מבנה, התנגדות וחוזק של פלדה

תוכן מומחה לארכיון: המאמר שומר על ייעודים היסטוריים, טבלאות וטענות לגבי ההרכב והתכונות המכניות של פלדה, אך אינו תקן, מפרט חומר, תעודה, חישוב מבני או הוראת טיפול ובדיקה בחום. ערכי עיצוב תלויים בסוג ובאצווה של פלדה שזוהו במדויק, מצב הייצור, עובי, טמפרטורה, יכולת ריתוך, קשיחות, עייפות ותקן ישים. החומר הנושא חייב להיות בעל תיעוד הניתן למעקב ולהיבחר ונבדק על ידי מומחה אחראי.

כיום, סאבו קושיץ’ מתמקד בחלונות עץ, חלונות עץ-אלומיניום, חלונות מותאמים אישית, דלת ו-בקשות להצעת מחיר. מאמר זה נשאר כארכיון היסטורי ואינו מייצג הצעה לייצור חיזוק, עיצוב או בדיקה של מבני פלדה.

הרכב וסימנים היסטוריים של פלדת בנייה

על ידי המסת עפרות ברזל מעורבות בדלקים, ובתוספת זיהומים - לרוב אבן גיר - וכן על ידי הכנסת אוויר מחומם בלחץ לכבשן פיצוץ, מתקבל ברזל חזיר. ברזל חזיר מכיל מעל 1,7% פחמן; לא ניתן לזייף, לגלגל, לסותט או ללחוץ - לכן, לא ניתן לעצב אותו בדרכים שונות. ברזל יצוק מופק מברזל חזיר על ידי ניפוח אוויר בממיר בסיסי, או מגרוטאות ברזל וברזל חזיר בכבשן (תנור סימנס-מרטין). ניתן ליצור ממנו צורות שונות על ידי גלגול, לחיצה וזיוף. כל ברזל יצוק נקרא פלדה.

טבלאות היסטוריות: אין להשתמש בייעודי הפלדה הישנים, בתקנים, בהפרשות ובנהלי הכיפוף בטבלאות המוצגות למקור, זיהוי או גודל של החומר של היום. רק התווית והתיעוד של האצווה שנמסרה תקפים, תוך בדיקת שוויון לפי התקן המוסכם והתקף.

הרכב כימי של פלדת בנייה

ברזל טכני אינו ברזל טהור, אלא סגסוגת של היסודות הבסיסיים ברזל ופחמן, לרוב בתוספת מנגן, סיליקון, זרחן, סומבר ונחושת, ולעתים רחוקות יותר עם אלומיניום, כרום, ניקל, מוליבדן וכו’. התערובת החשובה ביותר היא פחמן. חוזק התפוקה וחוזק המתיחה של פלדה מותכת גדלים עם הגדלת תכולת הפחמן עד שמגיעים לפחמן בערך של 0,9%; ההתארכות בשבירה פוחתת ככל שתכולת הפחמן עולה. יש לטפל ביתר זהירות בפלדה עם תכולת פחמן גבוהה בעת יישור, כיפוף, כיפוף וכו’.

רחוב בנייה פלדה37.12ככלל הם מכילים0,08-0,15%של פחמן, ואז כ0,5%מנגן, עד0,3%סִילִיקוֹן. תכולת הזרחן והגופרית חייבת להיות נמוכה; זה מסתכם בהתאמה0,09%ו0,05%. ככלל, יש יותר נחושת0,2%.

כאשר מעריכים את התוצאות של ניתוחים כימיים, יש להקפיד האם הם ניתוחים מהמסים או ניתוחים של מוצרים מגולגלים; עבור האחרונים, חשוב אם נתוני המדגם מתייחסים לדגימות שמקורן במקטע כולו, או לדגימות שנלקחו ממקום מסוים (מהליבה, מהקצה, מקצה אחד).

מבנה פלדה, התקשות, חישול וחישול

התבוננות במבנה מתבצעת על משטחים שטוחים, מעובדים בקפידה, טחונים ומלוטשים, אשר, ככלל, נשחקים בחומצות. במקרים מסוימים (למשל על פלדה שחוממת יתר על המידה), ניתן לזהות גרגרי פלדה בעין בלתי מזוינת על דגימות מוכנות.

התמונה 1 מציגה את המבנה של פלדה שהתקררה באיטיות עם תכולת פחמן של בערך 0,1%, והתמונה 2 מציגה את המבנה של פלדה שהתקררה באיטיות עם תכולת פחמן של בערך 0,3%. גרגרים קלים הם נטולי פחמן ומורכבים בעיקר מברזל טהור (ומכאן השם פריט); בהגדלה גבוהה, האזורים הכהים נראים מפוספסים (פרלייט). מתחת למיקרוסקופ, ניתן לזהות שהכתמים הכהים מורכבים משכבות קשות ורכות יותר; השכבות הקשות יותר הן קרביד ברזל (Fe3C), הנקרא צמנטיט, המוטבע בפריט הרך יותר. מקומיים - גבישים שנוצרו בטמפרטורה גבוהה מתפרקים עם קירור הדרגתי. קירור פתאומי של הפלדה החמה מונע מהגבישים להתפורר. אם, לעומת זאת, יתבצע קירור פתאומי לפני תחילת הטרנספורמציה של התמיסה המוצקה, אז התמיסה - שאם לא כן יכולה להתקיים רק בטמפרטורות גבוהות - תמשיך להישמר בטמפרטורת החדר. במקרה זה לא נקבל חומר שהפחמן שלו מופץ בצורה של כתמים, אלא חומר עם פחמן מפוזר באופן שווה. פלדה במצב זה מראה חוזק תפוקה גבוה בהרבה וחוזק מתיחה גבוה יותר מאשר פלדה בקירור איטי מאותו הרכב כימי, אך היא גם מראה פחות יכולת עיבוד; פלדה כזו נקראת פלדה מוקשה.

זה טבעי שאפקט הקירור בולט ביותר על המשטחים, בעוד שהוא נחלש כלפי פנים, שיש לו חשיבות רבה לשימוש בפלדה. פלדה מוקשה מכילה מתחים פנימיים גבוהים.

נהלי מעבדה ותרמיים: תחריט חומצה מטלוגרפית, חימום, חישול וחישול דורשים מעבדה או סדנה מבוקרת, חומר מזוהה, ציוד מתאים והגנה. טיפול בחום לא נכון עלול לגרום לסדקים, עיוותים, אובדן קשיחות ולחצים שיוריים גבוהים.

התנהגות של פלדה במהלך בדיקת מתיחה

1. פלדות מבניות רגילות במצב מגולגל

מבדיקת המתיחה, מלכתחילה ניתן לקבוע את מודול האלסטי E הן עבור התארכות מוחלטת והן עבור התארכות אלסטית. מודול האלסטיות של פלדה הוא 200 GPa.

התארכות קבועה מתרחשת במתחים נמוכים, אך אין להן חשיבות מיוחדת בבנייה. פלדה רגילה מתחילה “לזרום” תחת עומסים שעבור בנייה מסחרית פלדת St 37 ופלדת בטון אני עולה בעיקר על 0,24 GPa, ובקטעים גדולים ערך זה יכול לרדת ל- 0,18 GPa. כתוצאה מהזרימה נוצרים עיוותים קבועים גדולים ו“קווי תפוקה”. הקו של דיאגרמת התארכות הפלדה (תמונה למטה) מראה שחרגה מנקודת הניבול (בעומס מתח, גבול זה נקרא גם נקודת הניבול).

כאשר במקרה של קורות בטון מזוין עוברים את גבול המתיחה של החיזוק באזור המתיחה, נוצרות התארכות משמעותית בפלדה, לפיה נוצרים סדקים וכיפופים באזור המתיחה של הקורה, דבר הפוגע ביכולת הנשיאה של הקורה. על פלדות בעלות תכולת פחמן גבוהה, על פלדות מוקשות ובכלל על מתכות לא ברזליות, לא מופיעה נקודת היבול האופיינית המוצגת בתמונה למעלה; התארכות קבועה גדלה בדרך כלל, ואין נקודת יבול ברורה. במקרים כאלה, ככלל, מניחים כי חוזק התפוקה יהיה שווה לעומס שבו מתרחשת התארכות קבועה של 0,2%.

ערכים אינם נתוני עיצוב: מודול גמישות, חוזק תפוקה, חוזק והתארכות בטקסט מועברים ממקור היסטורי. לצורך החישוב נלקחים ערכי המאפיינים והעיצוב של המחלקה המודרנית המדויקת, העובי ומצב המסירה, יחד עם הגורמים החלקיים הרלוונטיים, סובלנות ודרישות לקשיחות, ריתוך ועייפות.

2. פלדות נמשכות קרה

בכל מוט פלדה מיושר או כפוף, מתרחשת פלדה קרה מקומית. בכך, הפלדה נלחצת מקומית מעבר לנקודת היבול; בחלק המצויר, מגבלת הציור מוגברת. אם מוט פלדה רגיל מועמס במתח עד לחריגה מחוזק התפוקה, בטעינה חוזרת נצפה שערך חוזק התנובה עלה. ככל שמרווח זמן ה“השהייה” בין שני עומסים ארוך יותר, כך חוזק התפוקה יגדל.

בנוסף, היות ובמהלך מתיחה קרה הקוטר יורד גם ביחס להתארכות המוט, כך שהפלדה שנחשפה למתיחה משמעותית לפני הבדיקה תציג חוזק כניעה וחוזק מתיחה גבוהים משמעותית מפלדה שלא נמתחה; במקביל, הוא יראה פחות עמידות בפני פגיעה.

שרטוט קר משמש בייצור פלדות בטון IIb, IIIb, ו-IVb (טור-פלדה, רשת בנייה פלדה), וכן בייצור של חוטים לחיזוק דרוך וחבלים של גשרים תלויים.

עבודה קרה וחיזוק: ציונים ותיאורים היסטוריים של שרטוט קר אינם מעידים על מוצר מודרני. כיפוף, יישור, כיפוף מחדש, ריתוך או חימום של החיזוק יכולים לשנות את המאפיינים ומותר רק כאשר מותר על פי תיעוד המוצר, התכנון והתקן הרלוונטי.

התנהגות של פלדה במהלך בדיקת לחץ

מה שנאמר על האלסטיות ועל גבול המתיחה של הפלדה המותכת חל במובן המקביל על עומס הלחץ. ערכי חוזק התפוקה של פלדה מבנית (במקרה של לחץ זה נקרא חוזק התפוקה) המתקבלים במהלך מבחן הדחיסה ומבחן המתח אינם שונים בהרבה. עם זאת, בלחץ, עלייה בעומס מעבר לגבול הריסוק אפשרית רק עם אלמנטים קצרים מאוד.

חוקי החבטה חלים על מוטות דקים. יחד עם זאת, מלכתחילה יש לקחת בחשבון הנחות מתאימות, בין אם הן מתייחסות לדרך התמיכה והצביטה של ​​קצוות המוט, או לסטיות של ציר המוט מהמיקום שנקבע.

אלמנטים לחוץ: חוזק החומר לבדו אינו קובע את כושר הנשיאה של המוט. רזון, עקמומיות ראשונית, מתחים שיוריים, התכווצות מקומית וגלובלית, תמיכות, חיבורים ופגמים חייבים להיכלל בחישוב אלמנט הבטון.

התנהגות של פלדה במבחן כיפוף

לגבי נקודת עמידה (שנצפית מבחוץ על ידי הסטות הגדולות של התומכים או על ידי קווי התיבול), חשוב שהיא תתרחש במהלך בדיקת הכיפוף במתחים מעט נמוכים אך גבוהים יותר מאלה שהתקבלו בעת בדיקת חוזק המתיחה של מוט הבדיקה. לאחר חריגה מעוצמת הפלדה באזורי המתיחה של התומכים, ניתן להגביר את העומסים אם התומכים מאובטחים מספיק מפני התכווצות או פיתול.

בדיקת כיפוף: התמונה מציגה הליך מעבדה, לא קריטריונים לקבלת המוצר. הגיאומטריה של הדגימה, התומכים, המהירות, הטמפרטורה, כיוון הגלגול והקריטריונים לדירוג חייבים להתאים לתקן המיושם ולסוג הפלדה המדויק.

חוזק עייפות של פלדה

מאפייני חוזק שנקבעו במהלך מבחני מתח, דחיסה או כיפוף רגילים מספקים מידע מפורט על התנהגות הפלדה תחת עומס סטטי. יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון כי חוזק התפוקה בעת העמסה סטטית לטווח ארוך יהיה נמוך מעט מהגבול המתקבל בבדיקה רגילה עד לכשל. אם עומסים סטטיים עוקבים אחריהם עומסים תכופים (למשל גשרים, מסילות עגורנים, כלי רכב), או אם בכלל פועלים רק עומסים תכופים, אזי ניתן לקבל נתונים על החומר רק על סמך התנהגותו בתנאים התואמים ביותר את התנאים המעשיים. לכן, פלדות לאלמנטי בנייה, אשר יהיו חשופות בעיקר לעומסים נעים, נבדקות על ידי העמסה תכופה.

לרוב, עומסים נייחים ונעים מתרחשים בו זמנית. הדוגמאות הבאות מתארות את מהות הבעיה. מוטות המוצגים בתמונה1הם עשויים מאותו חומר, ויוצקים מאותו בר. המוט התחתון מכופף לאט על ידי העמסה הדרגתית; לכן, זה יכול להיות כפוף. המוט העליון נתון שוב ושוב להעמסה חוזרת ונשנית, עם מתחים נמוכים בהרבה מאלה השוררים במוט הראשון. לאחר זמן מה, המוט העליון נשבר מבלי להראות כל עיוות קבוע סביב השבר. לפי זה, התנהגות החומר בעת כשל תלויה באופן משמעותי בדרך הפעלת העומס. הדוגמה הנתונה, המתייחסת לעומסי כיפוף, אופיינית גם לסוגים אחרים של עומסים. בתמונות2ו3מוצגות דוגמאות לבדיקות מתיחה; תְמוּנָה2מתייחס לדוגמה פשוטה של ​​בדיקת דמעות, ואיור3למבחני מתח משתנה חד כיווני.

לעניין יישומם של עובדות אלו, חשוב כי - מלבד ההתנהגות המוצגת במהלך בדיקת הקריעה הרגילה - יש להעריך במיוחד את ערך אלמנט הקונסטרוקציה, אשר עבר קידוח או שחתכו עבר שינויים אחרים. ההתנגדות של מוט קדח לעומסים תכופים נמוכה בהרבה מההתנגדות של מוט לא קדח, שכן ספי מתח מופיעים בשולי החור. הלחץ בשולי החור, אם נגרם מעומסים תכופים, תמיד יהיה גבוה משמעותית מהלחץ הממוצע. התוצאה היא שאלמנטי בניין קדחו בעומסים תכופים מראים הרבה פחות חוזק מאלמנטים שאינם קדחו.

הערה אחרונה על עייפות: סדקי עייפות יכולים להתרחש במתחים נמוכים מאלה הגורמים לעיוות פלסטי גלוי. חורים, פרטים מרותכים, שינויים פתאומיים בחתך, קורוזיה ונזקים משנים את קטגוריית הפרטים והחיים. מבנים תחת עומס חוזר דורשים חישוב עייפות מיוחד, תוכנית בדיקה והערכת מומחה של כל סדק שהתגלה.