Contido experto en arquivos: O artigo conserva designacións históricas, táboas e afirmacións sobre a composición e as propiedades mecánicas do aceiro, pero non é unha norma válida, especificación de material, certificado, cálculo estrutural ou instrución de proba e tratamento térmico. Os valores de deseño dependen do tipo e do lote de aceiro identificados con precisión, das condicións de fabricación, do grosor, da temperatura, da soldabilidade, da dureza, da fatiga e da norma aplicable. O material do rodamento debe ter documentación rastreable e ser seleccionado e verificado por un experto responsable.
Información relacionada: Fiestras de madeira feitas segundo o teu proxecto. · Fiestras de madeira e aluminio feitas por encargo. · Fiestras personalizadas para casas, proxectos e exportación. · Portas de madeira e madeira-aluminio feitas por encargo. · Enviar unha solicitude de cotización.
Composición e marcas históricas do aceiro de construción
Ao fundir minerais de ferro mesturados con combustibles, e coa adición de impurezas -xeralmente caliza-, así como introducindo aire quente a presión nun alto forno, obtense arrabio. O ferro bruto contén máis de 1,7% carbono; non se pode forxar, enrolar, cincelar ou prensar; polo tanto, non se pode moldear de varias maneiras. O ferro forxado prodúcese a partir de ferro bruto insuflando aire nun conversor básico, ou a partir de chatarra e ferro bruto nun forno (forno Siemens-Martin). A partir del pódense crear varias formas enrolando, presionando e forxando. Todo o ferro forxado chámase aceiro.
Táboas históricas: As antigas designacións de aceiro, normas, tolerancias e procedementos de dobrado nas táboas mostradas non deben utilizarse para a obtención, identificación ou dimensionamento do material actual. Só son válidas a etiqueta e a documentación do lote entregado, con comprobación de equivalencia segundo a norma acordada e vixente.
Composición química do aceiro de construción
O ferro técnico non é ferro puro, senón unha aliaxe dos elementos básicos ferro e carbono, a maioría das veces coa adición de manganeso, silicio, fósforo, sumbor e cobre, e con menos frecuencia con aluminio, cromo, níquel, molibdeno, etc. A mestura máis importante é o carbono. O límite de fluencia e a resistencia á tracción do aceiro fundido aumentan co aumento do contido de carbono ata alcanzar aproximadamente 0,9% carbono; o alongamento á rotura diminúe a medida que aumenta o contido de carbono. O aceiro cun alto contido de carbono debe manipularse con máis coidado ao endereitarse, dobrarse, pandearse, etc.
Construción de aceiro St37.12por regra xeral conteñen0,08-0,15%de carbono, entón aprox0,5%manganeso, ata0,3%silicio. O contido de fósforo e xofre debe ser baixo; ascende respectivamente0,09%e0,05%. Como regra xeral, hai máis cobre0,2%.
Ao avaliar os resultados das análises químicas, deberase ter coidado de se son análises de fundidos ou análises de produtos laminados; para este último, é importante que os datos da mostra se refiran a mostras orixinadas de toda a sección ou a mostras tomadas dun lugar específico (do núcleo, do bordo, dun extremo).
Estrutura de aceiro, endurecemento, revenido e recocido
A observación da estrutura realízase en superficies planas, coidadosamente procesadas, rectificadas e pulidas que, por regra xeral, están corroídas polos ácidos. En certos casos (por exemplo, en aceiro sobrequente), pódense recoñecer os grans de aceiro a simple vista nas mostras preparadas.
A imaxe 1 mostra a estrutura dun aceiro arrefriado lentamente cun contido de carbono de aproximadamente 0,1%, e a imaxe 2 mostra a estrutura dun aceiro arrefriado lentamente cun contido de carbono de aproximadamente 0,3%. Os grans lixeiros están libres de carbono e consisten principalmente en ferro puro (de aí o nome de ferrita); baixo gran aumento aparecen zonas escuras con raias (perlita). Baixo o microscopio, pódese recoñecer que as manchas escuras consisten en capas máis duras e brandas; as capas máis duras son o carburo de ferro (Fe3C), chamado cementita, que está incrustado na ferrita máis branda. Locals: os cristais formados a altas temperaturas se desintegran ao arrefriarse gradualmente. O arrefriamento repentino do aceiro quente impide que os cristais se desintegren. Se, pola contra, se realiza un arrefriamento brusco antes de que comece a transformación da solución sólida, entón a disolución -que doutro xeito só pode existir a altas temperaturas- seguirase mantendo a temperatura ambiente. Neste caso, non obtemos un material cuxo carbono estea distribuído en forma de manchas, senón un material con carbono uniformemente distribuído. O aceiro nesa condición mostra un límite de fluencia moito maior e unha maior resistencia á tracción que o aceiro de arrefriamento lento da mesma composición química, pero tamén mostra menos maquinabilidade; este aceiro chámase aceiro endurecido.
É natural que o efecto de arrefriamento sexa máis pronunciado nas superficies, mentres que se debilita cara ao interior, o que é de gran importancia para o uso do aceiro. O aceiro endurecido contén altas tensións internas.
Procedementos de laboratorio e térmicos: o gravado con ácido metalográfico, o quecemento, o revenido e o recocido requiren un laboratorio ou taller controlado, material identificado, equipos e protección adecuados. Un tratamento térmico inadecuado pode causar gretas, deformacións, perda de tenacidade e altas tensións residuais.
Comportamento do aceiro durante as probas de tracción
1. Aceiros estruturais ordinarios en estado laminado
A partir do ensaio de tracción, en primeiro lugar pódese determinar o módulo de elasticidade E tanto para alongamentos totais como elásticos. O módulo de elasticidade do aceiro é 200 GPa.
Os alongamentos permanentes ocorren a baixas tensións, pero non teñen especial importancia na construción. O aceiro común comeza a “fluír” baixo cargas que para o aceiro de construción comercial St 37 e o aceiro de formigón supero maioritariamente 0,24 GPa, e en grandes seccións este valor pode baixar a 0,18 GPa. Como resultado da fluencia, prodúcense grandes deformacións permanentes e “liñas de fluencia”. A liña do diagrama de alongamento do aceiro (imaxe de abaixo) mostra que se superou o límite de fluencia (na carga de tensión, este límite tamén se denomina límite de fluencia).
Cando, no caso de vigas de formigón armado, se supera o límite de estiramento da armadura na zona de tensión, prodúcense alongamentos importantes no aceiro, polo que se crean gretas e curvas na zona de tensión da viga, o que prexudica a capacidade de carga da viga. En aceiros con alto contido en carbono, en aceiros endurecidos e en xeral en metais non férreos, non aparece o límite de fluencia característico que se mostra na imaxe superior; os alongamentos permanentes xeralmente aumentan e non hai un punto de fluencia distinto. Nestes casos, por regra xeral, asúmese que o límite de fluencia é igual á carga á que se produce un alongamento permanente de 0,2%.
Os valores non son datos de deseño: os módulos de elasticidade, límite de fluencia, resistencia e alongamento no texto transfírense dunha fonte histórica. Para o cálculo, tómanse os valores característicos e de deseño da clase moderna exacta, o espesor e as condicións de entrega, xunto cos factores parciais relevantes, as tolerancias e os requisitos de tenacidade, soldabilidade e fatiga.
2. Aceiros estirados en frío
En cada barra de aceiro que se endereita ou se dobra, prodúcese aceiro estirado localmente en frío. Ao facelo, o aceiro tensase localmente máis aló do límite de fluencia; na parte debuxada, increméntase o límite de debuxo. Se unha varilla de aceiro lisa se carga en tensión ata que se supera o límite de fluencia, ao recargar obsérvase que o valor da limitación de fluencia aumentou. Canto máis longo sexa o intervalo de tempo de “pausa” entre dúas cargas, máis aumentará o límite de fluencia.
Ademais, dado que durante o estiramento en frío o diámetro tamén diminúe en proporción ao alongamento da barra, polo que o aceiro que foi exposto a un estiramento significativo antes da proba mostrará un límite de fluencia e resistencia á tracción significativamente maior que o aceiro que non foi estirado; ao mesmo tempo, mostrará menos resistencia ao impacto.
O trefilado en frío utilízase na produción de aceiros de formigón IIb, IIIb e IVb (tor-steel, mallas de construción de aceiro), así como na produción de fíos para reforzo pretensado e cordas de pontes colgantes.
Traballo en frío e reforzo: As notas e descricións históricas de debuxo en frío non son indicativas do produto moderno. Dobrar, endereitar, dobrar, soldar ou quentar o reforzo pode cambiar as propiedades e só se permite cando o permita a documentación do produto, o deseño e a norma aplicable.
Comportamento do aceiro durante as probas de presión
O que se dixo sobre a elasticidade e sobre o límite de tracción do aceiro fundido aplícase no sentido correspondente á carga de presión. Os valores do límite de fluencia do aceiro estrutural (no caso de presión chámase límite de fluencia) obtidos durante a proba de compresión e a proba de tensión non difiren moito. Non obstante, baixo presión, un aumento da carga máis alá do límite de esmagamento só é posible con elementos moi curtos.
Para varillas delgadas, aplícanse as leis do pandeo. Asemade, en primeiro lugar, deben terse en conta as hipóteses axeitadas, tanto se se refiren ao modo de apoiar e beliscar os extremos da vara, como a desviacións do eixe da vara respecto da posición establecida.
Elementos prensados: a resistencia do material por si só non determina a capacidade de carga da varilla. No cálculo do elemento de formigón débense incluír a esbeltez, a curvatura inicial, as tensións residuais, o pandeo local e global, os apoios, as unións e as imperfeccións.
Comportamento do aceiro na proba de flexión
En canto ao límite de fluencia (observado desde o exterior polas grandes deflexións dos apoios ou polas liñas de fluencia), é importante que se produza durante o ensaio de flexión a esforzos lixeiramente inferiores pero superiores aos obtidos ao ensaiar a resistencia á tracción da barra de ensaio. Despois de superar o límite de fluencia do aceiro nas zonas de tensión dos soportes, as cargas pódense aumentar se os soportes están suficientemente asegurados contra o pandeo ou a torsión.
Proba de flexión: a foto mostra o procedemento de laboratorio, non os criterios de aceptación do produto. A xeometría da probeta, os soportes, a velocidade, a temperatura, a dirección de laminación e os criterios de clasificación deben corresponder á norma aplicada e ao tipo exacto de aceiro.
Resistencia á fatiga do aceiro
As propiedades de resistencia determinadas durante as probas ordinarias de tensión, compresión ou flexión proporcionan información detallada sobre o comportamento do aceiro baixo carga estática. Ao mesmo tempo, débese ter en conta que o límite de fluencia durante a carga estática a longo prazo será lixeiramente inferior ao límite obtido polas probas ordinarias ata o fallo. Se as cargas estáticas van seguidas de cargas frecuentes (por exemplo, pontes, vías de guindastre, vehículos) ou se só actúan cargas frecuentes, entón pódense obter datos sobre o material só en función do seu comportamento en condicións que se axusten máis ás condicións prácticas. Polo tanto, os aceiros para elementos de construción, que estarán expostos principalmente a cargas móbiles, son probados mediante cargas frecuentes.
Na maioría das veces, as cargas estacionarias e en movemento ocorren ao mesmo tempo. Os seguintes exemplos describen a esencia do problema. Varas mostradas na imaxe1están feitos do mesmo material e fundidos da mesma vara. A vara inferior dóbrase lentamente por carga gradual; polo tanto, podería dobrarse. A vara superior está sometida repetidamente a cargas repetidas, con esforzos moi inferiores aos que prevalecen na primeira vara. Despois dun tempo, a vara superior rompeuse sen mostrar ningunha deformación permanente ao redor da fractura. Segundo isto, o comportamento do material en falla depende significativamente da forma en que se aplica a carga. O exemplo anterior, que se refire á carga de flexión, tamén é típico para outros tipos de cargas. Nas imaxes2e3móstranse exemplos de ensaios de tracción; imaxe2refírese a un exemplo sinxelo dunha proba de bágoa, e a Fig3a probas de tensión variable unidireccionais.
En canto á aplicación destes feitos, é importante que, ademais do comportamento mostrado durante o ensaio ordinario de rotura, se avalíe especialmente o valor do elemento construtivo, que foi perforado ou cuxa sección transversal sufriu outras modificacións. A resistencia dunha varilla perforada a cargas frecuentes é moito menor que a resistencia dunha varilla non perforada, xa que nos bordos do burato aparecen limiares de tensión. A tensión no bordo do burato, se é causada por cargas frecuentes, sempre será significativamente superior á tensión media. A consecuencia é que os elementos de construción perforados baixo cargas frecuentes mostran moita menos resistencia que os elementos non perforados.
Unha nota final sobre a fatiga: as gretas por fatiga poden producirse a esforzos inferiores aos que provocan deformacións plásticas visibles. Os buracos, os detalles soldados, os cambios bruscos de sección, a corrosión e os danos cambian a categoría de detalles e a vida útil. As estruturas sometidas a cargas repetidas requiren un cálculo especial de fatiga, un plan de inspección e unha valoración experta de cada greta detectada.