Сталь на растяжение см2

22 ноября 2011

Если подвергнуть образец растяжению, последовательно увеличивая нагрузку Р, и производить при этом замеры получающихся удлинений ∆l, то можно построить опытную диаграмму растяжения, откладывая удлинение в функции нагрузки.

Для удобства сравнения эту диаграмму выражают в напряжениях и относительных удлинениях:

где σ — нормальное напряжение;

F — первоначальная площадь сечения образца; ε — относительное удлинение в процентах;

l0 — первоначальная длина образца.

Величина относительного удлинения зависит от длины и поперечного сечения образца и увеличивается с уменьшением отношения

. Поэтому для сохранения сравнимости результатов испытаний установлены два типа образцов — длинный и короткий — с соотношениями между длиной и площадью сечения1

Опытная диаграмма растяжения малоуглеродистой стали марки Ст. 3 показана на фигуре.

Диаграмма растяжения стали марки Ст. 3

Вначале зависимость между напряжениями и относительными удлинениями определяется законом прямой линии, т. е. они пропорциональны между собой.

Это выражается линейным уравнением (зависимость Гука)

где Е — постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости при растяжении. Для стали Е = 2 100 000 кг/см2.

Пропорциональная зависимость между деформацией и напряжением имеет предел. То наибольшее напряжение в материале, при котором начинается отклонение от прямолинейной зависимости, называется пределом пропорциональности σпц.

Несколько выше этой точки лежит предел упругости σуп, соответствующий наибольшей деформации, которая полностью исчезает после разгрузки. Точное определение этой точки на кривой опытным путем затруднительно, поскольку она фиксируется моментом начала получения остаточных деформаций после снятия нагрузки, что означает переход материала в пластическую стадию.

Для малоуглеродистых сталей при нагружении выше предела пропорциональности кривая диаграммы растяжения отходит от прямой и, плавно поднимаясь, делает скачок (образуя характерный «зуб»), после чего с незначительными колебаниями идет параллельно горизонтальной оси. Образец удлиняется без приращения нагрузки, материал течет. То нормальное напряжение, практически постоянное, при котором происходит течение материала, называется пределом текучести σт.

Горизонтальный участок диаграммы, называемый площадкой текучести, для малоуглеродистых сталей находится в пределах относительных удлинений от ε = 0,2% до ε = 2,5%. Наличие у материала площадки текучести является положительным фактором в работе стальных конструкций.

В других сталях, не малоуглеродистых, переход в пластическую стадию происходит постепенно, без площадки текучести и без «зуба». Для них предел упругости и предел текучести, таким образом, принципиально не отличаются друг от друга. За предел текучести этих сталей принимается то напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2%.

При снятии нагрузки с образца, получившего пластическую деформацию, диаграмма разгрузки идет по прямой С — D параллельно упругой прямой нагрузки.

Когда относительное удлинение достигает определенной величины (ε ≈ 2,5% для Ст. 3), материал прекращает течь и становится опять способным к сопротивлению. Он как бы самоупрочняется. Однако зависимость между напряжениями и деформациями подчиняется уже криволинейному закону, с быстрым нарастанием деформаций, после чего в образце образуется шейка и, наконец, происходит полное разрушение его.

Предельная сопротивляемость материала, которая характеризует его прочность, определяется наибольшим напряжением в процессе разрушения. Это напряжение называется пределом прочности σпч (временным сопротивлением); оно условно; поскольку при построении диаграммы растяжения напряжения, относят к первоначальной площади сечения образца, не учитывая сужения и образования шейки.

Полное остаточное удлинение, замеренное после разрушения, является мерой пластичности стали.

Таким образом, важнейшими показателями механических свойств, характеризующими работу стали, являются: предел текучести, предел прочности и относительное удлинение. Эти показатели, так же как и химический состав, указываются в сертификатах, которые сопровождают каждую партию поставляемого металла.

Государственным стандартом на поставку строительной стали гарантируются следующие ее механические характеристики.

Таблица Показатели механических свойств строительных сталей

1  Н. А. Шапошников, Механические испытания металлов, Машгиз, 1951.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Дата введения 1950-10-01

ВНЕСЕН Министерством металлургической промышленности

УТВЕРЖДЕН Всесоюзным Комитетом Стандартов 17/V 1950 г.

Срок введения 1/X 1950 г.

ВЗАМЕН ГОСТ 380-41

ВНЕСЕНА опечатка, опубликованная в сб.стандартов «Сталь углеродистая обыкновенного качества (сортовой и фасонный прокат)», (М.: Стандартгиз, 1952 год)

Опечатка внесена изготовителем базы данных

Настоящий стандарт является общим для всех видов углеродистой горячекатаной стали обыкновенного качества. Отдельные виды этой стали поставляются по специальным стандартам, устанавливаемым на основе настоящего стандарта.

I. Классификация

II. Технические условия

3. Сталь изготовляется мартеновским или бессемеровским способом.

Примечание. Способ выплавки стали, поставляемой по группе А, выбирается заводом-изготовителем, если этот способ не оговорен специально в заказе.

4. В спокойной и полуспокойной стали должны быть полностью удалены усадочная раковина и вредная усадочная рыхлость.

Сталь группы А

5. Гарантируемыми характеристиками механических свойств для стали группы А являются:

а) предел прочности при растяжении;

б) относительное удлинение.

Примечание. Химический состав стали, поставляемой по группе А, в сертификате указывается, но браковочным признаком не является, за исключением случаев, оговоренных в пп.6 и 7 настоящего стандарта, а также в специальных стандартах.

6. По требованию потребителя, оговоренному в заказе, должны быть также гарантированы:

а) предел текучести;

б) удовлетворительные результаты испытания на загиб в холодном состоянии;

в) предельное содержание серы и фосфора (согласно нормам п.14 настоящего стандарта);

г) ударная вязкость стали, предназначенной для ответственных конструкций.

Для стали марки Ст.3 толщиной от 12 до 25 мм ударная вязкость каждого из образцов должна быть:

Нормы ударной вязкости для стали марки Ст.3 толщиной свыше 25 мм, а также для стали других марок устанавливаются в соответствующих стандартах или ведомственных технических условиях.

7. В стали для сварных конструкций по требованию потребителя, оговоренному в заказе, должны быть гарантированы:

а) предельное содержание углерода, серы и фосфора согласно нормам п.14 настоящего стандарта;

б) содержание кремния для марки Ст.3 в пределах 0,12-0,22%, для марок Ст.4 и Ст.5 — в пределах 0,12-0,25%;

в) предельное содержание хрома, никеля и меди согласно п.15 настоящего стандарта.

Сталь для сварных конструкций должна также испытываться на свариваемость. Методика и нормы испытания устанавливаются специальным стандартом.

8. Нормы механических свойств стали группы А указаны в табл.1.

Таблица 1

9. Испытание на загиб в холодном состоянии должно производиться:

Примечание. Сталь марок Ст.6 и Ст.7 на загиб в холодном состоянии не испытывается.

10. При значениях относительного удлинения, соответствующих нормам табл.1, допускается повышение предела прочности при растяжении на 3 кг/мм против верхнего предела норм, указанных в этой таблице, а с согласия заказчика — без ограничения верхнего значения предела прочности, причем в этих случаях обязательно испытание на загиб в холодном состоянии по нормам, указанным в п.9.

11. Нормы испытаний, указанные в пп.6, 8 и 9 настоящего стандарта, относятся к образцам, взятым от металла в состоянии поставки. Испытанию на растяжение подвергаются сортовая, широкополосная и листовая сталь диаметром или толщиной 4 мм и более, а также фасонная сталь с толщиной стенки или полки 4 мм и более. При толщине менее 4 мм сортовая, фасонная, широкополосная и листовая сталь, как правило, подвергается испытанию только на загиб в холодном состоянии.

Указанные в таблице нормы предела прочности, относительного удлинения и предела текучести распространяются на прокат круглый, квадратный, полосовой и фасонный толщиной от 8 до 40 мм, а также на прокат листовой и широкополосный толщиной от 8 до 20 мм. Для других толщин проката эти нормы устанавливаются в соответствующих стандартах или ведомственных технических условиях на отдельные виды и размеры проката.

12. Условия испытания на загиб в холодном состоянии распространяются на все виды проката толщиной от 2 до 25 мм. При иной толщине условия оговариваются в соответствующих стандартах или ведомственных технических условиях.

13. При поставке горячекатаной стали группы А с гарантированными пределами содержания углерода, серы и фосфора, эти пределы должны удовлетворять нормам п.14 настоящего стандарта для соответствующей марки стали и для данного способа производства.

Сталь группы Б

14. Для стали группы Б гарантируемой характеристикой качества является химический состав. Нормы химического состава указаны в табл.2.

Таблица 2