ساختار، مقاومت و استحکام فولاد

محتوای تخصصی بایگانی: این مقاله نام های تاریخی، جداول، و ادعاهای مربوط به ترکیب و خواص مکانیکی فولاد را حفظ می کند، اما یک استاندارد معتبر، مشخصات مواد، گواهی، محاسبات ساختاری، یا دستورالعمل عملیات حرارتی و آزمایش نیست. مقادیر طراحی به نوع و دسته فولادی که دقیقاً مشخص شده است، شرایط ساخت، ضخامت، دما، قابلیت جوشکاری، چقرمگی، خستگی و استاندارد قابل اجرا بستگی دارد. مواد یاتاقان باید دارای اسناد قابل ردیابی بوده و توسط کارشناس مسئول انتخاب و بررسی شود.

اطلاعات مرتبط: پنجره های چوبی ساخته شده بر اساس پروژه شما. · پنجره های چوبی آلومینیومی سفارشی. · پنجره های سفارشی برای خانه ها، پروژه ها و صادرات. · دربهای چوبی و چوبی آلومینیومی سفارشی. · یک درخواست قیمت ارسال کنید.

ترکیب و علائم تاریخی فولاد ساختمانی

با ذوب سنگ آهن مخلوط با سوخت و با افزودن ناخالصی ها - معمولاً سنگ آهک - و همچنین با وارد کردن هوای گرم شده تحت فشار به داخل کوره بلند، آهن خام به دست می آید. آهن خوک حاوی بیش از 1,7% کربن است. آن را نمی توان آهنگری، نورد، اسکنه یا پرس کرد - بنابراین، نمی توان آن را به روش های مختلف شکل داد. فرفورژه از آهن خام با دمیدن هوا در مبدل پایه یا از ضایعات آهن و آهن خام در کوره (کوره زیمنس مارتین) تولید می شود. با غلتاندن، فشار دادن و آهنگری می توان اشکال مختلفی از آن ایجاد کرد. تمام آهن های فرفورژه فولاد نامیده می شود.

جدول تاریخی: نامگذاری های قدیمی فولاد، استانداردها، کمک هزینه ها و روش های خمشی در جداول نشان داده شده نباید برای منبع یابی، شناسایی یا اندازه گیری مواد امروزی استفاده شوند. فقط برچسب و مدارک دسته تحویلی معتبر است، با بررسی معادل بودن طبق استاندارد توافق شده و معتبر.

ترکیب شیمیایی فولاد ساختمانی

آهن فنی، آهن خالص نیست، بلکه آلیاژی از عناصر اساسی آهن و کربن است که معمولاً با افزودن منگنز، سیلیکون، فسفر، سامبور و مس و کمتر با آلومینیوم، کروم، نیکل، مولیبدن و غیره ترکیب می‌شود. مهمترین ماده افزودنی کربن است. استحکام تسلیم و استحکام کششی فولاد مذاب با افزایش محتوای کربن افزایش می‌یابد تا زمانی که به تقریباً برسد.0,9%کربن؛ ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش محتوای کربن کاهش می یابد. فولاد با محتوای کربن بالا باید هنگام صاف کردن، خم شدن، کمانش و غیره با دقت بیشتری کار شود.

خیابان فولاد ساختمانی37.12به عنوان یک قاعده آنها حاوی0,08-0,15%کربن، سپس حدود0,5%منگنز، تا0,3%سیلیکون محتوای فسفر و گوگرد باید کم باشد. به ترتیب مبلغ می شود0,09%و0,05%. به عنوان یک قاعده، مس بیشتری وجود دارد0,2%.

هنگام ارزیابی نتایج آنالیزهای شیمیایی، باید دقت شود که آیا آنها آنالیزهای حاصل از مذاب هستند یا آنالیزهای کالاهای نورد. برای دومی، مهم است که داده‌های نمونه به نمونه‌هایی که از کل بخش سرچشمه می‌گیرند یا به نمونه‌های گرفته‌شده از یک مکان خاص (از هسته، از لبه، از یک انتها) اشاره دارد.

ساختار فولادی، سخت شدن، تمپر و بازپخت

مشاهده سازه بر روی سطوح صاف، با دقت پردازش شده، زمینی و صیقلی انجام می‌شود که معمولاً توسط اسیدها خورده می‌شوند. در موارد خاص (به عنوان مثال در فولاد بیش از حد گرم شده)، دانه های فولاد را می توان با چشم غیر مسلح در نمونه های آماده شده تشخیص داد.

در تصویر1ساختار فولاد به آرامی خنک شده حاوی حدود0,1%از کربن و در تصویر2ساختار فولاد به آرامی خنک شده حاوی حدود0,3%کربن دانه های سبک بدون کربن هستند و عمدتاً از آهن خالص تشکیل شده اند (از این رو فریت نامیده می شود). در زیر بزرگنمایی زیاد نواحی تاریک راه راه (پرلیت) به نظر می رسند. در زیر میکروسکوپ می توان تشخیص داد که لکه های تیره از لایه های سخت تر و نرم تری تشکیل شده اند. لایه‌های سخت‌تر کاربید آهن (Fe3C) به نام سمنتیت است که در فریت نرم‌تر جاسازی شده است. محله ها - کریستال هایی که در دمای بالا تشکیل می شوند با سرد شدن تدریجی متلاشی می شوند. خنک شدن ناگهانی فولاد داغ از متلاشی شدن کریستال ها جلوگیری می کند. از سوی دیگر، اگر قبل از شروع تبدیل محلول جامد، خنک‌سازی ناگهانی انجام شود، محلول - که در غیر این صورت فقط در دماهای بالا می‌تواند وجود داشته باشد - در دمای اتاق حفظ می‌شود. در این حالت، ماده ای به دست نمی آید که کربن آن به صورت لکه ای توزیع شده باشد، بلکه ماده ای با کربن یکنواخت توزیع شده است. فولاد در آن شرایط استحکام تسلیم و استحکام کششی بالاتری نسبت به فولاد کند خنک با همان ترکیب شیمیایی نشان می‌دهد، اما همچنین قابلیت ماشینکاری کمتری را نشان می‌دهد. چنین فولادی، فولاد سخت شده نامیده می شود.

طبیعی است که اثر خنک کننده بیشتر بر روی سطوح ظاهر می شود، در حالی که به سمت داخل ضعیف می شود که برای استفاده از فولاد از اهمیت بالایی برخوردار است. فولاد سخت شده دارای تنش های داخلی بالایی است.

فرآيندهاي آزمايشگاهي و حرارتي: اچ متالوگرافي اسيد، حرارت دادن، حرارت دادن و بازپخت نياز به آزمايشگاه يا كارگاه كنترل شده، مواد شناسايي شده، تجهيزات مناسب و حفاظت دارد. عملیات حرارتی نامناسب می تواند باعث ایجاد ترک، تغییر شکل، از دست دادن چقرمگی و تنش های پسماند زیاد شود.

رفتار فولاد در حین آزمایش کشش

1. فولادهای سازه ای معمولی در حالت نورد شده

از آزمایش کشش، در وهله اول مدول الاستیسیته E را می توان برای کشش کل و کشش تعیین کرد. مدول الاستیسیته فولاد 200 GPa است.

کشش های دائمی در ولتاژهای پایین اتفاق می افتد، اما در ساخت و ساز اهمیت خاصی ندارند. فولاد معمولی تحت بارهایی شروع به “جریان” می کند که برای فولاد ساختمانی تجاری St 37 ​​و فولاد بتن من بیشتر از 0,24 GPa است و در مقاطع بزرگ این مقدار می تواند تا 0,18 GPa کاهش یابد. در نتیجه تسلیم، تغییر شکل های دائمی بزرگ و “خطوط تسلیم” رخ می دهد. خط نمودار کشیدگی فولاد (تصویر زیر) نشان می‌دهد که از مقاومت تسلیم فراتر رفته است (هنگام بارگذاری در کشش، به این حد مقاومت تسلیم نیز گفته می‌شود).

زمانی که در مورد تیرهای بتن مسلح، از حد کشش آرماتور در ناحیه کشش فراتر رود، کشیدگی قابل توجهی در فولاد رخ می‌دهد که در نتیجه در ناحیه تنش تیر، ترک‌ها و خم‌هایی ایجاد می‌شود که ظرفیت باربری تیر را مختل می‌کند. در فولادهای با محتوای کربن بالا، در فولادهای سخت شده و به طور کلی روی فلزات غیرآهنی، نقطه تسلیم مشخص شده در تصویر بالا ظاهر نمی شود. ازدیاد طول های دائمی به طور کلی افزایش می یابد و نقطه تسلیم مشخصی وجود ندارد. در چنین مواردی، به عنوان یک قاعده، قدرت تسلیم برابر با باری در نظر گرفته می‌شود که در آن یک کشیدگی دائمی 0,2%.

مقادیر داده‌های طراحی نیستند: مدول الاستیسیته، استحکام تسلیم، استحکام و کشیدگی در متن از یک منبع تاریخی منتقل می‌شود. برای محاسبه، مقادیر مشخصه و طراحی کلاس، ضخامت و شرایط تحویل دقیق مدرن، همراه با عوامل جزئی مربوطه، تلرانس ها و الزامات برای چقرمگی، جوش پذیری و خستگی گرفته می شود.

2. فولادهای سرد کشیده شده

در هر میله فولادی که صاف یا خم می شود، فولادی که به صورت موضعی سرد کشیده می شود رخ می دهد. در انجام این کار، فولاد به صورت محلی فراتر از نقطه تسلیم تحت فشار قرار می گیرد. در قسمت ترسیم شده، حد ترسیم افزایش می یابد. اگر یک میله فولادی ساده در کشش بارگذاری شود تا زمانی که از مقاومت تسلیم فراتر رود، در بارگذاری مجدد مشاهده می شود که مقدار مقاومت تسلیم افزایش یافته است. هر چه فاصله زمانی “مکث” بین دو بار بیشتر باشد، قدرت تسلیم بیشتر خواهد شد.

علاوه بر این، از آنجایی که در طول کشش سرد، قطر نیز متناسب با ازدیاد طول میله کاهش می‌یابد، بنابراین فولادی که قبل از آزمایش در معرض کشش قابل توجهی قرار گرفته است، مقاومت تسلیم و استحکام کششی بسیار بیشتری نسبت به فولادی که کشیده نشده است نشان می‌دهد. در عین حال، مقاومت کمتری در برابر ضربه نشان خواهد داد.

کشش سرد در تولید فولادهای بتنی IIb، IIIb، و IVb (تور-فولاد، مش ساختمانی فولادی) و همچنین در تولید سیم برای تقویت پیش تنیده و طناب پل‌های معلق استفاده می‌شود.

کار سرد و تقویت: نمرات و توصیفات طراحی سرد تاریخی نشان دهنده محصول مدرن نیست. خم کردن، صاف کردن، خم کردن مجدد، جوش یا گرم کردن آرماتور می تواند خواص را تغییر دهد و تنها زمانی مجاز است که مستندات محصول، طراحی و استاندارد قابل اجرا مجاز باشد.

رفتار فولاد در حین آزمایش فشار

آنچه در مورد کشش و در مورد حد کشش فولاد مذاب گفته شد به معنای مربوط به بار فشار است. مقادیر مقاومت تسلیم فولاد سازه ای (در مورد فشار به آن مقاومت تسلیم می گویند) که در طول آزمایش تراکم و تست کشش به دست می آید تفاوت زیادی با هم ندارند. با این حال، تحت فشار، افزایش بار فراتر از حد خرد کردن تنها با عناصر بسیار کوتاه امکان پذیر است.

برای میله های باریک، قوانین کمانش اعمال می شود. در عین حال، در وهله اول، باید مفروضات مناسب را در نظر گرفت، چه به نحوه نگهداشتن و چنگ زدن به انتهای میله اشاره داشته باشد و چه به انحراف محور میله از موقعیت تعیین شده.

عناصر فشرده: استحکام ماده به تنهایی ظرفیت باربری میله را تعیین نمی کند. باریکی، انحنای اولیه، تنش های پسماند، کمانش موضعی و کلی، تکیه گاه ها، درزها و عیوب باید در محاسبه المان بتنی لحاظ شود.

رفتار فولاد در آزمایش خمشی

با توجه به نقطه تسلیم (که از بیرون توسط انحرافات بزرگ تکیه گاه ها یا خطوط تسلیم مشاهده می شود)، مهم است که در طول آزمایش خمشی در تنش های کمی کمتر اما بیشتر از تنش های بدست آمده در هنگام آزمایش استحکام کششی میله آزمایش رخ دهد. پس از فراتر رفتن از مقاومت تسلیم فولاد در نواحی کششی تکیه گاه ها، در صورتی که تکیه گاه ها به اندازه کافی در برابر کمانش یا پیچش محکم شده باشند، می توان بارها را افزایش داد.

تست خمش: عکس روش آزمایشگاهی را نشان می دهد، نه معیارهای پذیرش محصول. هندسه نمونه، تکیه گاه ها، سرعت، دما، جهت نورد و معیارهای درجه بندی باید با استاندارد اعمال شده و نوع دقیق فولاد مطابقت داشته باشد.

استحکام خستگی فولاد

خواص مقاومتی تعیین شده در طول آزمایشات کششی، فشاری یا خمشی معمولی اطلاعات دقیقی در مورد رفتار فولاد تحت بارگذاری استاتیکی ارائه می دهد. در عین حال، باید در نظر گرفت که مقاومت تسلیم در طول بارگذاری استاتیکی طولانی مدت کمی کمتر از حد به دست آمده توسط آزمایش معمولی تا زمان شکست خواهد بود. اگر بارهای ساکن توسط بارهای مکرر (مانند پل ها، مسیرهای جرثقیل، وسایل نقلیه) دنبال شوند، یا اگر اصلاً فقط بارهای مکرر عمل کنند، آنگاه می توان اطلاعاتی را در مورد ماده تنها بر اساس رفتار آن تحت شرایطی به دست آورد که با شرایط عملی بسیار مطابقت دارد. بنابراین، فولادهای عناصر ساختمانی که عمدتاً در معرض بارهای متحرک خواهند بود، با بارگذاری مکرر آزمایش می شوند.

اغلب، بارهای ثابت و متحرک به طور همزمان رخ می دهند. مثال های زیر اصل مسئله را مشخص می کند. میله های نشان داده شده در تصویر1آنها از یک ماده ساخته شده اند و از یک میله ساخته شده اند. میله پایینی با بارگذاری تدریجی به آرامی خم می شود. بنابراین، می تواند خم شود. میله بالایی بارها و بارها تحت بارگذاری مکرر قرار می گیرد، با تنش های بسیار کمتر از تنش های غالب در میله اول. پس از مدتی، میله بالایی بدون ایجاد تغییر شکل دائمی در اطراف شکستگی شکست. بر این اساس، رفتار مواد در هنگام شکست به طور قابل توجهی به نحوه اعمال بار بستگی دارد. مثال بالا، که به بار خمشی اشاره دارد، برای انواع دیگر بارها نیز معمول است. در تصاویر2و3نمونه هایی از آزمایش های کششی نشان داده شده است. تصویر2به یک مثال ساده از آزمایش پارگی اشاره دارد و شکل3به آزمون های کشش متغیر یک جهته.

با توجه به کاربرد این حقایق، مهم است که - جدا از رفتار نشان داده شده در طول آزمایش پارگی معمولی - ارزش عنصر ساختمانی که سوراخ شده است یا سطح مقطع آن دستخوش تغییرات دیگری شده است، باید به طور خاص ارزیابی شود. مقاومت یک میله سوراخ شده در برابر بارهای مکرر بسیار کمتر از مقاومت میله های سوراخ نشده است، زیرا آستانه های ولتاژ در لبه های سوراخ ظاهر می شوند. تنش در لبه سوراخ، اگر ناشی از بارهای مکرر باشد، همیشه به طور قابل توجهی بیشتر از تنش متوسط ​​خواهد بود. نتیجه این است که عناصر ساختمانی حفاری شده تحت بارهای مکرر استحکام بسیار کمتری نسبت به عناصر غیر حفاری نشان می دهند.

نکته پایانی در مورد خستگی: ترک ناشی از خستگی می تواند در تنش های کمتر از تنش هایی که باعث تغییر شکل پلاستیک قابل مشاهده می شود رخ دهد. سوراخ ها، جزئیات جوش، تغییرات ناگهانی در مقطع، خوردگی و آسیب، دسته بندی جزئیات و عمر را تغییر می دهد. سازه های تحت بارگذاری مکرر نیاز به محاسبه خستگی ویژه، یک طرح بازرسی و ارزیابی تخصصی از هر ترک شناسایی شده دارند.