Материалы металлических конструкций. Структура сталей. Классификация сталей. Механические свойства стали

Сталь – это сплав железа с углеродом (углерода до 2 %) и незначительным количеством примесей (которые не вводятся преднамеренно, а попадают из руды или образуются в процессе выплавки) и легирующих компонентов (которые вводятся для улучшения свойств стали).

Группы стали

В зависимости от содержания легирующих компонентов стали, делятся на четыре группы:

1) углеродистые – легирующие элементы специально не вводятся;

2) низколегированные – суммарное содержание легирующих элементов до 2,5 %;

3) среднелегированные – легирующих компонентов 2,5-10 %;

4) высоколегированные – легирующих компонентов более 10 %.

Углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода подразделяется на:

а) малоуглеродистую с содержанием углерода 0,09-0,25 % (в основном применяется в строительстве);

б) среднеуглеродистую с содержанием углерода 0,25-0,6 % (конструкционная, применяется в машиностроении);

в) высокоуглеродистую с содержанием углерода 0,6-2% (инструментальная).

В строительстве в основном применяются малоуглеродистая сталь, (обладающая большой пластичностью, ковкостью, хорошей свариваемостью, плохой закаливаемостью) и низколегированные стали повышенной и высокой прочности, обладающие меньшей склонностью к хрупким разрушениям. По своей структуре низкоуглеродистая (малоуглеродистая) сталь является однородным кристаллическим телом, состоящим из зерен (кристаллов) феррита, занимающих почти весь объем стали, а также перлитовых и цементитовых включений между зернами феррита и по его граням. Вкрапления и прослойки перлита, обволакивая зерна феррита, создают как бы жесткую и упругую “сетку” (решетку, каркас) вокруг мягкого и пластичного феррита. Такое строение стали, объясняет её работу под нагрузкой и её пластические свойства (упругая стадия – работа решетки перлита; площадка текучести – разрушение решетки перлита с включением в работу феррита).

Структура низколегированных и среднелегированных сталей похожа на структуру малоуглеродистой стали. Прочностные свойства низколегированных сталей повышается благодаря введению различных легирующих элементов, которые упрочняют сетку (решетку) между зернами феррита.

Механические свойства стали

Характеризуют следующие основные показатели.

1) Предел текучести s_T характеризующий напряжение, до достижения которого можно считать металл работающим упруго и пользоваться методами расчета по упругой стадии материала. Предел текучести является началом границы пластической стадии работы металла, его текучести, т. е. началом возрастания деформаций при неизменной нагрузке.

2) Временное сопротивление (предел прочности) s_B характеризующее условное напряжение разрыва растянутого образца (отношение разрушающей нагрузки к первоначальной площади сечения). Временное сопротивление характеризует прочность стали.

3) Относительное удлинение e -отношение приращения длины образца после разрыва к ее исходному значению. Различают два относительных удлинения: для длинного круглого образца (L_расч= 10d)-d₁₀ и для короткого (L_расч= 5d)-d₅. Относительное удлинение характеризует, пластические свойства стали.

4) Ударная вязкостьα_н – работа, затраченная на разрушение специального образца ударным изгибом. Ударная вязкость характеризует склонность стали к переходу в хрупкое состояние. Испытания на ударную вязкость могут проводиться при нормальной температуре t = 20 °C, а также при отрицательных температурах t = -20 °С, t = -40 °С, t = -70 °С и после механического старения. При отрицательных температурах и после механического старения склонность стали к переходу в хрупкое состояние увеличивается и значение ударной вязкости уменьшается. Порог хладноломкости - t°С при которой происходит спад ударной вязкости или снижение её ниже 0,03

Диаграмма работы малоуглеродистой стали при растяжении.

s , кН/см²;

5) Изгиб в холодном состоянии на 180°С.Это испытание характеризует пластические свойства стали и склонность ее к трещинообразованию.