Предел упругости стали
Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали
На рис. 3.2 изображена диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали (ст.3), записанная с помощью специального устройства на испытательной машине.
В начальной стадии нагружения до некоторой точки А диаграмма растяжения представляет собой наклонную прямую, что указывает на пропорциональность между нагрузкой и деформацией – справедливость закона Гука. Нагрузка, при которой эта пропорциональность еще не нарушается, на диаграмме обозначена через Pпц и используется для вычисления предела пропорциональности:
, (3.1)
где F – площадь поперечного сечения образца до испытания.
Пределом пропорциональности называется наибольшее напряжение, до которого существует прямо пропорциональная зависимость между нагрузкой, и деформацией. Для ст.3 предел пропорциональности приблизительно равен
МПа.
Зона ОА называется зоной упругости. Здесь возникают только упругие, очень незначительные деформации. Данные, характеризующие эту зону, позволяют определить значение модуля упругости Е.
После достижения предела пропорциональности деформация начинает расти быстрее, чем нагрузка, я диаграмма становится криволинейной. На этом участке в непосредственной близости от точки А находится точка В, соответствующая пределу упругости.
Пределом упругости называется максимальное напряжение, при котором в материале не обнаруживается признаков пластической (остаточной) деформации.
Предел упругости существует независимо от закона прямой пропорциональности. Он характеризует начало перехода от упругой деформации к пластической.
У большинства металлов значения предела пропорциональности и предела упругости незначительно отличаются друг, от друга. Поэтому обычно считают, что они практически совпадают. Для стали ст.3 МПа.
При дальнейшем нагружении криволинейная часть диаграммы переходит в почти горизонтальный участок CD – площадку текучести. Здесь деформации растут практически без увеличения нагрузки. Нагрузка Рт, соответствующая точке D, используется при определении физического предела текучести:
(3.2)
Физическим пределом текучести называется наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.
Предел текучести является одной из основных механических характеристик прочности металлов. Для стали ст.3 МПа.
Зона BD называется зоной общей текучести. В этой зоне значительно развиваются пластические деформации. При этом у образца повышается температура, изменяются электропроводность и магнитные свойства.
Диаграмма после зоны текучести снова становится криволинейной. Образец приобретает способность воспринимать возрастающее усилие до значения Рmax – точка E на диаграмме. Усилие Рmax используется для вычисления временного сопротивления:
. (3.3)
Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением.
Для стали марки ст.3 временное сопротивление МПа.
Зона DE называется зоной упрочнения. Здесь удлинение образца происходит равномерно по всей его длине, первоначальная цилиндрическая форма образца сохраняется, а поперечные сечения изменяются незначительно и также равномерно.
При максимальном усилии или несколько меньшем его на образце в наиболее слабом месте возникает локальное уменьшение поперечного сечения – шейка (а иногда и две). Дальнейшая деформация происходит в этой зове образца. Сечение в середине шейки продолжает быстро уменьшаться, но напряжения в этом сечении все время растут, хотя растягивающее усилие и убывает. Вне области шейки напряжения уменьшаются, и поэтому удлинение остальной, части образца не происходит. Наконец, в точке К образец разрушается. Сила, соответствующая точке К, называется разрушающей Рк, а напряжения – истинным сопротивлением разрыву (истинным пределом прочности), которые равны:
, (3.4)
где Fк – площадь поперечного сечения в месте разрыва.
Зона ЕК называется зоной местной текучести, Истинные напряжения в момент разрыва (в шейке) в образце из стали ст.3 достигают 900. 1000 МПа.
Интересен механизм разрушения образца из низкоуглеродистой стали. Образец разрушается, как правило, с образованием «чашечки» на одной его части и «конуса» – на другой. Этот излом называют чашечным или изломом «чашечка – конус».
Помимо указанных характеристик прочности, после разрушения образца определяют характеристики пластичности.
Относительное удлинение после разрыва (%) – это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальному значению, вычисляемое по формуле:
. (3.5)
Заметим, что относительное удлинение после разрыва зависит от отношения расчетной длины образца к его диаметру. С увеличением этого отношения значение уменьшается, так как зона шейки (зона местной пластической деформации) у длинных образцов занимает относительно меньше места, чем в коротких образцах. Кроме того, относительное удлинение зависит и от места расположения шейки (разрыва) на расчетной длине образца. При возникновении шейки в средней части образца местные деформации в области шейки могут свободно развиваться и относительное удлинение будет больше, чем в случае, когда шейка возникает ближе к головке образца, тогда местные деформации будут стеснены.
Другой характеристикой пластичности является относительное сужение после разрыва (%), представляющее собой отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения образца:
. (3.6)
Для стали марки ст.3 характеристики пластичности следующие: (при испытании коротких образцов);
.
Дата добавления: 2016-09-26 ; просмотров: 6139 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Арматурная сталь
Основными показателями свойств арматурной стали являются:
- Предел текучести (физический) σу, МПа.
- Для сталей, не имеющих физического предела текучести, определяется предел текучести (условный) σ0,2, 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) σи, 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 — σу. 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 σи, 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 Δε0,2 = 0,2% ε, где ε — удлинение образца.
Условный предел текучести для такой стержневой арматуры σ0,2 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 Δε0,2 в соответствующем масштабе на оси абсцисс диаграммы растяжения, проводим наклонную линию ВС параллельно ОА до пересечения с кривой растяжения. Точка В определяет нагрузку σ0,2, 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 (σмакс — разрушающая нагрузка), после чего вновь уменьшается до момента разрыва образца.
Относительное удлинение вычисляется по формуле
где Lk — 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 σy, σu, 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 σy/σu 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 σ0,2/σu=О,8-0,9, что ограничивает использование работы материала в упругопластической стадии.
Модуль упругости арматурной стали Es. 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
Таблица предела текучести сталей
Для быстрого поиска марки стали и её предела текучести нажмите Ctrl+F.
Важно! Предел текучести той или иной марки стали может изменяться от типа термообработки и температуры. Если необходима точная информация о пределе текучести стали, то её можно узнать в сопроводительной документации к конкретному составу, марке или сплаву.
Марка | Предел текучести, МПа |
Сталь Ст0 | 190 |
Сталь Ст1 | 190 |
Сталь Ст2 | 220 |
Сталь СтЗ | 240 |
Сталь Ст4 | 260 |
Сталь Ст5 | 280 |
Сталь Ст6 | 310 |
‘);> //–>
‘);> //–>
Сталь 08 | 200 |
Сталь 10 | 210 |
Сталь 15 | 230 |
Сталь 20 | 250 |
Сталь 25 | 280 |
Сталь 30 | 300 |
Сталь 35 | 320 |
Сталь 40 | 340 |
Сталь 45 | 360 |
Сталь 50 | 380 |
Сталь 20Г | 280 |
Сталь З0Г | 320 |
Сталь 40Г | 360 |
Сталь 50Г | 400 |
Сталь 65Г | 440 |
Сталь 10Г2 | 250 |
Сталь 09Г2С | 350 |
Сталь 10ХСНД | 400 |
Сталь 20Х | 300 |
Сталь 30Х | 320 |
Сталь 40Х | 330 |
Сталь 45Х | 350 |
Сталь 50Х | 350 |
Сталь 35Г2 | 370 |
Сталь 40Г2 | 390 |
Сталь 45Г2 | 410 |
Сталь 33ХС | 300 |
Сталь 38ХС | 750 |
Сталь 18ХГТ | 430 |
Сталь 30ХГТ | 1050 |
Сталь 20ХГНР | 1200 |
Сталь 40ХФА | 750 |
Сталь 30ХМ | 750 |
Сталь 35ХМ | 850 |
Сталь 40ХН | 400 |
Сталь 12ХН2 | 600 |
Сталь 12ХНЗА | 700 |
Сталь 20Х2Н4А | 450 |
Сталь 20ХГСА | 650 |
Сталь 30ХГС | 360 |
Сталь 30ХГСА | 850 |
Сталь 38Х210 | 700 |
Сталь 50ХФА | 1100 |
Сталь 60С2 | 1200 |
Сталь 60С2А | 1400 |
Сталь ШХ15 | 380 |
Сталь 20Л | 215 |
Сталь 25Л | 235 |
Сталь 30Л | 255 |
Сталь 35Л | 275 |
Сталь 45Л | 315 |
Сталь 50Л | 335 |
Сталь 20ГЯ | 275 |
Сталь 35ГЛ | 295 |
Сталь 30ГСЛ | 345 |
Сталь 40ХЛ | 490 |
Сталь 35ХГСЛ | 345 |
Сталь 35ХМЛ | 390 |
Сталь 12Х13 | 350 |
Сталь 12Х14Н14В2М | 260 |
Сталь Х23Н13 | 295 |
Сталь Х23Н18 | 200 |
Сталь 12Х18Н10Т | 200 |
Сталь 08Х18Н10Т | 210 |
На этой странице представлена подробная таблица пределов текучести различных марок сталей. Таблица периодически пополняется новыми данными.
Таблица предела текучести сталей
Для быстрого поиска марки стали и её предела текучести нажмите Ctrl+F.
Важно! Предел текучести той или иной марки стали может изменяться от типа термообработки и температуры. Если необходима точная информация о пределе текучести стали, то её можно узнать в сопроводительной документации к конкретному составу, марке или сплаву.
Марка | Предел текучести, МПа |
Сталь Ст0 | 190 |
Сталь Ст1 | 190 |
Сталь Ст2 | 220 |
Сталь СтЗ | 240 |
Сталь Ст4 | 260 |
Сталь Ст5 | 280 |
Сталь Ст6 | 310 |
‘);> //–>
‘);> //–>
Сталь 08 | 200 |
Сталь 10 | 210 |
Сталь 15 | 230 |
Сталь 20 | 250 |
Сталь 25 | 280 |
Сталь 30 | 300 |
Сталь 35 | 320 |
Сталь 40 | 340 |
Сталь 45 | 360 |
Сталь 50 | 380 |
Сталь 20Г | 280 |
Сталь З0Г | 320 |
Сталь 40Г | 360 |
Сталь 50Г | 400 |
Сталь 65Г | 440 |
Сталь 10Г2 | 250 |
Сталь 09Г2С | 350 |
Сталь 10ХСНД | 400 |
Сталь 20Х | 300 |
Сталь 30Х | 320 |
Сталь 40Х | 330 |
Сталь 45Х | 350 |
Сталь 50Х | 350 |
Сталь 35Г2 | 370 |
Сталь 40Г2 | 390 |
Сталь 45Г2 | 410 |
Сталь 33ХС | 300 |
Сталь 38ХС | 750 |
Сталь 18ХГТ | 430 |
Сталь 30ХГТ | 1050 |
Сталь 20ХГНР | 1200 |
Сталь 40ХФА | 750 |
Сталь 30ХМ | 750 |
Сталь 35ХМ | 850 |
Сталь 40ХН | 400 |
Сталь 12ХН2 | 600 |
Сталь 12ХНЗА | 700 |
Сталь 20Х2Н4А | 450 |
Сталь 20ХГСА | 650 |
Сталь 30ХГС | 360 |
Сталь 30ХГСА | 850 |
Сталь 38Х210 | 700 |
Сталь 50ХФА | 1100 |
Сталь 60С2 | 1200 |
Сталь 60С2А | 1400 |
Сталь ШХ15 | 380 |
Сталь 20Л | 215 |
Сталь 25Л | 235 |
Сталь 30Л | 255 |
Сталь 35Л | 275 |
Сталь 45Л | 315 |
Сталь 50Л | 335 |
Сталь 20ГЯ | 275 |
Сталь 35ГЛ | 295 |
Сталь 30ГСЛ | 345 |
Сталь 40ХЛ | 490 |
Сталь 35ХГСЛ | 345 |
Сталь 35ХМЛ | 390 |
Сталь 12Х13 | 350 |
Сталь 12Х14Н14В2М | 260 |
Сталь Х23Н13 | 295 |
Сталь Х23Н18 | 200 |
Сталь 12Х18Н10Т | 200 |
Сталь 08Х18Н10Т | 210 |
На этой странице представлена подробная таблица пределов текучести различных марок сталей. Таблица периодически пополняется новыми данными.