स्टील की संरचना, प्रतिरोध और ताकत

अभिलेख विशेषज्ञ सामग्री: लेख ऐतिहासिक पदनामों, तालिकाओं और स्टील की संरचना और यांत्रिक गुणों के बारे में दावों को संरक्षित करता है, लेकिन यह एक वैध मानक, सामग्री विनिर्देश, प्रमाणपत्र, संरचनात्मक गणना, या गर्मी उपचार और परीक्षण निर्देश नहीं है। डिज़ाइन मान स्टील के सटीक रूप से पहचाने गए प्रकार और बैच, विनिर्माण स्थिति, मोटाई, तापमान, वेल्डेबिलिटी, क्रूरता, थकान और लागू मानक पर निर्भर करते हैं। असर वाली सामग्री में पता लगाने योग्य दस्तावेज होने चाहिए और एक जिम्मेदार विशेषज्ञ द्वारा उसका चयन और जांच की जानी चाहिए।

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निर्माण इस्पात की संरचना और ऐतिहासिक चिह्न

ईंधन के साथ मिश्रित लौह अयस्कों को पिघलाकर, और अशुद्धियों को मिलाकर - आमतौर पर चूना पत्थर - साथ ही ब्लास्ट फर्नेस में दबाव के तहत गर्म हवा डालने से, पिग आयरन प्राप्त होता है। पिग आयरन में 1,7% से अधिक कार्बन होता है; इसे जाली, रोल, छेनी या दबाया नहीं जा सकता - इसलिए, इसे विभिन्न तरीकों से आकार नहीं दिया जा सकता है। गढ़ा लोहा पिग आयरन से एक बुनियादी कनवर्टर में हवा प्रवाहित करके, या एक भट्ठी (सीमेंस-मार्टिन भट्टी) में स्क्रैप आयरन और पिग आयरन से बनाया जाता है। इसे बेलकर, दबाकर तथा फोर्जिंग द्वारा विभिन्न रूप बनाए जा सकते हैं। सभी गढ़ा लोहे को स्टील कहा जाता है।

ऐतिहासिक तालिकाएँ: दिखाई गई तालिकाओं में पुराने स्टील पदनाम, मानक, भत्ते और झुकने की प्रक्रियाओं का उपयोग आज की सामग्री के स्रोत, पहचान या आकार के लिए नहीं किया जाना चाहिए। सहमत और वैध मानक के अनुसार समतुल्यता की जांच के साथ, वितरित बैच का केवल लेबल और दस्तावेज़ीकरण मान्य है।

निर्माण इस्पात की रासायनिक संरचना

तकनीकी लोहा शुद्ध लोहा नहीं है, बल्कि लोहे और कार्बन के मूल तत्वों का एक मिश्र धातु है, जिसमें आमतौर पर मैंगनीज, सिलिकॉन, फॉस्फोरस, सुम्बोर और तांबा मिलाया जाता है, और कम बार एल्यूमीनियम, क्रोमियम, निकल, मोलिब्डेनम आदि मिलाया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण मिश्रण कार्बन है। पिघले हुए स्टील की उपज शक्ति और तन्य शक्ति कार्बन सामग्री बढ़ने के साथ बढ़ती है जब तक कि यह लगभग नहीं पहुंच जाती।0,9%कार्बन; जैसे-जैसे कार्बन की मात्रा बढ़ती है, ब्रेक के समय लम्बाई कम हो जाती है। उच्च कार्बन सामग्री वाले स्टील को सीधा करने, मोड़ने, मोड़ने आदि के दौरान अधिक सावधानी से संभालना चाहिए।

निर्माण इस्पात सेंट37.12एक नियम के रूप में वे शामिल हैं0,08-0,15%कार्बन का, फिर ca0,5%मैंगनीज, तक0,3%सिलिकॉन. फॉस्फोरस और सल्फर की मात्रा कम होनी चाहिए; यह क्रमशः मात्रा है0,09%और0,05%. एक नियम के रूप में, अधिक तांबा है0,2%.

रासायनिक विश्लेषणों के परिणामों का मूल्यांकन करते समय, इस बात का ध्यान रखा जाना चाहिए कि क्या वे पिघले हुए पदार्थों से किए गए विश्लेषण हैं या लुढ़के हुए सामानों के विश्लेषण हैं; उत्तरार्द्ध के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि क्या नमूना डेटा पूरे अनुभाग से उत्पन्न नमूनों को संदर्भित करता है, या किसी विशिष्ट स्थान (कोर से, किनारे से, एक छोर से) से लिए गए नमूनों को संदर्भित करता है।

इस्पात संरचना, सख्त करना, तड़का लगाना और एनीलिंग करना

संरचना का अवलोकन सपाट, सावधानीपूर्वक संसाधित, जमीन और पॉलिश सतहों पर किया जाता है, जो एक नियम के रूप में, एसिड द्वारा संक्षारित होते हैं। कुछ मामलों में (उदाहरण के लिए अधिक गर्म स्टील पर), स्टील के दानों को तैयार नमूनों पर नग्न आंखों से पहचाना जा सकता है।

चित्र 1 लगभग 0,1% कार्बन सामग्री के साथ धीरे-धीरे ठंडा होने वाले स्टील की संरचना दिखाता है, और चित्र 2 लगभग 0,3% कार्बन सामग्री के साथ धीरे-धीरे ठंडा होने वाले स्टील की संरचना दिखाता है। हल्के अनाज कार्बन-मुक्त होते हैं और मुख्य रूप से शुद्ध लोहे से बने होते हैं (इसलिए नाम फेराइट); उच्च आवर्धन के तहत, अंधेरे क्षेत्र धारीदार (पेर्लाइट) दिखाई देते हैं। माइक्रोस्कोप के तहत, यह पहचाना जा सकता है कि काले धब्बे सख्त और नरम परतों से बने होते हैं; कठोर परतें आयरन कार्बाइड (Fe3C) होती हैं, जिन्हें सीमेंटाइट कहा जाता है, जो नरम फेराइट में अंतर्निहित होती हैं। स्थानीय - उच्च तापमान पर बनने वाले क्रिस्टल धीरे-धीरे ठंडा होने पर विघटित हो जाते हैं। गर्म स्टील का अचानक ठंडा होना क्रिस्टल को विघटित होने से रोकता है। दूसरी ओर, यदि ठोस घोल का परिवर्तन शुरू होने से पहले अचानक ठंडा किया जाता है, तो घोल - जो अन्यथा केवल उच्च तापमान पर ही मौजूद रह सकता है - कमरे के तापमान पर बना रहेगा। इस मामले में, हमें ऐसी सामग्री नहीं मिलती है जिसका कार्बन धब्बों के रूप में वितरित होता है, बल्कि समान रूप से वितरित कार्बन वाली सामग्री होती है। उस स्थिति में स्टील उसी रासायनिक संरचना के धीमी गति से ठंडा होने वाले स्टील की तुलना में कहीं अधिक उच्च उपज शक्ति और उच्च तन्यता ताकत दिखाता है, लेकिन यह कम मशीनीकरण भी दिखाता है; ऐसे स्टील को कठोर स्टील कहा जाता है।

यह स्वाभाविक है कि शीतलन प्रभाव सतहों पर सबसे अधिक स्पष्ट होता है, जबकि अंदर की ओर यह कमजोर हो जाता है, जो स्टील के उपयोग के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। कठोर स्टील में उच्च आंतरिक तनाव होता है।

प्रयोगशाला और थर्मल प्रक्रियाएं: मेटलोग्राफिक एसिड नक़्क़ाशी, हीटिंग, टेम्परिंग और एनीलिंग के लिए एक नियंत्रित प्रयोगशाला या कार्यशाला, पहचानी गई सामग्री, उचित उपकरण और सुरक्षा की आवश्यकता होती है। अनुचित ताप उपचार से दरारें, विकृति, कठोरता में कमी और उच्च अवशिष्ट तनाव हो सकता है।

तन्यता परीक्षण के दौरान स्टील का व्यवहार

1. लुढ़की हुई स्थिति में साधारण संरचनात्मक स्टील

तन्यता परीक्षण से, सबसे पहले लोचदार मापांक ई को कुल और लोचदार बढ़ाव दोनों के लिए निर्धारित किया जा सकता है। स्टील की लोच का मापांक 200 GPa.

स्थायी बढ़ाव कम वोल्टेज पर होते हैं, लेकिन निर्माण में उनका कोई विशेष महत्व नहीं है। साधारण स्टील लोड के तहत “प्रवाह” करना शुरू कर देता है, जो वाणिज्यिक निर्माण स्टील सेंट 37 और कंक्रीट स्टील I के लिए ज्यादातर 0,24 GPa से अधिक होता है, और बड़े वर्गों में यह मान 0,18 GPa तक नीचे जा सकता है। प्रवाह के परिणामस्वरूप, बड़ी स्थायी विकृतियाँ और “उपज रेखाएँ” उत्पन्न होती हैं। स्टील बढ़ाव आरेख (नीचे चित्र) की रेखा दर्शाती है कि उपज बिंदु पार हो गया है (तनाव लोडिंग में, इस सीमा को उपज बिंदु भी कहा जाता है)।

जब, प्रबलित कंक्रीट बीम के मामले में, तनाव क्षेत्र में सुदृढीकरण की खिंचाव सीमा पार हो जाती है, तो स्टील में महत्वपूर्ण बढ़ाव होता है, जिससे बीम के तनाव क्षेत्र में दरारें और मोड़ बन जाते हैं, जो बीम की भार-वहन क्षमता को ख़राब कर देता है। उच्च कार्बन सामग्री वाले स्टील्स पर, कठोर स्टील्स पर और सामान्य तौर पर अलौह धातुओं पर, ऊपर चित्र में दिखाया गया विशिष्ट उपज बिंदु दिखाई नहीं देता है; स्थायी बढ़ाव आम तौर पर बढ़ता है, और कोई विशिष्ट उपज बिंदु नहीं होता है। ऐसे मामलों में, एक नियम के रूप में, उपज शक्ति उस भार के बराबर मानी जाती है जिस पर 0,2%.

मान डिज़ाइन डेटा नहीं हैं: पाठ में लोच, उपज शक्ति, शक्ति और बढ़ाव के मापांक एक ऐतिहासिक स्रोत से स्थानांतरित किए जाते हैं। गणना के लिए, प्रासंगिक आंशिक कारकों, सहनशीलता और कठोरता, वेल्डेबिलिटी और थकान के लिए आवश्यकताओं के साथ-साथ सटीक आधुनिक वर्ग, मोटाई और वितरण स्थिति की विशेषता और डिज़ाइन मान लिया जाता है।

2. ठंड से तैयार स्टील्स

प्रत्येक स्टील बार में जिसे सीधा या मोड़ा जाता है, स्थानीय रूप से ठंडा खींचा गया स्टील होता है। ऐसा करने पर, स्टील को उपज बिंदु से परे स्थानीय रूप से तनावग्रस्त किया जाता है; खींचे गए भाग पर, रेखांकन की सीमा बढ़ा दी जाती है। यदि एक सादे स्टील की छड़ को तनाव में तब तक लोड किया जाता है जब तक कि उपज शक्ति अधिक न हो जाए, तो पुनः लोड करने पर यह देखा जाता है कि उपज शक्ति का मूल्य बढ़ गया है। दो भारों के बीच “विराम” समय अंतराल जितना लंबा होगा, उपज शक्ति उतनी ही अधिक बढ़ेगी।

इसके अलावा, चूंकि कोल्ड स्ट्रेचिंग के दौरान, बार के बढ़ाव के अनुपात में व्यास भी कम हो जाता है, जो स्टील परीक्षण से पहले महत्वपूर्ण स्ट्रेचिंग के संपर्क में आया है, वह स्टील की तुलना में काफी अधिक उपज शक्ति और तन्य शक्ति दिखाएगा जो कि स्ट्रेच नहीं किया गया है; साथ ही, यह कम प्रभाव प्रतिरोध दिखाएगा।

कोल्ड ड्राइंग का उपयोग कंक्रीट स्टील्स IIb, IIIb और IVb (टोर-स्टील, स्टील कंस्ट्रक्शन मेश) के उत्पादन के साथ-साथ प्रीस्ट्रेस्ड सुदृढीकरण और सस्पेंशन ब्रिज की रस्सियों के लिए तारों के उत्पादन में किया जाता है।

कोल्ड वर्किंग और सुदृढीकरण: कोल्ड ड्राइंग के ऐतिहासिक ग्रेड और विवरण आधुनिक उत्पाद के संकेतक नहीं हैं। सुदृढीकरण को मोड़ने, सीधा करने, दोबारा मोड़ने, वेल्डिंग करने या गर्म करने से गुण बदल सकते हैं और इसकी अनुमति केवल तभी दी जाती है जब उत्पाद दस्तावेज़ीकरण, डिज़ाइन और लागू मानक द्वारा अनुमति दी गई हो।

दबाव परीक्षण में स्टील का व्यवहार

लोच के बारे में और पिघले हुए स्टील की तन्यता सीमा के बारे में जो कहा गया वह दबाव भार के अनुरूप अर्थ में लागू होता है। संपीड़न परीक्षण और तनाव परीक्षण के दौरान प्राप्त संरचनात्मक स्टील की उपज शक्ति (दबाव के मामले में इसे उपज शक्ति कहा जाता है) के मान बहुत भिन्न नहीं होते हैं। हालाँकि, दबाव में, क्रशिंग सीमा से अधिक भार में वृद्धि केवल बहुत छोटे तत्वों के साथ संभव है।

बकलिंग के नियम पतली छड़ों पर लागू होते हैं। साथ ही, सबसे पहले, उपयुक्त धारणाओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए, चाहे वे रॉड के सिरों को सहारा देने और पिंच करने के तरीके को संदर्भित करें, या स्थापित स्थिति से रॉड की धुरी के विचलन को संदर्भित करें।

दबाए गए तत्व: अकेले सामग्री की ताकत रॉड की असर क्षमता निर्धारित नहीं करती है। ठोस तत्व की गणना में पतलापन, प्रारंभिक वक्रता, अवशिष्ट तनाव, स्थानीय और वैश्विक बकलिंग, समर्थन, जोड़ और खामियां शामिल होनी चाहिए।

झुकने के परीक्षण में स्टील का व्यवहार

उपज बिंदु के संबंध में (समर्थन के बड़े विक्षेपण या उपज रेखाओं द्वारा बाहर से देखा गया), यह महत्वपूर्ण है कि यह झुकने वाले परीक्षण के दौरान परीक्षण रॉड की तन्य शक्ति का परीक्षण करते समय प्राप्त तनाव की तुलना में थोड़ा कम लेकिन अधिक तनाव पर घटित होगा। समर्थन के तनाव क्षेत्रों में स्टील की उपज शक्ति से अधिक होने के बाद, यदि समर्थन को बकलिंग या मोड़ के खिलाफ पर्याप्त रूप से सुरक्षित किया जाता है तो भार बढ़ाया जा सकता है।

झुकने का परीक्षण: फोटो प्रयोगशाला प्रक्रिया दिखाता है, उत्पाद स्वीकृति मानदंड नहीं। नमूना ज्यामिति, समर्थन, गति, तापमान, रोलिंग दिशा और ग्रेडिंग मानदंड लागू मानक और स्टील के सटीक प्रकार के अनुरूप होने चाहिए।

स्टील की थकान शक्ति

साधारण तनाव, संपीड़न या झुकने परीक्षणों के दौरान निर्धारित शक्ति गुण स्थैतिक लोडिंग के तहत स्टील के व्यवहार पर विस्तृत जानकारी प्रदान करते हैं। साथ ही, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि दीर्घकालिक स्थैतिक लोडिंग के दौरान उपज की ताकत विफलता तक सामान्य परीक्षण द्वारा प्राप्त सीमा से थोड़ी कम होगी। यदि स्थैतिक भार के बाद बार-बार भार डाला जाता है (जैसे कि पुल, क्रेन ट्रैक, वाहन), या यदि केवल लगातार भार ही कार्य करता है, तो सामग्री के बारे में डेटा केवल उन स्थितियों के तहत उसके व्यवहार के आधार पर प्राप्त किया जा सकता है जो व्यावहारिक परिस्थितियों से सबसे अधिक मेल खाते हैं। इसलिए, निर्माण तत्वों के लिए स्टील, जो मुख्य रूप से चलते भार के संपर्क में आएंगे, का परीक्षण बार-बार लोड करके किया जाता है।

अधिकतर, स्थिर और गतिशील भार एक ही समय में होते हैं। निम्नलिखित उदाहरण समस्या के सार को रेखांकित करते हैं। चित्र में दिखाई गई छड़ें1वे एक ही सामग्री से बने हैं, और एक ही बार से बने हैं। निचली छड़ धीरे-धीरे धीरे-धीरे लोड करने से मुड़ जाती है; इसलिए, इसे मोड़ा जा सकता है। ऊपरी छड़ को बार-बार लोडिंग के अधीन किया जाता है, जिसमें पहली छड़ में प्रचलित तनावों की तुलना में बहुत कम तनाव होता है। कुछ समय बाद, ऊपरी छड़ फ्रैक्चर के आसपास कोई स्थायी विकृति दिखाए बिना टूट गई। इसके अनुसार, विफलता के समय सामग्री का व्यवहार काफी हद तक उस तरीके पर निर्भर करता है जिस पर भार लागू किया जाता है। दिया गया उदाहरण, जो झुकने वाले भार को संदर्भित करता है, अन्य प्रकार के भारों की भी विशेषता है। तस्वीरों में2और3तन्यता परीक्षणों के उदाहरण दिखाए गए हैं; चित्र2आंसू परीक्षण का एक सरल उदाहरण संदर्भित करता है, और चित्र3यूनिडायरेक्शनल वैरिएबल तनाव परीक्षण के लिए।

इन तथ्यों के अनुप्रयोग के संबंध में, यह महत्वपूर्ण है कि - सामान्य फाड़ परीक्षण के दौरान दिखाए गए व्यवहार के अलावा - निर्माण तत्व का मूल्य, जिसे ड्रिल किया गया है या जिसके क्रॉस-सेक्शन में अन्य परिवर्तन हुए हैं, का विशेष रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए। बार-बार लोड करने के लिए ड्रिल की गई रॉड का प्रतिरोध बिना ड्रिल की गई रॉड के प्रतिरोध से बहुत कम होता है, क्योंकि छेद के किनारों पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड दिखाई देते हैं। छेद के किनारे पर तनाव, यदि बार-बार भार के कारण होता है, तो हमेशा औसत तनाव से काफी अधिक होगा। इसका परिणाम यह होता है कि बार-बार लोड के तहत ड्रिल किए गए भवन तत्व गैर-ड्रिल किए गए तत्वों की तुलना में बहुत कम ताकत दिखाते हैं।

थकान पर एक अंतिम टिप्पणी: दृश्य प्लास्टिक विरूपण का कारण बनने वाले तनाव से कम तनाव पर थकान क्रैकिंग हो सकती है। छेद, वेल्डेड विवरण, अनुभाग में अचानक परिवर्तन, क्षरण और क्षति विवरण और जीवन की श्रेणी को बदल देते हैं। बार-बार लोड होने वाली संरचनाओं के लिए एक विशेष थकान गणना, एक निरीक्षण योजना और प्रत्येक ज्ञात दरार के विशेषज्ञ मूल्यांकन की आवश्यकता होती है।