Работа сталей под нагрузкой. Характерные точки диаграммы растяжения. Физический и условный предел текучести.

 

Характеристики прочности и деформативности сталей устанавливают по диаграмме σ_s – ε_s, получаемой из испытаний образцов на растяжение. Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением до разрыва (мягкая сталь) (рис. 13, а). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести арматурной стали .

а) б)

Рис. 13. Диаграммы σ_s – ε_s при растяжении арматурной стали:

а – мягкая малоуглеродистая сталь с площадкой текучести;

б – высокопрочная, легированная сталь с условным пределом текучести.

Повышение прочности сталей достигают следующими методами:

• путем введения углерода и легирующих добавок (марганец, хром, кремний, титан и др.);
• термическим упрочнением - закаливание стали (нагрев до 800…900^оС и быстрое охлаждение), затем частичный отпуск (нагрев до 300…400^оС и постепенное охлаждение);

· холодным деформированием – при вытяжке в холодном состоянии до напряжения сталь упрочняется; при повторной вытяжке пластические деформации уже выбраны, напряжение становится новым искусственно поднятым пределом текучести ;

· холодным волочением - волочение через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий в холодном состоянии для получения высокопрочной проволоки.

Высоколегированные и термически упрочненные арматурные стали переходят в пластическую стадию постепенно без ярко выраженной площадки текучести (рис. 13, б). Для таких сталей устанавливают условный предел текучести , при котором относительные остаточные деформации составляют 0,2%.

К физическим свойствам сталей относятся:

• пластические свойства – характеризуются относительным удлинением при испытании на разрыв. Снижение пластических свойств приводит к хрупкому (внезапному) разрыву арматуры;
• свариваемость – характеризуется надежностью соединения, отсутствием трещин и других пороков металла в швах. Хорошо свариваются малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать термически упрочненные и упрочненные вытяжкой стали, т.к. теряется эффект упрочнения;
• хладноломкость - склонность к хрупкому разрушению при отрицательных температурах (ниже -30^оС);
• реологические свойства – характеризуются ползучестью и релаксацией;
• усталостное разрушение – наблюдается при действии многократно повторяющейся знакопеременной нагрузке и имеет характер хрупкого разрушения;
• динамическая прочность – наблюдается при кратковременных нагрузках большой интенсивности.

Свойства сталей. Методы упрочнения. Свариваемость арматурных сталей.

Свойства сталей

Механические свойства:

прочность — способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения. Количественно это свойство характеризуется пределом прочности и пределом текучести;

предел прочности — механическое напряжение, при превышении которого образец разрушается;

предел текучести — механическое напряжение, при превышении которого образец продолжает удлиняться при отсутствии нагрузки;

пластичность — способность стали изменять форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Количественно характеризуется углом загиба и относительным удлинением при растяжении;

ударная вязкость — способность стали противостоять динамическим нагрузкам. Количественно оценивается работой, необходимой для разрушения специального образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;

твердость — способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел. Количественно определяется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании стального шарика (метод Бринелля) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

Физические свойства:

плотность — масса вещества, заключенного в единичном объеме. Все металлы обладают высокой плотностью;

теплопроводность — способность передавать теплоту от более нагретых участков к менее нагретым;

электропроводность — способность пропускать электрический ток. Все металлы и их сплавы обладают высокой тепло- и электропроводностью.

Химические свойства:

окисляемость — способность вещества соединяться с кислородом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Низкоуглеродистые стали под действием влажного воздуха или воды окисляются с образованием ржавчины — оксидов железа;

коррозионная стойкость — способность металла не окисляться и не вступать в химические реакции с окружающими веществами;

жаростойкость — способность стали не окисляться при высокой температуре и не образовывать окалины;

жаропрочность — способность стали сохранять свои прочностные свойства при высокой температуре.

Технологические свойства:

ковкость — способность стали принимать новую форму под действием внешних сил;

жидкотекучесть — способность стали в расплавленном состоянии заполнять узкие зазоры и пространства;

обрабатываемость резанием — свойство стали поддаваться механической обработке режущим инструментом;

свариваемость — способность стали образовывать высококачественное сварное соединение, не содержащее дефектов

*Механические свойства и свариваемость арматурной стали зависят от ее химического состава (горячекатаная арматура) и способа упрочнения (термомеханическая или термическая обработка, холодная деформация). Механические свойства, химический состав, способы прокатки и упрочнения, параметры и вид профиля в той или иной степени определяют коррозионную стойкость и усталостную прочность арматуры.

*В зависимости от механических свойств арматуру делят на классы:

-горячекатаную А-I – A-VI (старое обозначение) или с указанием предела текучести (в новой редакции) А240 – А1000

-термомеханически или термически упрочненную Aт-IIIC – Aт-VII или Aт400 – Aт1200.

Повышение прочности может быть достигнуто также термическим упрочнением и механической вытяжкой.

При термическом упрочении вначале осуществляют нагрев арматуры до 800…900°С и быстрое охлаждение, а затем нагрев до 300…400°С с постепенным охлаждением (закалка с отпуском)

При мех. вытяжке арматуры на 3-5% вследствие структурных изменений кристалл. решетки – наклепа, сталь упрочняется. При повторной вытяжке (нагрузке) диаграмма деформирования будет отличается от исходной, а предел текучести

*Методы упрочнения металла:

Термомеханическая обработка стали

Поверхностное упрочнение стальных деталей.

Закалка токами высокой частоты.

Газопламенная закалка.

Старение.

Обработка стали холодом.

Упрочнение методом пластической деформации.

Свариваемость арматурной стали обеспечивается химическим составом, технологией изготовления и компактностью сечения. Возможность применения горячекатаной и термомеханически упрочненной стержневой арматуры для различных способов сварки и конструкции соединений, регламентированных ГОСТ 14098, приведены в табл. 1.52.

*При использовании широко применяемой арматуры класса A-III из стали марки 35ГС запрещается выполнять крестообразные сварные соединения вручную дуговыми прихватками, так как это приводит к преждевременному разрушению таких стыков.

*Для монолитных железобетонных конструкций иногда используют арматуру из стальных прокатных профилей в виде уголков, двутавров и швеллеров, а также плоского или профилированного стального листа. Для дисперсного армирования тонкостенных бетонных конструкций применяют фибру, изготавливаемую из стали, стекловолокна или пластика. Для арматуры из стали марки 25Г2С ручная дуговая сварка крестообразных соединений прихватками допускается. Для арматуры классов Ат-lllc и Ат-IVc ванная сварка допускается при использовании удлиненных накладок.

*При изготовлении арматурных сеток и каркасов, а также сварке встык отдельных стержней следует преимущественно применять контактную точечную и стыковую сварку, а при изготовлении западных деталей - автоматическую сварку под флюсом и контактную рельефную сварку. Начато использование различных видов неметаллической арматуры в виде стержней и канатов для обычных и предварительно напряженных бетонных конструкций.

Виды и классы армитуры.

Стержневая горячекатаная арматура в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяется на шесть классов с условным обозначением: А-I, А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI.

 

Стержневая термически упрочненная в ее обозначении отмечается дополнительным индексом «т»: Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI. дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой Ат-IIIС, К- на повышенную коррозионную стойкость.

 

Высокопрочная арматурная проволока: гладкая класса – В-II, периодического профиля Вр-II

 

Обыкновенная арматура проволока периодического профиля класса Вр-I, В-I

 

Арматурные канаты: К-7, К-19.

 

Каждому классу арм. соот. определенные марки арматурной стали с одинаковыми механическими характеристиками, но различным хим. составом. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Например, в марке 25Г2С первая цифра обозн. содер углерода в сотых долях процента (0,25%) Г- что сталь легирована марганцем, 2- что его содержание может достигать 2%, С-наличие в стали кремния.

 

20ХГ2Ц Х- хром, Т-титан, Ц- цирконий.