiente son importantes para determinar este indicador.
Algunos materiales en diferentes condiciones no se comportan como frágiles. Por ejemplo, el hierro fundido, que está ubicado de manera que se sujeta en todos los lados, no se colapsa incluso bajo cargas pesadas y tensiones que se producen en el interior. El acero con ranuras se caracteriza por una mayor fragilidad. De ahí la conclusión de que es mucho más conveniente probar no los límites de la fragilidad, sino determinar el estado del material como plástico o quebradizo.
Las pruebas de aceros para determinar las propiedades físicas y técnicas se realizan para obtener datos confiables para el trabajo de construcción y la creación de estructuras en la economía.