Работа стали при повторных и переменных нагрузках. Наклеп. Усталость стали.

Загрузка и разгрузка металла в пределах упругости не вызывает изменений в работе металла. Графики деформаций является прямолинейным и совпадают. Когда сталь довести до пластических деформаций и разгрузить, то диаграмма разгрузки пойдет параллельно линии деформаций.

Диаграмма повторной загрузки пойдет параллельно линии упругих деформаций и дальше за диаграммой одноразовой нагрузки. Если рассмотреть лишь диаграмму повторной загрузки, то можно отметить, что деформативность металла уменьшилась (e - e₁ < e), и условная граница текучести выросла до уровня s₁, достигнутого при первой загрузке. Это явление называется наклепом металла. Используется для повышения прочностных показателей стальной арматуры железобетонных конструкций.

Наклеп наблюдается при всех видах холодного обработки, связанной с пластическим деформированием металла (резка, гибка, пробивка отверстий).

 

Рис. 8.7. Диаграмма деформирования стали с разгрузкой

В металлах, которые не имеют достаточного запаса пластических деформаций, наклеп может приводить к хрупкому разрушению.

Усталостью металла называется его разрушение вследствие повторных нагрузок при напряжениях, ниже предела прочности.

Напряжение, при котором происходит разрушение, называется усталостной прочностью.

Способность металла противостоять такому разрушению называют выносливостью.

 

Рис. 8.8. Изменение усталостной прочности стали в зависимости от количества циклов загрузки N.

Для стали кривая усталостной прочности асимптотически приближается к некоторому предельному значению R_v - сопротивлению стали усталости.

Сопротивление стали усталости соответствует количество циклов 10 . Испытания производят на базе 2´10 циклов На усталостную прочность влияют: наличие концентраторов; температура; технологические факторы, связанные с особенностями изготовления конструкций; характер загрузки (сжатие или растяжение); значение коэффициента асимметрии цикла

 

< <

R_v – изменяется от 145 МПа до 27 МПа.

 

Рис. 8.9. Характеристика асимметрии нагружения.

Разрушение металла от усталости происходит в такой последовательности:

Около дефектов кристаллической решетки, нарушений структуры, концентраторов появляются микротрещины.

Микротрещины являются очень острыми концентраторами. Концентрации напряжений возле них приводят к разрастанию микротрещин в макротрещины.

При дальнейших циклах загрузки рост трещин происходит до разрушения.

Концентраторы напряжений очень негативно влияют на усталостную прочность металла. Поэтому при конструировании металлических конструкций необходимо избегать концентраторов всеми возможными способами.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1978. – 648 с.

2. Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.Я. Технология металлов и других конструкционных материалов. Под ред. проф. П.И. Полухина. – М., «Высшая школа», 1970. – 704 с.

3. Полухин П.И. и др. Технология металлов и сварка. – М., Высшая школа, 1977. – 464 с.

4. СНИП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. – М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1991. – 96 с.

5. Клименко Ф.Є., Барабаш В.М. Металеві конструкції. – Львів: Світ, 1994. – 280 с.

6. Металлические конструкции. Общий курса: Учебник для вузов /
Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1986. – 560 с.

7. Технология металлов и др. конструкционных материалов. Под ред. Прайса Г.А., 1973.

8. ГОСТ 27772-88* Прокат для строительных стальных конструкций.

9. Технология машиностроения и конструкционные материалы. Сальников Г.П. «Техніка», 1974, 320 стр.

10. Попов С.А. Алюминиевые строительные конструкции. Изд. 2-е. Уч. пособие для строит. вузов. – М., «Высшая школа», 1969. – 320 с.

11. Н.С. Стрелецкий. Материалы к курсу стальных конструкций. Выпуск I. Работа стали в строительных конструкциях. – М., 1956.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Тема 1. ВВЕДЕНИЕ. СТРУКТУРА КУРСА.. 3

1.1. Цель и задачи изучения дисциплины. Структура курса. 3

1.2. Исторический очерк развития металлических конструкций в Украине. 5

1.3. Преимущества и недостатки стальных конструкций, отрасли их применения. 15

1.4. Основные требования, предъявляемые к стальным конструкциям.. 16

1.5. История развития науки о металлах. 17

1.6. Классификация металлов и сплавов. 21

Тема 2. ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА ДАВЛЕНИЕМ. СОРТАМЕНТ. 25

2.1. Основные понятия в металлургии. 25

2.2. Основные способы получения металлов из руд. 26

2.3. Топливо и огнеупорные материалы металлургического производства. 26

2.4. Производство чугуна. 27

2.4.1. Материалы для выплавки чугуна. 27

2.4.2. Подготовка исходных материалов к плавке. 28

2.4.3. Доменный процесс. 29

2.5. Производство стали. 32

2.5.1. Кислородно-конвертерный способ. 32

2.5.2. Выплавка стали в мартеновских печах. 34

2.5.3. Выплавка стали в электрических печах. 36

2.5.4. Разливка стали. 37

2.6. Производство цветных металлов. 41

2.6.1. Производство алюминия. 41

2.6.2. Производство меди. 41

2.6.3. Производство титана. 42

2.7. Общие сведения. 43

2.8. Прокатное производство. 47

2.9. Волочение. 53

2.10. Прессование. 55

2.11. Свободная ковка. 56

2.12. Горячая объемная штамповка. 57

2.13. Холодная объемная штамповка. 59

2.14. Листовая штамповка. 60

2.15. Сортамент изделий из алюминиевых сплавов. 61

Тема 3. ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ.. 64

3.1. Превращения при нагреве стали. 64

3.2. Превращения в стали при охлаждении. 65

3.3. Основные виды термической обработки стали. 69

3.4. Химико-термическая обработка сталей. 73

Тема 4. УГЛЕРОДИСТЫЕ И ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ. КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ.. 76

4.1. Классификация сталей. 76

4.2. Конструкционные стали. 78

4.2.1. Углеродистые стали обыкновенного качества. 78

4.2.2. Углеродистые и легированные качественные стали. 80

4.2.3. Стали высококачественные и особо высококачественные. 81

4.2.4. Цементуемые углеродистые и легированные стали. 82

4.2.5. Улучшаемые углеродистые и легированные стали. 82

4.2.6. Высокопрочные легированные стали. 83

4.2.7. Рессорно-пружинные стали. 83

4.2.8. Шарикоподшипниковые стали. 83

4.2.9. Износостойкие стали. 83

4.3. Инструментальные стали. 84

4.4. Легированные стали специального назначения. 86

4.5. Стали, применяемые для конструкций зданий и сооружений. 87

4.6. Определение марки стали экспресс-методом. 90

Тема 5. РЕАЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ.. 92

5.1. Основные сведения о кристаллическом строении металлических тел. 92

5.2. Типы кристаллической решетки. 93

5.3. Особенности строения кристаллических тел. 94

5.4. Общая характеристика первичной кристализации. 95

5.5. Изменение кристаллической решетки при нагревании и остывании. 97

5.6.Изменения структуры в результате проката. 99

5.8. Дефекты кристаллического строения. 101

5.9. Изучение макро- и микроструктуры металлов и сплавов. 104

Тема 6. ЧЕРНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ, ИХ СВОЙСТВА.. 105

6.1. Основные понятия о металлических сплавах. 105

6.2. Диаграмма состояния двойных сплавов. 106

6.2.1. Основная информация о диаграмме состояния. 106

6.2.2. Порядок построения диаграммы состояния. 108

6.3. Железоуглеродистые сплавы. 110

6.3.1. Компоненты и основные структурные составляющие железоуглеродистых сплавов. 110

6.3.2. Характеристика основных точек и линий диаграммы. 114

6.3.3. Структура сталей. 114

6.3.4. Чугуны. Структура чугунов. 114

6.4. Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали. 119

6.5. Цветные металлы и их сплавы. 122

6.6. Алюминий и его свойства. 125

6.7. Сплавы на основе алюминия. 129

6.8. Области применения алюминиевых сплавов. 131

6.9. Маркировка алюминиевых сплавов. 133

6.10. Свойства металлов и сплавов. 133

6.11. Методы испытания механических свойств. 134

Тема 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ.. 134

Тема 8. РАБОТА СТАЛИ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В КОНСТРУКЦИЯХ.. 134

8.1. Работа стали на растяжение. 134

8.2. Работа стали на сжатие. 134

8.3. Нормативные и расчетные сопротивления. 134

8.4. Работа стали в сложном напряженном состоянии. 134

8.5. Старение металла. 134

8.6. Влияние температуры.. 134

8.7. Ударная вязкость. 134

8.8. Работа стали при повторных и переменных нагрузках. Наклеп. Усталость стали. 134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 134

СОДЕРЖАНИЕ.. 134

 

Учебное издание

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

 

По дисциплине:

«Металлические конструкции»

 

Раздел:

«Материалы для металлических строительных конструкций»

(для студентов всех форм обучения
по направлению подготовки «Строительство»)

 

 

Составители:

ГОРОХОВ Е.В., БАКАЕВ С.Н., АЛЁХИН А.М.