Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основы выбора конструкционных сталей

Конструкционными называют стали, предназначенные для изготовления деталей машин и конструкций различного назначения. Их применение для тех или иных деталей определяется характеристикой, которая называется конструкционная прочность. Это комплекс различных свойств, обеспечивающий надежную и длительную работу материала в условиях эксплуатации. Конструкционная прочность включает в себя:

1.Металлургическую природу и структуру сплава.

· - химический состав,

· - тип кристаллической решетки,

· - дефектность кристаллической решетки,

· - микро и макроструктура.

2.Напряженно-деформированное состояние детали.

· - масштабный фактор (размер детали).

· - фактор формы (детали).

· - напряженно-деформированное состояние.

3.Внешние условия работы.

· - рабочая температура.

· - агрессивные среды.

· - электромагнитные поля.

· - радиация.

Таким образом, конструкционная прочность это способность стали длительное время работать в заданных условиях эксплуатации без катастрофического разрушения.

Выбор марки стали для той или иной детали для обеспечения высокой конструкционной прочности определяется несколькими характеристиками. Основными характеристиками, которыми принято руководствоваться при выборе той или иной марки стали для конкретных изделий являются механические свойства:

1.Предел прочности

2.Предел текучести

3.Твердость

4.Предел выносливости

5.Жесткость конструкции

6.Вязкость разрушения

7.Ударная вязкость

8.Хладноломкость

Эти характеристики могут быть получены при стандартных испытаниях и проводятся в специальных справочниках.

Первой и основной характеристикой, по которой проводится выбор стали является прочность.

Прочность определяется предельным напряжением, которое испытывает деталь до разрушения. Однако, обычно за расчетную характеристику прочности выбирается не предел прочности, а предел текучести, т.к. именно это напряжение не вызывает остаточной деформации более 0,2%. Такая деформация является максимально допустимой для большинства деталей. Ее превышение может вызвать изменение размеров детали вследствие пластической деформации и вызвать нарушение в работе всего механизма в целом.

Вторая характеристика это прокаливаемость т.е. способность закаливаться на максимальную глубину. Наибольшая прочность деталей достигается только после соответствующей термообработки. Обычно такой термообработкой является закалка и последующий отпуск. При этом структура деталей должна быть одинаковой по всему сечению. Если в центре детали после закалки будет 90% мартенсита + 10% троостита, то прочностные характеристики снизятся на 10%, а если 50% мартенсита + 50% троостита, то прочностные характеристики упадут вдвое, и особенно сильно снизится сопротивление усталостному разрушению. Поэтому для ответственных деталей обычно требуется сквозная прокаливаемость. Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр т.е. максимально возможный размер деталей, закаливаемых насквозь в данном охладителе. Он определяет предельный размер деталей, который можно изготавливать из данной стали.

Третья характеристика, которая обязательно должна учитываться при выборе стали это вязкость, т.е. работа разрушения, которая складывается из работы зарождения трещины (А_з) и работы ее распространения (А_р).

А=А₃+А_р

Вязкость оценивается несколькими показателями. Обычно это ударная вязкость (а _н) и вязкость разрушения (К1С).

Четвертая характеристика при выборе стали это хладноломкость, т.е. способность материала работать при пониженных температурах. Вязкость стали, т.е. сопротивление её разрушению сильно зависит от температуры. Температура, при которой сопротивление разрушению падает вдвое, называется температура полухрупкости. Она обозначается Т50. Т.е. Т50 означает, что 50%- поверхности излома составляет вязкое разрушение, а 50% - хрупкое.

По показателю Т50 стали подразделяют:

· Стали обычной вязкости — для нормальной температуры;

· Стали с повышенной вязкостью — для работы до -40ºС;

· Стали с высокой вязкостью (северные) — для работы до -80-120ºС.

При выборе стали всегда надо стремиться к тому, чтобы рабочая температура на 20-40ºС была выше температуры полухрупкости.

Пятый фактор, который необходимо учитывать при выборе стали это особенности работы поверхности детали.

В зависимости от условий работы и требуемых свойств поверхности детали выбирается способ её обработки. При требовании к повышенной износостойкости выбирается либо поверхностная закалка, либо ХТО. Если детали работают в условиях агрессивных сред, то выбирают другие виды ХТО, которые позволяют повысить коррозионную стойкость, жаростойкость и т.д.

Конструкционные стали можно разделить на несколько групп:

1.Строительные

2.Цементуемые

3.Улучшаемые

4.Пружино рессорные

5.Автоматные

6.Шарикоподшипниковые

7.Высокопрочные

8.Стали для холодной штамповки

Строительные стали

Из этих сталей изготавливают здания, сооружения, мосты, краны, опоры линий электропередач и т.д. Они подразделяются на группы прочности, которые обозначаются отношением предела прочности к пределу текучести. По этому показателю стали подразделяют на следующие группы:

1. Нормальной прочности 380/230

2. Повышенной прочности 460/330, 520/400

3. Стали с высокой прочностью 600/450, 700/600, 850/750

В зависимости от температуры эксплуатации строительные стали подразделяются на несколько групп:

1. Сталь для обычных температур.

2. Сталь для пониженных температур (-40ºС)

3. Сталь в северном исполнении. (-60ºС и ниже)

При изготовлении строительных конструкций часто используется сварка, поэтому важным свойством строительных сталей является свариваемость.

Свариваемость это способность стали образовывать равнопрочный сварной шов без трещин.

Местное расплавление металла в зоне образования сварного шва вызывает изменение структуры свариваемого металла. Это не должно сопровождаться потерей прочности и пластичности конструкции. Изменение структуры и свойств металла в зоне сварного шва (рис.9) определяется содержанием в нем углерода и легирующих элементов. Чем больше углерода в стали, тем сильнее упрочняется металл в зоне шва и тем меньше запас его пластичности и вязкости. Аналогично влияют и многие легирующие элементы, которые вводят в сталь для повышения прочности.

Рис.9. Изменение структуры стали в зоне сварного шва

Свариваемость стали определяется углеродным эквивалентом (экв.), и зависит от количества углерода и легирующих элементов. Подсчитывается углеродный эквивалент по формуле:

Сэкв =С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+W/14+Cu/13+B/2

Хорошая свариваемость у сталей с Сэкв.< 0,45 ÷ 0,48. Это достигается при содержании углерода С< 0,18 ÷ 0,2%.

Для конструкций с повышенной прочностью используют легированные стали. В этом случае вес конструкции меньше, но дороже. Поэтому их применение должно быть оправдано. В соответствии с категорий прочности применяют следующие марки сталей:

1.Нормальная прочность

С380/230 (Ст 3)

2.Повышенная прочность

С460/330 (09Г2С)

С520/400 (10Г2С1)

3.Высокая прочность

С600/450 (16Г2АФ)

С700/600 (12Г2СМФ)

С850/750 (12ГН2МФАЮ)

К строительным сталям можно применять упрочняющую термообработку. Она представляет собой ускоренное охлаждение после прокатки. Это позволяет повысить прочность стали в 1,3÷1,6 раза. Но после такого охлаждения происходит коробление изделий и требуется специальное оборудование для их правки.

Отдельным классом строительных сталей являются арматурные. Они применяются для изготовления железобетонных изделий. Арматурные стали маркируются буквой А. Цифра показывает уровень прочности:

· А Ι, А II, AIII - используются в ненапряженном состоянии;

· А IV.......AVII - для особо прочных конструкций;

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒