Архивно експертно съдържание: Статията запазва исторически обозначения, таблици и твърдения за състава и механичните свойства на стоманата, но не е валиден стандарт, спецификация на материала, сертификат, структурно изчисление или инструкции за термична обработка и изпитване. Проектните стойности зависят от точно идентифицирания тип и партида стомана, условия на производство, дебелина, температура, заваряемост, якост, умора и приложим стандарт. Материалът на лагера трябва да има проследима документация и да бъде избран и проверен от отговорен експерт.
Саво Кусич днес се фокусира върху дървени прозорци, дърво-алуминиеви прозорци, прозорци по поръчка, врати и заявки за оферта. Тази статия остава като исторически архив и не представлява оферта за производство на армировка, проектиране или тестване на стоманени конструкции.
Състав и исторически белези на строителната стомана
Чрез топене на железни руди, смесени с горива и с добавяне на примеси - обикновено варовик - както и чрез въвеждане на нагрят въздух под налягане в доменна пещ, се получава чугун. Чугунът съдържа над 1,7% въглерод; не може да бъде изкован, валцован, изсечен или пресован - следователно не може да бъде оформен по различни начини. Кованото желязо се произвежда от чугун чрез продухване на въздух в основен конвертор или от скрап и чугун в пещ (пещ на Сименс-Мартин). От него чрез валцоване, пресоване и коване могат да се създават различни форми. Цялото ковано желязо се нарича стомана.
Исторически таблици: Старите марки стомана, стандарти, допустими стойности и процедури за огъване в показаните таблици не трябва да се използват за източник, идентифициране или оразмеряване на днешния материал. Валидни са само етикетът и документацията на доставената партида, с проверка за еквивалентност по договорения и валиден стандарт.
Химичен състав на строителната стомана
Техническото желязо не е чисто желязо, а сплав от основните елементи желязо и въглерод, най-често с добавка на манган, силиций, фосфор, сумбор и мед, по-рядко с алуминий, хром, никел, молибден и др. Най-важната добавка е въглеродът. Границата на провлачване и якостта на опън на разтопената стомана се увеличават с увеличаване на въглеродното съдържание, докато се достигне около 0,9% въглерод; удължението при скъсване намалява с увеличаване на въглеродното съдържание. Стоманата с високо съдържание на въглерод трябва да се борави по-внимателно при изправяне, огъване, изкълчване и т.н.
Конструкционните стомани St 37.12 като правило съдържат 0,08-0,15% въглерод, след това около 0,5% манган, до 0,3% силиций. Съдържанието на фосфор и сяра трябва да е ниско; възлиза съответно на 0,09% и 0,05%. Като правило има мед над 0,2%.
Когато се оценяват резултатите от химическите анализи, трябва да се внимава дали те са анализи от стопилки или анализи на валцувани стоки; за последното е важно дали данните за пробите се отнасят за проби, произхождащи от целия участък, или за проби, взети от определено място (от сърцевината, от ръба, от единия край).
Стоманена конструкция, закаляване, отвръщане и отгряване
Наблюдението на конструкцията се извършва върху плоски, внимателно обработени, шлифовани и полирани повърхности, които по правило са корозирали от киселини. В определени случаи (напр. при прегрята стомана), стоманените зърна могат да бъдат разпознати с невъоръжено око върху подготвените проби.
Картината 1 показва структурата на бавно охладена стомана със съдържание на въглерод около 0,1%, а снимката 2 показва структурата на бавно охладена стомана със съдържание на въглерод около 0,3%. Леките зърна не съдържат въглерод и се състоят главно от чисто желязо (оттук и името ферит); при голямо увеличение тъмните зони се появяват на ивици (перлит). Под микроскоп може да се разпознае, че тъмните петна се състоят от по-твърди и по-меки слоеве; по-твърдите слоеве са железен карбид (Fe3C), наречен цементит, вграден в по-мекия ферит. Местни - кристалите, образувани при висока температура, се разпадат при постепенно охлаждане. Внезапното охлаждане на горещата стомана предотвратява разпадането на кристалите. Ако, от друга страна, се извърши внезапно охлаждане, преди да започне трансформацията на твърдия разтвор, тогава разтворът - който иначе може да съществува само при високи температури - ще продължи да се поддържа при стайна температура. В този случай не получаваме материал, чийто въглерод е разпределен под формата на петна, а материал с равномерно разпределен въглерод. Стоманата в това състояние показва много по-висока граница на провлачване и по-висока якост на опън от бавно охладената стомана със същия химичен състав, но също така показва по-малка обработваемост; такава стомана се нарича закалена стомана.
Естествено е, че охлаждащият ефект е най-силно изразен върху повърхностите, докато отслабва към вътрешността, което е от голямо значение за използването на стомана. Закалената стомана съдържа високи вътрешни напрежения.
Лабораторни и термични процеси: металографското киселинно ецване, нагряване, темпериране и отгряване изискват контролирана лаборатория или работилница, идентифициран материал, подходящо оборудване и защита. Неправилната термична обработка може да причини пукнатини, деформации, загуба на якост и високи остатъчни напрежения.
Поведение на стоманата по време на изпитване на опън
1. Обикновени конструкционни стомани в валцувано състояние
От теста за опън, на първо място модулът на еластичност E може да се определи както за общо, така и за еластично удължение. Модулът на еластичност на стоманата е 200 GPa.
Постоянни удължения възникват при ниски напрежения, но те не са от особено значение в конструкцията. Обикновената стомана започва да “тече” при натоварвания, които за комерсиална строителна стомана St 37 и стомана за бетон I най-вече надвишават 0,24 GPa, а в големи участъци тази стойност може да падне до 0,18 GPa. В резултат на провлачването се получават големи трайни деформации и “линии на провлачване”. Линията на диаграмата на удължение на стоманата (снимката по-долу) показва, че границата на провлачване е превишена (когато е натоварена на опън, тази граница се нарича още граница на провлачване).
Когато при стоманобетонни греди границата на разтягане на армировката е превишена в зоната на опън, се получават значителни удължения в стоманата, при което се образуват пукнатини и огъвания в зоната на опън на гредата, което влошава носещата способност на гредата. При стомани с високо съдържание на въглерод, при закалени стомани и като цяло при цветни метали, характерната граница на провлачване, показана на снимката по-горе, не се появява; постоянните удължения обикновено се увеличават и няма ясна граница на провлачване. В такива случаи, като правило, границата на провлачване се приема за равна на натоварването, при което възниква постоянно удължение от 0,2%.
Стойностите не са проектни данни: модулът на еластичност, границата на провлачване, якостта и удължението в текста са прехвърлени от исторически източник. За изчислението се вземат характеристиките и проектните стойности на точния модерен клас, дебелина и състояние на доставка, заедно със съответните частични коефициенти, толеранси и изисквания за якост, заваряемост и умора.
2. Студено изтеглени стомани
Във всеки стоманен прът, който е изправен или огънат, се появява локално студено изтеглена стомана. При това стоманата е локално напрегната отвъд границата на провлачване; на изтеглената част лимитът на чертане се увеличава. Ако обикновен стоманен прът се натовари на опън до превишаване на границата на провлачване, при повторно натоварване се наблюдава, че стойността на границата на провлачане се е увеличила. Колкото по-дълъг е интервалът от време на “пауза” между две натоварвания, толкова повече ще се увеличи границата на провлачване.
В допълнение, тъй като по време на студено разтягане диаметърът също намалява пропорционално на удължението на пръта, така че стоманата, която е била изложена на значително разтягане преди теста, ще покаже значително по-висока граница на провлачване и якост на опън от стомана, която не е била разтегната; в същото време ще покаже по-малка устойчивост на удар.
Студеното изтегляне се използва при производството на бетонни стомани IIb, IIIb и IVb (тор-стомана, стоманена строителна мрежа), както и при производството на телове за предварително напрегната армировка и въжета за висящи мостове.
Студена работа и армиране: Историческите студено изтеглени степени и описания не са показателни за съвременния продукт. Огъването, изправянето, повторното огъване, заваряването или нагряването на армировката може да промени свойствата и е разрешено само когато е разрешено от документацията на продукта, дизайна и приложимия стандарт.
Поведение на стоманата по време на изпитване под налягане
Казаното за еластичността и за границата на опън на разтопената стомана се отнася в съответния смисъл за натоварването под налягане. Стойностите на границата на провлачване на конструкционната стомана (в случай на налягане се нарича граница на провлачване), получени по време на теста за компресия и теста за опън, не се различават много. Въпреки това, под налягане, увеличаване на натоварването над границата на смачкване е възможно само с много къси елементи.
За тънките пръчки се прилагат законите на изкълчването. При това, на първо място, трябва да се вземат предвид подходящи предположения, независимо дали се отнасят до начина на поддържане и защипване на краищата на пръта, или до отклонения на оста на пръта от установеното положение.
Пресови елементи: здравината на материала сама по себе си не определя носещата способност на пръта. Тънкостта, първоначалната кривина, остатъчните напрежения, локалното и глобалното изкълчване, опорите, ставите и несъвършенствата трябва да бъдат включени в изчислението на бетонния елемент.
Поведение на стоманата при тест за огъване
По отношение на границата на провлачване (наблюдавана отвън чрез големите деформации на опорите или от линиите на провлачване), важно е тя да се случи по време на теста за огъване при малко по-ниски, но по-високи напрежения от тези, получени при изпитване на якостта на опън на тестовия прът. След превишаване на границата на провлачване на стоманата в зоните на опън на опорите, натоварванията могат да бъдат увеличени, ако опорите са достатъчно осигурени срещу изкълчване или усукване.
Тест за огъване: снимката показва лабораторна процедура, а не критерии за приемане на продукта. Геометрията на пробата, опорите, скоростта, температурата, посоката на валцоване и критериите за сортиране трябва да съответстват на приложения стандарт и точния тип стомана.
Якост на умора на стомана
Якостните свойства, определени по време на обикновени тестове за опън, натиск или огъване, предоставят подробна информация за поведението на стоманата при статично натоварване. В същото време трябва да се има предвид, че границата на провлачване по време на дългосрочно статично натоварване ще бъде малко по-ниска от границата, получена при обикновено изпитване до повреда. Ако статичните натоварвания са последвани от чести натоварвания (напр. мостове, кранови пътища, превозни средства) или ако изобщо действат само чести натоварвания, тогава могат да се получат данни за материала само въз основа на поведението му при условия, които най-много съответстват на практическите условия. Следователно стоманите за конструктивни елементи, които ще бъдат изложени предимно на движещи се натоварвания, се изпитват чрез често натоварване.
Най-често статични и движещи се натоварвания възникват едновременно. Следващите примери очертават същността на проблема. Пръчките, показани на снимката 1, са направени от същия материал и са взети от една и съща пръчка. Долният прът се огъва бавно чрез постепенно натоварване; следователно може да се огъне. Горният прът е многократно подложен на многократно натоварване, с напрежения, много по-ниски от тези, преобладаващи в първия прът. След известно време горният прът се счупи, без да има трайна деформация около счупването. Съгласно това поведението на материала при разрушаване зависи значително от начина, по който се прилага натоварването. Горният пример, който се отнася до натоварването на огъване, е типичен и за други видове товари. Фигури 2 и 3 показват примери за изпитвания на опън; Фигура 2 се отнася за прост пример за тест за разкъсване, а фигура 3 за еднопосочни тестове за променлив опън.
По отношение на прилагането на тези факти е важно - освен поведението, показано по време на обикновения тест за разкъсване - стойността на конструктивния елемент, който е бил пробит или чието напречно сечение е претърпяло други промени, трябва да бъде специално оценено. Устойчивостта на пробит прът към чести натоварвания е много по-ниска от съпротивлението на непробитан прът, тъй като праговете на напрежението се появяват в краищата на отвора. Напрежението на ръба на отвора, ако е причинено от чести натоварвания, винаги ще бъде значително по-високо от средното напрежение. Последствието е, че пробитите строителни елементи при чести натоварвания показват много по-малка здравина от непробитите елементи.
Последна бележка относно умората: напукване от умора може да възникне при напрежения, по-ниски от тези, които причиняват видима пластична деформация. Дупки, заварени детайли, внезапни промени в сечението, корозия и повреди променят категорията на детайлите и живота. Конструкциите, подложени на многократно натоварване, изискват специално изчисление на умора, план за инспекция и експертна оценка на всяка открита пукнатина.