Условный предел текучести стали

Предел текучести

Если охарактеризовать понятие предела текучести кратко, то в сопротивлении материалов пределом текучести называют напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация. Предел текучести относится к характеристикам прочности.

Согласно [1], текучесть — это макропластическая деформация с весьма малым упрочнением dτ/dγ.

Физический предел текучести — это механическая характеристика материалов: напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести в диаграмме растяжения для материалов, имеющих эту площадку (рисунок), σ_Т=P_Т/F. Здесь P_Т — это нагрузка предела текучести, а F — это первоначальная площадь поперечного сечения образца.

Предел текучести устанавливает границу между упругой и упруго-пластической зонами деформирования. Даже небольшое увеличение напряжения (нагрузки) выше предела текучести вызывает значительные деформации. [2]

Условный предел текучести

Условный предел текучести (он же технический предел текучести). Для материалов, не имеющих на диаграмме площадки текучести, принимают условный предел текучести — напряжение, при котором остаточная деформация образца достигает определённого значения, установленного техническими условиями (большего, чем это установлено для предела упругости). [2] Под условным пределом текучести обычно подразумевают такое напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2%. Таким образом обычно условный предел текучести при растяжении обозначается σ_0,2.

Выделяют также условный предел текучести при изгибе и условный предел текучести при кручении.

Предел текучести металла

Характеристика, данная выше, справедлива в первую очередь для предела текучести металла. Предел текучести металла измеряется в кг/мм 2 или Н/м 2 . На значение предела текучести металла влияют самые разные факторов, например: толщина образца, режим термообработки, наличие тех или иных примесей и легирующих элементов, микроструктура, тип и дефекты кристаллической решётки и др. Предел текучести металлов сильно меняется с изменением температуры.

Предел текучести стали

Предел текучести сталей в ГОСТах указывается с пометкой «не менее», единица измерения МПа. Приведём в качестве примера регламентируемые значения предела текучести σ_Т некоторых распространённых сталей.

Для сортового проката базового исполнения (ГОСТ 1050-88, сталь конструкционная углеродистая качественная) диаметром или толщиной до 80 мм справедливы следующие значения предела текучести сталей:

Предел текучести стали 20 (Ст20, 20) при T=20°С, прокат, после нормализации — не менее 245 Н/мм 2 или 25 кгс/мм 2 .
Предел текучести стали 30 (Ст30, 30) при T=20°С, прокат, после нормализации — не менее 295 Н/мм 2 или 30 кгс/мм 2 .
Предел текучести стали 45 (Ст45, 45) при T=20°С, прокат, после нормализации — не менее 355 Н/мм 2 или 36 кгс/мм 2 .

Для этих же сталей, изготавливаемых по согласованию потребителя с изготовителем, ГОСТ 1050-88 предусматривает иные характеристики. В частности, нормированный предел текучести сталей, определяемый на образцах, вырезанных из термически обработанных стальных заготовок указанного в заказе размера, будет иметь следующие значения:

Предел текучести стали 30 (Ст30, закалка+отпуск): прокат размером до 16 мм — не менее 400 Н/мм 2 или 41 кгс/мм 2 ; прокат размером от 16 до 40 мм — не менее 355 Н/мм 2 или 36 кгс/мм 2 ; прокат размером от 40 до 100 мм — не менее295 Н/мм 2 или 30 кгс/мм 2 .
Предел текучести стали 45 (Ст45, закалка+отпуск): прокат размером до 16 мм — не менее 490 Н/мм 2 или 50 кгс/мм 2 ; прокат размером от 16 до 40 мм — не менее 430 Н/мм 2 или 44 кгс/мм 2 ; прокат размером от 40 до 100 мм — не менее 375 Н/мм 2 или 38 кгс/мм 2 .

*Механические свойства стали 30 распространяются на прокат размером до 63 мм.

Предел текучести стали 40Х (Ст 40Х, сталь конструкционная легированная, хромистая, ГОСТ 4543-71): для проката размером 25 мм после термообработки (закалка+отпуск) — предел текучести стали 40Х не менее 785 Н/мм 2 или 80 кгс/мм 2 .

Предел текучести стали 09Г2С (ГОСТ 5520-79, лист, сталь 09Г2С конструкционная низколегированная для сварных конструкций, кремнемарганцовистая). Минимальное значение предела текучести стали 09Г2С для стального проката в зависимости от толщины листа меняется от 265 Н/мм 2 (27 кгс/мм 2 ) до 345 Н/мм 2 (35 кгс/мм 2 ). Для повышенных температур минимальное требуемое значение предела текучести стали 09Г2С составляет: для Т=250°C — 225 (23); для Т=300°C — 196 (20); Т=350°C — 176 (18); Т=400°C — 157 (16).

Предел текучести стали 3. Сталь 3 (углеродистая сталь обыкновенного качества, ГОСТ 380—2005) изготавливается следующих марок: Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп. Предел текучести стали 3 регламентируется отдельно для каждой марки. Так, например, требования к пределу текучести Ст3кп, в зависимости от толщины проката, меняются от 195-235 Н/мм 2 (не менее).

Текучесть расплава

Текучесть расплава металла — это способность расплавленного металла заполнять литейную форму. Текучесть расплава для металлов и металлических сплавов — то же что и жидкотекучесть. (См. Литейные свойства сплавов).

Текучесть жидкости вообще и расплава в частности есть величина, обратная динамической вязкости. В Международной системе единиц (СИ) текучесть жидкости выражается в Па -1 *с -1 .

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация: Учебник для вузов. — М.:*МИСИС*, 1997. — 527 с.
Жуковец И.И. Механические испытания металлов: Учеб. для сред. ПТУ. — 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 1986. — 199 с.: ил. — (Профтехобразование). — ББК 34.2/ Ж 86/ УДЖ 620.1
Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. ISBN 5-217-00241-1
Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. — М.: Металлургия, 1980. 296 с.
Белянкин Ф.П. Энергетический предел текучести металлов. // Сборник Института строительной механики АН УССР. №9, 1948.152

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>>

Условный предел текучести стали

Методы испытания на растяжение

Reinforcing-bar steel. Tensile test methods

МКС 77.140.15
ОКСТУ 1909

Дата введения 1983-07-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством металлургии СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.12.81 N 5419

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, подпункта

1.1; 2.1; 3.1; 3.4; 3.7.3

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного cовета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

6. ИЗДАНИЕ (сентябрь 2009 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июне 1985 г., августе 1990 г. (ИУС 9-85, 11-90)

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний на растяжение при температуре (20 ) °C арматурной стали номинальным диаметром от 3,0 до 80 мм (проволоки, стержни и арматурные канаты) круглого и периодического профиля, предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций для определения механических свойств:

полного относительного удлинения при максимальной нагрузке;

относительного удлинения после разрыва;

относительного равномерного удлинения после разрыва;

относительного сужения после разрыва;

временного сопротивления;

предела текучести (физического);

пределов текучести и упругости (условных);

модуля упругости (начального).

Термины, обозначения и определения приведены в приложении 1.

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1.2. Допускается перед испытанием проводить правку образца плавным давлением на него или легкими ударами молотка по образцу, лежащему на подкладке. Подкладка и молоток должны быть из более мягкого материала, чем образец.

Недопустимость правки образцов должна быть оговорена в НТД на арматурную сталь.

где — масса испытуемого образца, кг;

— длина испытуемого образца, м;

— плотность стали, 7850 кг/м .

1.5. Для обточенных и круглых образцов арматуры номинальным диаметром от 3,0 до 40,0 мм определяют площадь поперечного сечения измерением диаметра по длине образца в трех сечениях: в середине и по концам рабочей длины; в каждом сечении в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Площадь поперечного сечения образца вычисляют как среднеарифметическое значение этих шести измерений.

1.6. Площадь поперечного сечения каната определяют как сумму площадей поперечного сечения отдельных проволок, составляющих канат.

Допускается использовать номинальную площадь сечения канатов, указанную в нормативно-технической документации на канаты.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.7. Начальную расчетную длину измеряют с погрешностью не более 0,5 мм.

1.8. Диаметры круглых и обточенных образцов арматуры номинальным диаметром от 3,0 до 40,0 мм измеряют штангенциркулем по ГОСТ 166 или микрометром по ГОСТ 6507.

1.9. Массу испытуемых образцов арматуры периодического профиля номинальным диаметром менее 10 мм определяют с погрешностью не более 1,0 г, образцов арматуры диаметром от 10 до 20 мм — с погрешностью не более 2,0 г, а образцов диаметром более 20 мм — с погрешностью не более 1% от массы образца.

Образцы арматурной стали взвешивают на весах по ГОСТ 29329*, а длину образца измеряют металлической линейкой по ГОСТ 427.
_______________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 53228-2008. — Примечание изготовителя базы данных.

2. АППАРАТУРА

2.1. Применяют машины всех систем при условии их соответствия требованиям настоящего стандарта и ГОСТ 1497.

2.2. При проведении испытаний должны соблюдаться требования:

надежное центрирование образца;

плавность нагружения;

средняя скорость нагружения при испытании до предела текучести не должна быть более 10 Н/мм (1 кгс/мм ) в секунду; за пределом текучести скорость нагружения может быть увеличена так, чтобы скорость перемещения подвижного захвата машины не превышала 0,1 рабочей длины испытуемого образца в минуту; шкала силоизмерителя испытательной машины не должна превышать пятикратного ожидаемого значения наибольшей нагрузки для испытуемого образца арматуры;

конструкция захватов испытательной машины должна исключать возможность поворота концов каната вокруг оси образца.

2.3. Измерительные приборы должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и другой НТД.

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1.1. Конечную расчетную длину образца , включающую место его разрыва, определяют следующим способом.

Перед испытанием образец на длине, больше рабочей длины образца, размечается на равных частей при помощи меток, наносимых делительной машиной, скобками или керном. Расстояние между метками для арматуры диаметром 10 мм и более не должно превышать величину и быть кратным 10 мм. Для арматуры диаметром менее 10 мм расстояние между метками принимается равным 10 мм. Допускается при разметке образцов расстояние между метками принимать более 10 мм и превышающим величину , но не более величины начальной расчетной длины .

Если число интервалов , соответствующее начальной длине образца, получается дробным, его округляют до целого в большую сторону.

После испытания части образца тщательно складывают вместе, располагая их по прямой линии. От места разрыва в одну сторону откладывают /2 интервалов и ставят метку . Если величина /2 оказывается дробной, то ее округляют до целого числа в большую сторону. Участок от места разрыва до первой метки при этом считается как целый интервал.

От метки откладывают в сторону места разрыва интервалов и ставят метку (черт.2). Отрезок равен полученной по месту разрыва конечной расчетной длине .

Если место разрыва ближе к краю захвата машины чем величина /2 (черт.3), то полученную после разрыва конечную расчетную длину определяют следующим образом:

от места разрыва до крайней метки у захвата определяют число интервалов, которое обозначают /2. От точки к месту разрыва откладывают интервалов и ставят метку . Затем от метки откладывают /2 — /2 интервалов и ставят метку .

Конечную расчетную длину образца , мм, вычисляют по формуле

где и — соответственно длина участка образца между точками и и и .

Если место разрыва находится на расстоянии от захвата, меньшем чем длина двух интервалов или 0,3 — для образцов диаметром менее 10 мм, величина расчетной длины не может быть достоверно определена и проводят повторное испытание.

(Измененная редакция. Изм. N 2).

3.2а. Конечную расчетную длину образца арматурных канатов определяют с помощью тензометров, навешиваемых на канат линеек или специальных приборов, позволяющих измерять деформацию образца до разрушения. Перед установкой тензометра, линеек или других приборов к образцу прикладывают начальную нагрузку, составляющую 0,1% — 0,15% от ожидаемого разрывного усилия.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

3.2. Относительное равномерное удлинение определяется во всех случаях вне участка разрыва на начальной расчетной длине, равной 50 или 100 мм. При этом расстояние от места разрыва до ближайшей метки начальной расчетной длины для арматуры диаметром 10 мм и более не должно быть менее 3 и более 5 , a для арматуры диаметром менее 10 мм — от 30 до 50 мм.

3.2.1. Для определения величины относительного равномерного удлинения конечная расчетная длина определяется по меткам (см. черт.2 и 3).

Величину относительного равномерного удлинения , %, вычисляют по формуле

3.2.2. Конечные расчетные длины и измеряют с погрешностью не более 0,5 мм.

3.2.3. Относительное удлинение и относительное равномерное удлинение после разрыва вычисляют с округлением до 0,5%. При этом доли до 0,25% отбрасывают, а доли 0,25% и более принимают за 0,5%.

3.3. Полное относительное удлинение при максимальной нагрузке может быть определено одним из способов:

с помощью тензометров или иных специальных приборов, позволяющих измерять деформации образца вплоть до разрушения;

суммированием остаточной деформации после разрушения образца с упругими деформациями при максимальной нагрузке по формуле

3.4. Относительное сужение после разрыва определяется на круглых образцах проволоки и стержневой арматуры, а также на обточенных образцах цилиндрической формы в соответствии с требованиями ГОСТ 1497.

3.5. Временное сопротивление , Н/мм (кгс/мм ), вычисляют с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

3.6. Предел текучести , Н/мм (кгс/мм ), вычисляют с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

3.7. Условный предел упругости определяют, исходя из величины допуска на условно-мгновенную пластическую деформацию, равную от 0,02% до 0,1% расчетной длины по тензометру включительно. При этом к букве добавляют индекс, соответствующий принятому допуску . Например, при допуске, равном 0,05%, условный предел упругости обозначается и т.д.

3.7.1. Условные пределы упругости и текучести могут быть определены аналитическим и графическим способами.

Тензометр на образец устанавливают после приложения начальной нагрузки, соответствующей 0,05-0,10 ожидаемой величины временного сопротивления .

При испытании арматурных канатов предварительно проводят не менее чем двукратное нагружение — разгружение в интервале 0,1-0,35 ожидаемого разрывного усилия.

Нагрузка прикладывается равными или пропорциональными этапами так, чтобы до нагрузки, соответствующей искомому пределу, было не менее 8-10 этапов нагружения, считая от начальной нагрузки.

При достижении суммарной нагрузки, соответствующей 0,7-0,9 искомого предела, рекомендуется уменьшить величину этапа нагружения в два или четыре раза.

Выдержка при постоянной нагрузке на каждом этапе нагружения без учета времени приложения нагрузки должна быть не более 10 с.

3.7.2. Условный предел текучести определяют аналитическим способом. Вычисляют величину остаточной деформации 0,2% базы тензометра; затем определяют среднюю величину упругой деформации на одном этапе нагрузки, исходя из величины средней деформации, найденной на этапах нагружения в интервале 0,10-0,40 предполагаемого усилия, соответствующего пределу текучести, а для арматурных канатов в интервале 0,10-0,40 временного сопротивления.

Нагрузка , при которой будет обеспечено равенство , соответствует условному пределу текучести в Н/мм (кгс/мм ), который вычисляется с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

Условные пределы упругости определяются в том же порядке: вычисляют величину остаточной деформации, например для равную 0,02% базы тензометра, используя среднюю величину упругой деформации на одном этапе, определяют нагрузку , соответствующую удлинению .

Условный предел упругости , Н/мм (кгс/мм ), вычисляют с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

3.7.3. Графический способ определения условных пределов текучести и упругости: строится диаграмма растяжения «нагрузка-удлинение». По оси ординат откладывают нагрузку, а по оси абсцисс — соответствующее удлинение (черт.4).

На диаграмме проводится прямая, параллельная участку пропорциональной зависимости , на расстоянии от прямой части диаграммы вправо по оси абсцисс в направлении, равном заданной величине допуска на условно-мгновенную пластическую деформацию для условных пределов упругости или текучести. Сила, соответствующая пределу упругости или текучести, определяется точкой пересечения этой прямой с диаграммой растяжения.

При определении условного предела текучести и условного предела упругости графическим способом диаграмму растяжения строят в таком масштабе, при котором 0,1% деформации образца соответствовал участок оси ординат длиной не менее 10 мм, а нагрузке, примерно соответствующей условному пределу текучести, — участок оси абсцисс не менее 100 мм.

Допускается определение условного предела текучести по машинной диаграмме по ГОСТ 1497 с проведением периодических контрольных испытаний с помощью тензометров.

Объем, периодичность и методика проведения испытаний должны быть установлены по нормативно-технической документации на готовую продукцию.

Примеры определения условных пределов упругости и текучести приведены в приложениях 2 и 3.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

3.8. Для стержней и проволоки начальный модуль упругости равен отношению приращения напряжений в интервале от 0,1 до 0,35 к относительному удлинению образца в том же интервале нагружения.

Начальный модуль упругости определяется с погрешностью не более 1% по формуле

При этом в интервале от 0,1 до 0,35 должно быть не менее трех последовательных этапов нагружения.

3.9. За результат испытания принимаются механические свойства, полученные при испытании каждого образца. Количество образцов для испытаний указывается в нормативно-технической документации на арматурную сталь.

3.10. Результаты испытаний не учитываются в следующих случаях:

при разрыве образца по нанесенным меткам, если при этом какая-либо характеристика механических свойств по своей величине не отвечает установленным требованиям;

при разрыве образца в захватах испытательной машины;

при обнаружении ошибок в проведении испытаний или записи результатов испытаний.

Предел текучести стали

Разные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и линейных размеров. Такое изменение называют пластической деформация. Если тело после прекращения воздействия самостоятельно восстанавливает первоначальную форму и линейные размеры — такая деформация называется упругой. Упругость, вязкость, прочность и твердость являются основными механическими характеристиками твердых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под действием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении. Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая деформация.

Текучесть металла

Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе. Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена. Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.

Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.

На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы. На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.

Величина предела текучести материала

С развитием атомной физики в XX веке появилась возможность рассчитать значение параметра теоретическим путем. Эту работы первым проделал Яков Френкель в 1924 году. Исходя из прочности межатомных связей, он путем сложных для того времени вычислений определил величину напряжения, достаточного для начала пластической деформации тел простой формы. Величина предела текучести материала будет равна

τ_τ=G/2π. , где G — модуль сдвига, как раз и определяющий устойчивость связей между атомами.

Расчет величины предела текучести

Гениальное допущение, сделанное Френкелем при расчетах, заключалось в том, что процесс изменения формы материала рассматривался как приводимый в действие напряжениями сдвига. Для начала пластической деформации полагалось достаточным, чтобы одна половина тела сдвинулась относительно другой до такой степени, чтобы не смогла вернуться в начальное положение под действием сил упругости.

График физического предела текучести

Френкель предположил, что испытываемый в мысленном эксперименте материал имеет кристаллическое или поликристаллическое строение, свойственно для большей части металлов, керамики и многих полимеров. Такое строение предполагает наличие пространственной решетки, в узлах которой в строго определенном порядке расположены атомы. Конфигурация этой решетки строго индивидуальны для каждого вещества, индивидуальны и межатомные расстояния и связывающие эти атомы силы. Таким образом, чтобы вызвать пластическую деформацию сдвига, потребуется разорвать все межатомные связи, проходящие через условную плоскость, разделяющую половины тела.

При некотором значении напряжения, равному пределу текучести, связи между атомами из разных половин тела разорвутся, и рады атомов сместятся друг относительно друга на одно межатомное расстояние без возможности вернуться в исходное положение. При продолжении воздействия такой микросдвиг будет продолжаться, пока все атомы одной половины тела не потеряют контакт с атомами другой половины

В макромире это вызовет пластическую деформацию, изменит форму тела и при продолжении воздействия приведет к его разрушению. На практике линия начала разрушений проходит не посередине физического тела, а находится в местах расположения неоднородностей материала.

Физический предел текучести

В теории прочности для каждого материала существует несколько значений этой важной характеристики. Физический предел текучести соответствует значению напряжения, при котором, не смотря на деформацию, удельная нагрузка не меняется вовсе или меняется несущественно. Иными словами, это значение напряжения, при котором физическое тело деформируется, «течет», без увеличения прилагаемого к образцу усилия

Условный предел текучести

Большое число металлов и сплавов при испытаниях на разрыв демонстрируют диаграмму текучести с отсутствующей или слабо выраженной «площадкой текучести». Для таких материалов говорят о условном пределе текучести. Его трактуют как напряжение, при котором происходит деформация в переделах 0,2%.

Условный предел текучести

К таким материалам относятся легированные и высокоуглеродистые стальные сплавы, бронза, дюралюминий и многие другие. Чем более пластичным является материал, тем выше для него показатель остаточных деформаций. Примером пластичных материалов могут служить медь, латунь, чистый алюминий и большинство низкоуглеродистых стальных сплавов.

Предел текучести стали

Сталь, как самый популярный массовый конструкционный материал, находится под особо пристальным вниманием специалистов по расчету прочности конструкций и предельно допустимых нагрузок на них.

Стальные сооружения в ходе их эксплуатации подвергаются большим по величине и сложным по форме комбинированным нагрузкам на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Нагрузки могут быть динамическими, статическими и периодическими. Несмотря на сложнейшие условия использования, конструктор должен обеспечить у проектируемых им конструкций и механизмов долговечность, безотказность и высокую степень безопасности как для персонала, таки для окружающего населения.

Предел текучести стали

Поэтому к стали и предъявляются повышенные требования по механическим свойствам. С точки зрения экономической эффективности, предприятие стремится снизить сечение и другие размеры производимой им продукции, чтобы снизить материалоемкость и вес и повысить, таким образом, эксплуатационные характеристики. На практике это требование должно быть сбалансировано с требования ми по безопасности и надежности, зафиксированными в стандартах и технических условиях.

Предел текучести для стали является ключевым параметрам в этих расчетах, поскольку он характеризует способность конструкции выдерживать напряжения без необратимых деформаций и разрушения.

Влияние содержание углерода на свойства сталей

Согласно физико-химическому принципу аддитивности, изменение физических свойств материалов определяется процентным содержанием углерода. Повышение его доли до 1,2% дает возможности увеличить прочность, твердость, предел текучести и пороговую хладоемкость сплава. Дальнейшее повышение доли углерода приводит к заметному снижению таких технических показателей, как способность к свариваемости и предельная деформация при штамповочных работах. Стали с низким содержанием углерода демонстрируют наилучшую свариваемость.

Азот и кислород в сплаве

Эти неметаллы из начала таблицы Менделеева являются вредными примесями и снижают механические и физические характеристики стали, такие, например, как порог вязкости, пластичность и хрупкость. Если кислород содержится в количестве свыше 0,03%- это ведет к ускорению старения сплава, а азот увеличивает ломкость материала. С другой стороны, содержание азота повышает прочность, снижая предел текучести.

Микроструктура сплава, в составе которого присутствуют азот и кислород

Добавки марганца и кремния

Легирующая добавка в виде марганца применяется для раскисления сплава и компенсации отрицательного влияния вредных серосодержащих примесей. Ввиду своей близости по свойствам к железу существенного самостоятельного влияния на свойства сплава марганец не оказывает. Типовое содержание марганца – около 0,8%.

Кремний оказывает похожее воздействие, его добавляют в процессе раскисления в объемной доле, не превышающей 0,4%. Поскольку кремний существенно ухудшает такой технический показатель, как свариваемость стали. Для конструкционных сталей, предназначенных для соединения сваркой, его доля не должна превышать 0,25%. На свойства стальных сплавов кремний влияния не оказывает.

Примеси серы и фосфора

Сера является исключительно вредной примесью и отрицательно воздействует на многие физические свойства и технические характеристики.

Предельно допустимое содержание этого элемента в виде хрупких сульфитов– 0,06%

Сера ухудшает пластичность, предел текучести, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.

Фосфор оказывает двоякое воздействие на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания повышается предел текучести, однако с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. Обычно содержание фосфора находится в пределах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное влияние фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.

Легирующие добавки в составе сплавов

Легирующими добавками называют вещества, намеренно введенные в состав сплав для целенаправленного изменения его свойств до нужных показателей. Такие сплавы называют легированными сталями. Лучших показателей можно добиться, добавляя одновременно несколько присадок в определенных пропорциях.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Распространенными присадками являются никель, ванадий, хром, молибден и другие. С помощью легирующих присадок улучшают значение предела текучести, прочности, вязкости, коррозионной стойкости и многих других физико-механических и химических параметров и свойств.

Текучесть расплава металла

Текучестью расплава металла называют его свойство полностью заполнять литейную форму, проникая в малейшие полости и детали рельефа. От этого зависит точность отливки и качество ее поверхности.

Жидкий металл для процессоров

Свойство можно усилить, если поместить расплав под избыточное давление. Это физическое явление используется в установках литья под давлением. Такой метод позволяет существенно повысить производительность процесса литья, улучшить качество поверхности и однородность отливок.

Испытание образца для определения предела текучести

Чтобы провести стандартные испытания, используют цилиндрический образец диаметром 20 мм и высотой 10 мм, закрепляют его в испытательной установке и подвергают растягиванию. Расстояние между нанесенными на боковой поверхности образца метками называют расчетной длиной. В ходе измерений фиксируют зависимость относительного удлинения образца от величины растягивающего усилия.

Зависимость отображают в виде диаграммы условного растяжения. На первом этапе эксперимента рост силы вызывает пропорциональное увеличение длины образца. По достижении предела пропорциональности диаграмма из линейной превращается в криволинейную, теряется линейная зависимость между силой и удлинением. На этом участке диаграммы образец при снятии усилия еще может вернуться к исходным форме и габаритам.

Для большинства материалов значения предела пропорциональности и предела текучести настолько близки, что в практических применениях разницу между ними не учитывают.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Предел текучести

Согласно [1], текучесть — это макропластическая деформация с весьма малым упрочнением dτ/dγ.

Условный предел текучести

Выделяют также условный предел текучести при изгибе и условный предел текучести при кручении.

Предел текучести металла

Предел текучести стали

Предел текучести стали 20 (Ст20, 20) при T=20°С, прокат, после нормализации — не менее 245 Н/мм 2 или 25 кгс/мм 2 .
Предел текучести стали 30 (Ст30, 30) при T=20°С, прокат, после нормализации — не менее 295 Н/мм 2 или 30 кгс/мм 2 .
Предел текучести стали 45 (Ст45, 45) при T=20°С, прокат, после нормализации — не менее 355 Н/мм 2 или 36 кгс/мм 2 .

Предел текучести стали 30 (Ст30, закалка+отпуск): прокат размером до 16 мм — не менее 400 Н/мм 2 или 41 кгс/мм 2 ; прокат размером от 16 до 40 мм — не менее 355 Н/мм 2 или 36 кгс/мм 2 ; прокат размером от 40 до 100 мм — не менее295 Н/мм 2 или 30 кгс/мм 2 .
Предел текучести стали 45 (Ст45, закалка+отпуск): прокат размером до 16 мм — не менее 490 Н/мм 2 или 50 кгс/мм 2 ; прокат размером от 16 до 40 мм — не менее 430 Н/мм 2 или 44 кгс/мм 2 ; прокат размером от 40 до 100 мм — не менее 375 Н/мм 2 или 38 кгс/мм 2 .

*Механические свойства стали 30 распространяются на прокат размером до 63 мм.

Текучесть расплава

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация: Учебник для вузов. — М.:*МИСИС*, 1997. — 527 с.
Жуковец И.И. Механические испытания металлов: Учеб. для сред. ПТУ. — 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 1986. — 199 с.: ил. — (Профтехобразование). — ББК 34.2/ Ж 86/ УДЖ 620.1
Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. ISBN 5-217-00241-1
Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. — М.: Металлургия, 1980. 296 с.
Белянкин Ф.П. Энергетический предел текучести металлов. // Сборник Института строительной механики АН УССР. №9, 1948.152

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>>

Арматурная сталь

Основными показателями свойств арматурной стали являются:

Предел текучести (физический) σ_у, МПа.
Для сталей, не имеющих физического предела текучести, определяется предел текучести (условный) σ_0,2, МПа — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от длины участка образца. Определяют его тогда, когда при растяжении образца не обнаруживается ярко выраженного предела текучести (твердые стали).
Временное сопротивление (предел прочности) σ_и, МПа.
Относительное удлинение после разрыва ε — процентное отношение длины образца после разрыва к его первоначальной длине.

Проводя испытание образца, нагрузку на него увеличивают постепенно, ступенями. Начальную ступень нагружения следует принимать 5-10% от ожидаемой максимальной нагрузки. Каждая ступень должна составлять не более 20% от нормативной нагрузки. В конце каждой ступени увеличение нагрузки на образец приостанавливают. Под действием этой нагрузки образец находится не менее 10 мин. Доведя нагрузку до нормативного значения, образец выдерживается 30 мин. Эти выдержки необходимы для выяснения закономерности приращения перемещений и деформаций.

После достижения нагрузкой полуторной величины нормативного значения, дальнейшее увеличение ведут ступенями вдвое меньшими, давая после каждой ступени выдержку не менее 15 мин. Такой порядок дает возможность более точно установить величину предельной (разрушающей) нагрузки.

Деформации рекомендуется замерять приборами до достижения нагрузкой величины не более чем 1,25 от нормативной величины. После этого приборы снимаются. Это делается с целью избежания порчи приборов.

Начальная расчетная длина цилиндрических образцов из необработанной арматурной стали назначается равной десяти начальным (до испытания) диаметрам арматурного стержня.

Измерение начальной и конечной (длина расчетной части после разрыва образца) расчетных длин, а также диаметра необработанного образца производится с точностью 0,1 мм. До появления деформации образца перемещение подвижного захвата происходит без нарастания или с небольшим увеличением нагрузки, которая необходима для устранения зазора как в механизме машины, так и между образцами и захватами. Поэтому на диаграмме в самом начале испытания появляется сначала горизонтальный, а затем криволинейный участок. При начальной нагрузке, составляющей 10% от разрывного усилия, на образец наносят две риски. Расстояние между рисками является начальной расчетной длиной образца.

В продолжение всего испытания ведется наблюдение за поведением образца по диаграмме, вычерчиваемой записывающим прибором разрывной машины.

По оси ординат диаграммы откладываются напряжения σ, а по оси абсцисс относительные деформации образца ε, представляющие отношение удлинения образца к его первоначальной длине (рис. ниже). Криволинейный участок в начале диаграммы рассматривать не следует, поэтому продолжаем прямолинейный отрезок диаграммы до оси абсцисс и получаем точку О — начало диаграммы.

На диаграмме (рис. ниже) можно выделить три участка работы стали: 1 — участок упругой работы; 2 — участок пластической работы; 3 — участок упруго-пластической работы. В большинстве простейших расчетов считается, что сталь работает в пределах первого участка упруго, т. е. напряжения в элементах ограничиваются пределом текучести — σ_у. Соответственно, нормативные и расчетные сопротивления, необходимые для расчета конструкций, принимаются по пределу текучести.

Диаграмма растяжения мягкой стали

Прямолинейный участок 1 диаграммы (деформации растут пропорционально напряжениям о) переходит в кривую (небольшой отрезок между участками 1 и 2), т. е. деформации растут быстрее увеличения нагрузки, а от начальной точки («критической точки») участка 2 деформации увеличиваются без увеличения нагрузки (материал «течет»).

При напряжениях, близких к временному сопротивлению σ_и, продольные и поперечные деформации концентрируются в наиболее слабом месте, и в образце образуется шейка. Площадь поперечного сечения в шейке интенсивно уменьшается, что приводит к увеличению напряжений в месте сужения. В связи с этим, несмотря на то что нагрузка на образец снижается, в месте образования шейки нарушаются силы межатомного сцепления и происходит разрыв.

Напряжения (рис. выше) получают путем деления нагрузки на первоначальную площадь сечения. Истинная диаграмма растяжения (при напряжениях с учетом уменьшения площади сечения) не имеет нисходящей части.

При проведении опытов на растяжение площадь поперечного сечения стержней периодического профиля с необработанной поверхностью можно определить по формуле

где G — вес образца стержня периодического профиля, Н; L —длина образца, см.

Площадка текучести свойственна сталям с содержанием углерода 0,1-0,3%. При меньшем значении углерода перлитовых включений мало, отчего отсутствует сдерживающее влияние на развитие сдвигов в зернах феррита.

В высокопрочных сталях при большом числе включений развитие сдвигов полностью блокируется и явно выраженная площадка текучести отсутствует, т. е. материал не имеет физического предела текучести, необходимо определить величину условного предела текучести как напряжения, соответствующего остаточному удлинению Δε_0,2 = 0,2% ε, где ε — удлинение образца.

Условный предел текучести для такой стержневой арматуры σ_0,2 устанавливается по остаточному удлинению, равному 0,2%, и должен составлять не менее 80% браковочного значения предела прочности для каждого вида арматуры (рис. ниже). Откладывая величину Δε_0,2 в соответствующем масштабе на оси абсцисс диаграммы растяжения, проводим наклонную линию ВС параллельно ОА до пересечения с кривой растяжения. Точка В определяет нагрузку σ_0,2, соответствующую условному пределу текучести.

Диаграмма растяжения стали, не имеющей площадки текучести

За площадкой текучести кривая (рис. выше) опять идет вверх, нагрузка снова начинает расти и в самой верхней точке достигает своего наибольшего значения (σ_макс — разрушающая нагрузка), после чего вновь уменьшается до момента разрыва образца.

Относительное удлинение вычисляется по формуле

где L_k — длина образца после разрыва (конечная длина), мм; L — расчетная начальная длина образца, мм.

Чтобы измерить длину образца после разрыва, обе его части складываются по длине и штангенциркулем измеряют расстояние между рисками, соответствующими принятой расчетной длине.

Помимо основных характеристик σ_y, σ_u, ε, определяемых по результатам испытаний на растяжение, важными показателями арматурных сталей являются отношения предела текучести к временному сопротивлению и предела пропорциональности к пределу текучести.

Отношение σ_y/σ_u характеризует резерв прочности стали. В арматурных сталях обычной и повышенной прочности это отношение близко к 0,6, что свидетельствует о достаточно большом резерве работы материала и позволяет использовать в широких пределах пластические свойства стали. Для высокопрочных арматурных сталей предел текучести близок к временному сопротивлению σ_0,2/σ_u=О,8-0,9, что ограничивает использование работы материала в упругопластической стадии.

Модуль упругости арматурной стали E_s. Так как арматурная сталь работает в упругопластических условиях, расчетные значения модуля деформации (упругости) ее принимают равными их нормативным значениям или в,зависимости от класса арматурной стали по таблице ниже.

Модули упругости арматурной стали, МПа

А240, А300, А400, А500, А600, А800, А1000, В500, Bp 1200, Вр1300, Вр1400, Bp1500

Условный предел текучести стали

Предел текучести

Условный предел текучести

Предел текучести металла

Предел текучести стали

Текучесть расплава

Условный предел текучести стали

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

2. АППАРАТУРА

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Предел текучести стали

Текучесть металла

Величина предела текучести материала

Расчет величины предела текучести

Физический предел текучести

Условный предел текучести

Предел текучести стали

Влияние содержание углерода на свойства сталей

Азот и кислород в сплаве

Добавки марганца и кремния

Примеси серы и фосфора

Легирующие добавки в составе сплавов

Текучесть расплава металла

Испытание образца для определения предела текучести

Предел текучести

Условный предел текучести

Предел текучести металла

Предел текучести стали

Текучесть расплава

Арматурная сталь

Диаграмма растяжения мягкой стали

Диаграмма растяжения стали, не имеющей площадки текучести

Модули упругости арматурной стали, МПа

Читайте также: