Conținut de expert în arhivă: articolul păstrează denumiri istorice, tabele și afirmații despre compoziția și proprietățile mecanice ale oțelului, dar nu este un standard valid, specificație de material, certificat, calcul structural sau instrucțiuni de testare și tratament termic. Valorile de proiectare depind de tipul și lotul de oțel identificat cu precizie, starea de fabricație, grosime, temperatură, sudabilitate, tenacitate, oboseală și standardul aplicabil. Materialul rulmentului trebuie să aibă o documentație trasabilă și să fie selectat și verificat de un expert responsabil.
Astăzi, Savo Kusić se concentrează pe ferestre din lemn, ferestre lemn-aluminiu, ferestre personalizate, usa și cereri de ofertă. Acest articol rămâne ca arhivă istorică și nu reprezintă o ofertă pentru fabricarea armăturilor, proiectarea sau testarea structurilor din oțel.
Compoziția și mărcile istorice ale oțelului de construcție
Prin topirea minereurilor de fier amestecate cu combustibili, si cu adaos de impuritati - de obicei calcar - precum si prin introducerea de aer incalzit sub presiune intr-un furnal, se obtine fonta. Fonta brută conține peste 1,7% carbon; nu poate fi forjată, rulată, dăltuită sau presată - prin urmare, nu poate fi modelată în diferite moduri. Fierul forjat este produs din fontă prin suflarea aerului într-un convertor de bază sau din fier vechi și fontă brută într-un cuptor (cuptor Siemens-Martin). Din el pot fi create diverse forme prin rulare, presare și forjare. Tot fierul forjat se numește oțel.
Tabelele istorice: Vechile denumiri, standarde, toleranțe și proceduri de îndoire din oțel din tabelele prezentate nu trebuie folosite pentru a furniza, identifica sau dimensiona materialul actual. Sunt valabile doar eticheta si documentatia lotului livrat, cu verificarea echivalentei conform standardului agreat si valabil.
Compoziția chimică a oțelului de construcție
Fierul tehnic nu este fier pur, ci un aliaj al elementelor de bază fier și carbon, cel mai adesea cu adaos de mangan, siliciu, fosfor, sumbor și cupru, și mai rar cu aluminiu, crom, nichel, molibden, etc. Cel mai important amestec este carbonul. Limita de curgere și rezistența la rupere a oțelului topit cresc odată cu creșterea conținutului de carbon, până când se atinge aproximativ 0,9% carbon; alungirea la rupere scade pe masura ce continutul de carbon creste. Oțelul cu conținut ridicat de carbon trebuie manipulat cu mai multă atenție la îndreptare, îndoire, flambaj etc.
Oțel de construcție St37.12de regulă ele conţin0,08-0,15%de carbon, apoi ca0,5%mangan, până la0,3%siliciu. Conținutul de fosfor și sulf trebuie să fie scăzut; se sumă respectiv0,09%şi0,05%. De regulă, există mai mult cupru0,2%.
La evaluarea rezultatelor analizelor chimice trebuie avut grijă dacă sunt analize din topituri sau analize de produse laminate; pentru acesta din urmă, este important dacă datele eșantionului se referă la eșantioane care provin din întreaga secțiune sau la probe prelevate dintr-un loc anume (din miez, de la margine, de la un capăt).
Structură de oțel, călire, revenire și recoacere
Observarea structurii se efectuează pe suprafețe plane, prelucrate cu grijă, șlefuite și lustruite care, de regulă, sunt corodate de acizi. În anumite cazuri (de exemplu, pe oțel supraîncălzit), granulele de oțel pot fi recunoscute cu ochiul liber pe mostrele pregătite.
Imaginea 1 arată structura unui oțel răcit lent cu un conținut de carbon de aproximativ 0,1%, iar imaginea 2 arată structura unui oțel răcit lent cu un conținut de carbon de aproximativ 0,3%. Boabele ușoare sunt lipsite de carbon și constau în principal din fier pur (de unde și denumirea de ferită); la mărire mare, zonele întunecate apar dungi (perlit). La microscop, se poate recunoaște că petele întunecate constau din straturi mai dure și mai moi; straturile mai dure sunt carbură de fier (Fe3C), numită cementită, care este înglobată în ferita mai moale. Locali - cristalele formate la temperaturi ridicate se dezintegrează la răcirea treptată. Răcirea bruscă a oțelului fierbinte împiedică dezintegrarea cristalelor. Dacă, pe de altă parte, se efectuează răcirea bruscă înainte de începerea transformării soluției solide, atunci soluția - care altfel poate exista doar la temperaturi ridicate - va continua să fie menținută la temperatura camerei. În acest caz, nu obținem un material al cărui carbon este distribuit sub formă de pete, ci un material cu carbon distribuit uniform. Oțelul în această stare prezintă o limită de curgere mult mai mare și o rezistență la tracțiune mai mare decât oțelul cu răcire lent, cu aceeași compoziție chimică, dar prezintă și o prelucrabilitate mai mică; un astfel de oțel se numește oțel călit.
Este firesc ca efectul de răcire să fie cel mai pronunțat pe suprafețe, în timp ce acesta slăbește spre interior, ceea ce este de mare importanță pentru utilizarea oțelului. Oțelul călit conține tensiuni interne mari.
Proceduri de laborator și termice: gravarea acidului metalografic, încălzirea, revenirea și recoacere necesită un laborator sau un atelier controlat, material identificat, echipament adecvat și protecție. Tratamentul termic necorespunzător poate provoca fisuri, deformari, pierderi de duritate și tensiuni reziduale mari.
Comportarea oțelului în timpul încercărilor de tracțiune
1. Oțeluri structurale obișnuite în stare laminată
Din testul de tracțiune, în primul rând se poate determina modulul elastic E atât pentru alungiri totale, cât și pentru elastice. Modulul de elasticitate al oțelului este 200 GPa.
Alungirile permanente apar la tensiuni joase, dar nu au o importanță deosebită în construcții. Oțelul obișnuit începe să „curgă” sub sarcini care pentru oțelul pentru construcții comerciale St 37 și oțel de beton I depășesc în mare parte 0,24 GPa, iar în secțiuni mari această valoare poate scădea la 0,18 GPa. Ca urmare a curgerii, apar mari deformari permanente si „linii de curgere”. Linia diagramei de alungire a oțelului (imaginea de mai jos) arată că a fost depășit punctul de curgere (la încărcare la tensiune, această limită este numită și punct de curgere).
Când, în cazul grinzilor din beton armat, limita de întindere a armăturii este depășită în zona de tensiune, în oțel apar alungiri semnificative, prin care se creează fisuri și îndoituri în zona de tensionare a grinzii, ceea ce afectează capacitatea portantă a grinzii. La otelurile cu continut ridicat de carbon, la otelurile calite si in general la metalele neferoase, limita de curgere caracteristica prezentata in poza de mai sus nu apare; elongațiile permanente cresc în general și nu există un punct de curgere distinct. În astfel de cazuri, de regulă, limita de curgere se presupune a fi egală cu sarcina la care are loc o alungire permanentă de 0,2%.
Valorile nu sunt date de proiectare: modulul de elasticitate, limita de curgere, rezistența și alungirea din text sunt transferate dintr-o sursă istorică. Pentru calcul, sunt luate valorile caracteristice și de proiectare ale clasei moderne exacte, ale grosimii și ale stării de livrare, împreună cu factorii parțiali relevanți, toleranțele și cerințele pentru tenacitate, sudabilitate și oboseală.
2. Oțeluri trase la rece
În fiecare tijă de oțel care este îndreptată sau îndoită, apare oțel tras la rece local. Procedând astfel, oțelul este solicitat local dincolo de limita de curgere; pe partea desenată, limita de desenare este mărită. Dacă o tijă simplă de oțel este încărcată în tensiune până la depășirea limitei de curgere, la reîncărcare se observă că valoarea limitei de curgere a crescut. Cu cât intervalul de timp „pauză” dintre două încărcări este mai lung, cu atât puterea de curgere va crește.
În plus, deoarece în timpul întinderii la rece diametrul scade și proporțional cu alungirea barei, astfel încât oțelul care a fost expus la întindere semnificativă înainte de încercare va prezenta o limită de curgere și o rezistență la tracțiune semnificativ mai mari decât oțelul care nu a fost întins; în același timp, va prezenta mai puțină rezistență la impact.
Trafilarea la rece este utilizată în producția de oțeluri din beton IIb, IIIb și IVb (tor-oțel, plasă de construcție din oțel), precum și în producția de sârme pentru armături precomprimate și frânghii de poduri suspendate.
Lucrare la rece și armare: Clasele istorice trasate la rece și descrierile nu sunt indicative pentru produsul modern. Îndoirea, îndreptarea, reîndoirea, sudarea sau încălzirea armăturii poate modifica proprietățile și este permisă numai atunci când este permisă de documentația produsului, proiectarea și standardul aplicabil.
Comportarea oțelului în timpul testării la presiune
Ceea ce sa spus despre elasticitate și despre limita de întindere a oțelului topit se aplică în sensul corespunzător sarcinii de presiune. Valorile limitei de curgere a oțelului de structură (în cazul presiunii se numește limită de curgere) obținute în timpul testului de compresiune și al testului de întindere nu diferă mult. Cu toate acestea, sub presiune, o creștere a sarcinii dincolo de limita de strivire este posibilă numai cu elemente foarte scurte.
Legile flambajului se aplică tijelor subțiri. În același timp, în primul rând, trebuie avute în vedere ipoteze adecvate, fie că se referă la modul de susținere și ciupire a capetelor tijei, fie la abateri ale axei tijei de la poziția stabilită.
Elemente presate: numai rezistența materialului nu determină capacitatea portantă a tijei. Zveltețea, curbura inițială, tensiunile reziduale, flambajul local și global, suporturile, îmbinările și imperfecțiunile trebuie incluse în calculul elementului de beton.
Comportarea oțelului în testul de încovoiere
Referitor la limita de curgere (observat din exterior prin deformarile mari ale suporturilor sau prin liniile de curgere), este important ca acesta sa apara in timpul incercarii la incovoiere la solicitari putin mai mici dar mai mari decat cele obtinute la incercarea rezistentei la tractiune a tijei de proba. După depășirea limitei de curgere a oțelului în zonele de tensiune ale suporturilor, sarcinile pot fi crescute dacă suporturile sunt suficient asigurate împotriva flambajului sau răsucirii.
Test de îndoire: fotografia arată procedura de laborator, nu criteriile de acceptare a produsului. Geometria probei, suporturile, viteza, temperatura, direcția de rulare și criteriile de gradare trebuie să corespundă standardului aplicat și tipului exact de oțel.
Rezistența la oboseală a oțelului
Proprietățile de rezistență determinate în timpul încercărilor obișnuite de întindere, compresie sau încovoiere oferă informații detaliate despre comportamentul oțelului la încărcare statică. În același timp, trebuie luat în considerare faptul că limita de curgere în timpul încărcării statice pe termen lung va fi puțin mai mică decât limita obținută prin testarea obișnuită până la eșec. Dacă sarcinile statice sunt urmate de sarcini frecvente (de exemplu, poduri, șenile macarale, vehicule) sau dacă acţionează doar sarcini frecvente, atunci se pot obține date despre material numai pe baza comportamentului său în condiții care se potrivesc cel mai bine cu condițiile practice. Prin urmare, oțelurile pentru elementele de construcție, care vor fi expuse în principal la sarcini în mișcare, sunt testate prin încărcare frecventă.
Cel mai adesea, sarcinile staționare și în mișcare apar în același timp. Următoarele exemple subliniază esența problemei. Tije prezentate in poza1sunt realizate din același material și turnate din aceeași bară. Tija inferioară este îndoită lent prin încărcare treptată; prin urmare, ar putea fi îndoit. Tija superioară este supusă în mod repetat la încărcări repetate, cu tensiuni mult mai mici decât cele predominante la prima tijă. După ceva timp, tija superioară s-a rupt fără a prezenta vreo deformare permanentă în jurul fracturii. Conform acesteia, comportamentul materialului la cedare depinde în mod semnificativ de modul în care este aplicată sarcina. Exemplul dat, care se referă la sarcinile de încovoiere, este, de asemenea, caracteristic altor tipuri de sarcini. In poze2şi3sunt prezentate exemple de încercări de tracțiune; imagine2se referă la un exemplu simplu de test lacrimal, iar Fig3la testele de tensiune variabilă unidirecţională.
In ceea ce priveste aplicarea acestor fapte, este important ca - in afara de comportamentul manifestat in timpul testului obisnuit de rupere - sa fie evaluata in special valoarea elementului de constructie, care a fost gaurit sau a carui sectiune transversala a suferit alte modificari. Rezistența unei tije forate la sarcini frecvente este mult mai mică decât rezistența unei tije negăurite, deoarece la marginile găurii apar praguri de tensiune. Tensiunea la marginea găurii, dacă este cauzată de sarcini frecvente, va fi întotdeauna semnificativ mai mare decât tensiunea medie. Consecința este că elementele de construcție forate sub sarcini frecvente prezintă mult mai puțină rezistență decât elementele neforate.
O notă finală despre oboseală: fisurarea prin oboseală poate apărea la solicitări mai mici decât cele care provoacă deformare plastică vizibilă. Găurile, detaliile sudate, schimbările bruște de secțiune, coroziunea și deteriorarea modifică categoria de detalii și durata de viață. Structurile supuse încărcărilor repetate necesită un calcul special de oboseală, un plan de inspecție și o evaluare expertă a fiecărei fisuri detectate.