Archív szakértői tartalom: a cikk megőrzi az acél összetételére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozó történelmi jelöléseket, táblázatokat és állításokat, de nem érvényes szabvány, anyagleírás, tanúsítvány, szerkezeti számítás vagy hőkezelési és vizsgálati utasítás. A tervezési értékek az acél pontosan azonosított típusától és tételétől, a gyártási állapottól, vastagságtól, hőmérséklettől, hegeszthetőségtől, szívósságtól, kifáradástól és az alkalmazandó szabványtól függenek. A csapágyanyagnak nyomon követhető dokumentációval kell rendelkeznie, és azt felelős szakértővel kell kiválasztani és ellenőrizni.
Ma Savo Kusić a fa ablakokra, fa-alumínium ablakok, egyéni ablakok, ajtó és ajánlatkérés. Ez a cikk történeti archívum marad, és nem jelent ajánlatot acélszerkezetek megerősítésére, tervezésére vagy tesztelésére.
Építési acél összetétele és történeti jegyei
Tüzelőanyagokkal kevert vasércek olvasztásával és szennyeződések - általában mészkő - hozzáadásával, valamint felmelegített levegő nyomás alatti kohóba vezetésével nyersvas nyerhető. A nyersvas több mint 1,7% szenet tartalmaz; nem kovácsolható, hengerelhető, nem véshető, nem préselhető - ezért nem is formázható sokféleképpen. A kovácsoltvasat nyersvasból alapkonverterben levegő fújásával, vagy ócskavasból és nyersvasból kemencében (Siemens-Martin kemence) állítják elő. Hengerléssel, préseléssel, kovácsolással különféle formák alakíthatók ki belőle. Minden kovácsoltvas neve acél.
Történelmi táblázatok: A bemutatott táblázatokban szereplő régi acéljelölések, szabványok, ráhagyások és hajlítási eljárások nem használhatók a mai anyag forrására, azonosítására vagy méretezésére. Csak a leszállított tétel címkéje és dokumentációja érvényes, az egyenértékűség ellenőrzésével az elfogadott és érvényes szabvány szerint.
Építési acél kémiai összetétele
A műszaki vas nem tiszta vas, hanem a vas és a szén alapelemeinek ötvözete, leggyakrabban mangán, szilícium, foszfor, sumbor és réz hozzáadásával, ritkábban pedig alumíniummal, krómmal, nikkellel, molibdénnel stb. A legfontosabb szén-adalékanyag. Az olvadt acél folyáshatára és szakítószilárdsága a széntartalom növekedésével növekszik, amíg körülbelül 0,9% szén el nem éri; a szakadási nyúlás a széntartalom növekedésével csökken. A magas széntartalmú acélt óvatosabban kell kezelni egyengetés, hajlítás, kihajlás stb. során.
Építőipari acél St37.12általában tartalmaznak0,08-0,15%szénből, majd kb0,5%mangán, legfeljebb0,3%szilícium. A foszfor- és kéntartalomnak alacsonynak kell lennie; az összegeket ill0,09%és0,05%. Általában több réz van0,2%.
A kémiai elemzések eredményeinek értékelésekor ügyelni kell arra, hogy ezek olvadékelemzések vagy hengerelt áruk elemzései; ez utóbbinál fontos, hogy a mintaadatok a teljes szelvényből származó mintákra vonatkoznak-e, vagy egy meghatározott helyről vett mintákra (a magról, a szélről, az egyik végről).
Acélszerkezet, edzés, megeresztés és izzítás
A szerkezet megfigyelése sík, gondosan megmunkált, csiszolt és polírozott felületeken történik, amelyeket általában savak korrodálnak. Bizonyos esetekben (pl. túlhevített acélon) az acélszemcsék szabad szemmel is felismerhetők az előkészített mintákon.
A 1 kép egy körülbelül 0,1% széntartalmú lassan hűtött acél szerkezetét mutatja, az 2 kép pedig egy körülbelül 0,3% széntartalmú lassan hűtött acél szerkezetét mutatja. A könnyű szemcsék szénmentesek, és főleg tiszta vasból állnak (innen ered a ferrit elnevezés); nagy nagyításnál a sötét területek csíkosnak tűnnek (perlit). Mikroszkóp alatt felismerhető, hogy a sötét foltok keményebb és lágyabb rétegekből állnak; a keményebb réteg a vaskarbid (Fe3C), az úgynevezett cementit, amely a lágyabb ferritbe van beágyazva. Helyiek - a magas hőmérsékleten képződő kristályok fokozatos lehűléskor szétesnek. A forró acél hirtelen lehűlése megakadályozza a kristályok szétesését. Ha viszont a szilárd oldat átalakulása előtt hirtelen hűtést végeznek, akkor az oldat - amely egyébként csak magas hőmérsékleten tud létezni - továbbra is szobahőmérsékleten marad. Ebben az esetben nem olyan anyagot kapunk, amelynél a szén foltok formájában oszlik el, hanem egy egyenletesen eloszló szénnel. Az ilyen állapotú acél sokkal nagyobb folyáshatárt és nagyobb szakítószilárdságot mutat, mint az azonos kémiai összetételű, lassan hűtött acél, de kevésbé megmunkálhatóságot is mutat; az ilyen acélt edzett acélnak nevezik.
Természetes, hogy a hűsítő hatás leginkább a felületeken jelentkezik, míg befelé gyengül, aminek nagy jelentősége van az acél használatánál. Az edzett acél nagy belső feszültségeket tartalmaz.
Laboratóriumi és termikus eljárások: A metallográfiai savas maratáshoz, melegítéshez, temperáláshoz és lágyításhoz ellenőrzött laboratórium vagy műhely, azonosított anyag, megfelelő felszerelés és védelem szükséges. A nem megfelelő hőkezelés repedéseket, deformációkat, szívósságvesztést és nagy maradékfeszültséget okozhat.
Az acél viselkedése szakítóvizsgálat során
1. Közönséges szerkezeti acélok hengerelt állapotban
A szakítóvizsgálatból elsősorban az E rugalmassági modulus határozható meg mind a teljes, mind a rugalmas nyúlásokra. Az acél rugalmassági modulusa 200 GPa.
Alacsony feszültségen előfordulnak maradandó nyúlások, de ezeknek nincs különösebb jelentősége az építőiparban. A közönséges acél olyan terhelés alatt kezd “folyni”, amely a kereskedelmi építőipari acél St 37 és betonacél esetében többnyire meghaladja az 0,24 GPa értéket, és nagy szakaszokon ez az érték 0,18 GPa-ra csökkenhet. Az áramlás hatására nagy maradandó alakváltozások, “hozamvonalak” lépnek fel. Az acél nyúlási diagram vonala (az alábbi kép) a folyáshatár túllépését mutatja (húzóterhelésnél ezt a határt folyáshatárnak is nevezik).
A vasbeton gerendáknál a vasalás feszítési határának túllépése esetén az acélban jelentős megnyúlások lépnek fel, ezáltal a gerenda feszítőzónájában repedések, hajlítások keletkeznek, amelyek rontják a gerenda teherbíró képességét. Magas széntartalmú acélokon, edzett acélokon és általában színesfémeken a fenti képen látható jellemző folyáshatár nem jelenik meg; a tartós nyúlás általában növekszik, és nincs külön folyáshatár. Ilyen esetekben általában a folyáshatárt egyenlőnek kell feltételezni azzal a terheléssel, amelynél az 0,2%.
Az értékek nem tervezési adatok: a rugalmassági modulus, a folyáshatár, a szilárdság és a nyúlás a szövegben történelmi forrásból származnak. A számításhoz a pontos modern osztály, vastagság és szállítási állapot jellemző és tervezési értékeit veszik figyelembe, a vonatkozó résztényezőkkel, tűrésekkel és szívósságra, hegeszthetőségre és kifáradásra vonatkozó követelményekkel együtt.
2. Hidegen húzott acélok
Minden kiegyenesített vagy hajlított acélrúdban előfordul helyi hidegen húzott acél. Ennek során az acél a folyáshatáron túl lokálisan megfeszül; a rajzolt részen a húzási határt növeljük. Ha egy sima acélrudat a folyáshatár túllépéséig feszítve terheljük, akkor az újratöltéskor megfigyelhető, hogy a folyáshatár értéke megnőtt. Minél hosszabb a „szünet” időintervallum két terhelés között, annál jobban nő a folyáshatár.
Ezen túlmenően, mivel a hideg nyújtás során az átmérő is csökken a rúd nyúlásával arányosan, így a vizsgálat előtt jelentős nyújtásnak kitett acél lényegesen nagyobb folyáshatárt és szakítószilárdságot mutat, mint a nem nyújtott acél; ugyanakkor kisebb ütésállóságot mutat.
A hideghúzást a IIb, IIIb és IVb betonacélok (tor-acél, acélszerkezeti háló), valamint feszített vasaláshoz szükséges huzalok és függőhidak kötelek gyártásához használják.
Hidegen megmunkálás és megerősítés: A történelmi hidegen húzott minőségek és leírások nem a modern termékekre utalnak. Az erősítés hajlítása, kiegyenesítése, újrahajlítása, hegesztése vagy melegítése megváltoztathatja a tulajdonságokat, és csak akkor megengedett, ha azt a termékdokumentáció, a tervezés és a vonatkozó szabvány engedélyezi.
Az acél viselkedése nyomáspróba közben
Az olvadt acél rugalmasságáról és szakítószilárdságáról elmondottak a megfelelő értelemben érvényesek a nyomásterhelésre is. A szerkezeti acél folyáshatárának (nyomás esetén ezt nevezzük folyáshatárnak) a nyomópróba és a húzópróba során kapott értékei nem nagyon térnek el. Nyomás alatt azonban a terhelés a nyomási határon túli növelése csak nagyon rövid elemekkel lehetséges.
A kihajlás törvényei a karcsú rudakra vonatkoznak. Ugyanakkor mindenekelőtt a megfelelő feltételezéseket kell figyelembe venni, akár a rúdvégek alátámasztásának, becsípésének módjára, akár a rúd tengelyének a megállapított helyzettől való eltérésére vonatkoznak.
Préselt elemek: az anyag szilárdsága önmagában nem határozza meg a rúd teherbírását. A betonelem számításánál figyelembe kell venni a karcsúságot, a kezdeti görbületet, a maradó feszültségeket, a lokális és globális kihajlást, a támasztékokat, az illesztéseket és a tökéletlenségeket.
Az acél viselkedése hajlítási tesztben
A folyáshatárt illetően (külről megfigyelhető a támasztékok nagy kihajlása vagy a folyási vonalak) fontos, hogy a hajlítási vizsgálat során valamivel kisebb, de nagyobb igénybevételeknél forduljon elő, mint a próbarúd szakítószilárdságának vizsgálatakor. Az acél folyáshatárának túllépése után a támasztékok feszítési zónáiban a terhelések növelhetők, ha a támasztékok megfelelően biztosítottak kihajlás vagy elcsavarodás ellen.
Hajlítási teszt: a fotón a laboratóriumi eljárás látható, nem a termék elfogadási kritériumai. A próbatest geometriájának, támasztékainak, sebességének, hőmérsékletének, hengerlési irányának és osztályozási kritériumainak meg kell felelniük az alkalmazott szabványnak és az acél pontos típusának.
Acél kifáradási szilárdsága
A szokásos húzó-, nyomó- vagy hajlítási tesztek során meghatározott szilárdsági tulajdonságok részletes információkat szolgáltatnak az acél statikus terhelés alatti viselkedéséről. Ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy a hosszú távú statikus terhelésnél a folyáshatár valamivel alacsonyabb lesz, mint a szokásos vizsgálattal kapott határérték a meghibásodásig. Ha a statikus terheléseket gyakori terhelések követik (pl. hidak, darupályák, járművek), vagy ha egyáltalán csak gyakori terhelések lépnek fel, akkor az anyagról csak a gyakorlati feltételeknek leginkább megfelelő viselkedése alapján nyerhetünk adatokat. Ezért az építőelemek acéljait, amelyek főleg mozgó terhelésnek lesznek kitéve, gyakori terhelésekkel tesztelik.
Leggyakrabban álló és mozgó terhelések egyszerre fordulnak elő. A következő példák felvázolják a probléma lényegét. A képen látható rudak1ugyanabból az anyagból készülnek, és ugyanabból a rúdból öntöttek. Az alsó rúd fokozatos terhelés hatására lassan meghajlik; ezért hajlítható volt. A felső rudat ismételten ismétlődő terhelésnek vetik alá, sokkal kisebb feszültségekkel, mint az első rúdnál. Egy idő után a felső rúd eltört anélkül, hogy a törés körül maradandó alakváltozást észleltek volna. Eszerint az anyag tönkremeneteli viselkedése jelentősen függ a terhelés alkalmazásának módjától. Az adott példa, amely a hajlítási terhelésekre vonatkozik, más típusú terhelésekre is jellemző. A képeken2és3szakítóvizsgálatokra mutatunk be példákat; kép2ábra egy könnypróba egyszerű példájára utal, és a 3. ábra3az egyirányú változó feszültségvizsgálatokhoz.
Ezen tények alkalmazása szempontjából fontos, hogy - a szokásos szakítópróba során mutatott viselkedésen kívül - különösen a fúrt vagy más keresztmetszetű szerkezeti elem értékét kell értékelni. A fúrt rúd ellenállása a gyakori terhelésekkel szemben sokkal kisebb, mint a fúratlan rúd ellenállása, mivel a furat szélein feszültségküszöbök jelennek meg. A furat szélén kialakuló feszültség, ha gyakori terhelés okozza, mindig lényegesen nagyobb lesz, mint az átlagos feszültség. Ennek az a következménye, hogy a fúrt épületelemek gyakori terhelés alatt sokkal kisebb szilárdságot mutatnak, mint a nem fúrt elemek.
Utolsó megjegyzés a kifáradáshoz: A kifáradási repedések kisebb feszültségeknél fordulhatnak elő, mint azok, amelyek látható képlékeny deformációt okoznak. Lyukak, hegesztett részletek, hirtelen metszetváltozások, korrózió és sérülések megváltoztatják a részletek kategóriáját és élettartamát. Az ismételt terhelés alatt álló szerkezeteknél speciális kifáradási számítás, vizsgálati terv és minden észlelt repedés szakértői értékelése szükséges.