Прочностный предел стали

Крепость конструкций из металла – один из очень важных показателей, определяющих их надежность и безопасность. Издавна вопросы прочности решались эксперементальным путем — если какое-либо изделие ломалось — то следующее делали толще и массивнее. С 17 столетия ученые начали планомерное изыскание проблемы, параметры прочности материалов и конструкций из них можно высчитать заблаговременно, на шаге проектирования. Металлурги разработали добавки, которые влияют на крепость сплавов из стали.

Прочностный предел

Прочностный предел — это максимальное значение стрессов, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл определяет усилие растяжения, которое необходимо приложить к стрежневидному образцу конкретного сечения, чтобы порвать его.

Как выполняется тестирование на крепость

Прочностные проверки на сопротивление разрыву проводятся на специализированных испытательных стендах. В них неподвижно крепится один конец испытываемого образца, а к иному присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создаёт медленно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, либо же на его изгиб или скручивание.

Тестирование на разрыв

Электронная система проверки фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и остальные виды деформации образца.

Виды границ прочности

Прочностный предел — один из основных механических показателей стали, так же как и любого иного конструкционного материала.

Эта величина применяется при прочностных расчетах деталей и конструкций, если судить по ней, решают, используем ли этот материал в определенной сфере или необходимо выбирать очень прочный.

Есть такие виды предела прочности при:

• сжатии — определяет способность материала противиться давлению внешней силы;
• изгибе — оказывает влияние на гибкость деталей;
• кручении – показывает, насколько материал подходит для нагруженных приводных валов, передающих вращающий момент;
• растяжении.

Виды испытаний прочности материалов

Научное наименование параметра, применяемое в стандартах и прочих официальных документах — временное сопротивление разрыву.

Прочностный предел стали

На данное время сталь все еще считается наиболее используемым конструкционным материалом, постепенно уступая собственные позиции разным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета границ прочности металла зависит его долговечность, надежность и безопасность в работе.

Прочностный предел стали зависит от ее марки и меняется в границах от 300 Мпа у обыкновенной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специализированных высоколегированных марок.

На значение параметра оказывают влияние:

• состав сплава;
• термические процедуры, помогающие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.

Некоторые примеси уменьшают крепость, и от них пытаются избавиться на шаге отливки и проката, прочие, наоборот, увеличивают. Их собственно добавляют в состав сплава.

Относительный предел текучести

Помимо предела прочности, в изысканиях инженеров повсеместно используется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый ?_т. Он равён величине напряжения сопротивления разрыву, которое нужно создать в материале, для того, чтобы дефармация продолжала расти без наращивания нагрузки. Состояние это материала конкретно предшествует его разрушению.

На микроуровне при подобных напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решётке, а на оставшиеся связи возрастает удельная нагрузка.

Общие сведения и характеристики сталей

С точки зрения конструктора, самую большую значимость для сплавов, работающих в традиционных условиях, имеют физико-механические параметры стали. В некоторых случаях, когда изделию понадобиться работать в условиях экстремально больших или невысоких температур, большого давления, большой влажности, под влиянием агрессивных сред — не меньшую значимость приобретают и химические свойства стали. Как физико-механические, так и химические свойства сплавов в большинстве случаев определяются их химическим составом.

Воздействие содержание углерода на свойства сталей

По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Данный эффект встречается до примерно 1% доли, дальше начинается снижение характеристик прочности.

Увеличение доли углерода также увеличивает порог хладоемкости, это применяется при создании морозостойких и криогенных марок.

Воздействие углерода на механичные свойства стали

Рост содержания С приводит к ухудшению литейных параметров, отрицательно оказывает влияние на способность материала к обработке механическим путем.

Добавки марганца и кремния

Mn содержится в большинстве марок стали. Его используют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до конкретного предела (2%) делает лучше эти параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После чего предела последующее увеличение содержания ведет к появлению трещин при термической обработке.

Воздействие кремния на свойства сталей

Si используется в роли раскислителя, применяемого при выплавке сплавов из стали и определяет вид стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не больше 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.

При изготовлении ферритов кремний повышает их параметры прочности, не понижая пластичности. Данный эффект сберегается до порогового содержания в 0,4%.

Воздействие легирующих добавок на свойства стали

В комбинировании с Mn или Mo кремний содействует росту закаливаемости, а одновременно с Сг и Ni увеличивает устойчивость к процессам коррозии сплавов.

Азот и кислород в сплаве

Эти самые популярные в земной атмосфере газы вредно оказывают влияние на свойства прочности. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру значительно уменьшают параметры прочности и эластичность.

Легирующие добавки в составе сплавов

Данные вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения качеств сплава и доведения его показателей до требуемых. Одни из них прибавляются в значимых количествах (более процента), прочие — в очень малых. Очень часто применяю следующие легирующие добавки:

• Хром. Используется для увеличения прокаливаемости и твердости. Доля – 0,8-0,2%.
• Бор. Делает лучше хладноломкость и радиационную устойчивость. Доля – 0,003%.
• Титан. Добавляется с целью улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля – 0,1%.
• Молибден. Увеличивает характеристики прочности и устойчивость к коррозии, уменьшает хрупкость. Доля – 0,15-0,45%.
• Ванадий. Делает лучше параметры прочности и упругость. Доля – 0,1-0,3%.
• Никель. Содействует росту характеристик прочности и прокаливаемости, но при этом ведет к увеличению хрупкости. Данный эффект восполняют одновременным прибавлением молибдена.

Металлурги применяют и более непростые конфигурации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических параметров стали. Цена подобных марок во много раз (а то и десятков раз) превосходит стоимость обыкновенных низкоуглеродистых сталей. Используются они для особо ответственных конструкций и узлов.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.