Площадка 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), σТ=PТ/F. Здесь PТ – 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 σ0,2.

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 σТ 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).

Читать еще:  Как завязать трос буксировочный стальной

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.:

  1. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация: Учебник для вузов. – М.:*МИСИС*, 1997. – 527 с.
  2. 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
  3. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. ISBN 5-217-00241-1
  4. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. – М.: Металлургия, 1980. 296 с.
  5. 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 >>>

21. Чем характеризуются пластические свойства арматурных сталей? что такое физический пре­дел текучести стали, условный предел текучести?

Пластические свойства арматурной стали характеризуются относительным удлинением при ее испытании на длительные деформации удлинения

Пределом текучести (физическим) Sт называется напряжение, при котором в материале начинают интенсивно накапливаться остаточные (пластические) деформации, причем этот процесс идет при практически постоянном напряжении.

При отсутствии площадки текучести (см. рисунок) определяют условный предел текучести.

Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения—деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм «-» подразделяются на:

1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали);

2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали);

3) стали с линейной зависимостью «-» почти до разрыва (высокопрочная проволока).

Основные прочностные характеристики:

для сталей вида 1 — физический предел текучести у;

для сталей видов 2 и 3— условный предел текучести 0,2, принимаемый равным напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел упругости0,02, при котором остаточные деформации 0,02 %.

Помимо этого характеристиками диаграмм являются предел прочности su(временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали.(СМ РИС)

Малые предельные удлинения могут послужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные условия для работы железобетонных конструкций. В зависимости от типа конструкций и условий эксплуатации наряду с основной характеристикой — диаграммой «-» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, реологические свойства, динамическое упрочнение и т. п.Под свариваемостью понимают способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин. Реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах. Гораздо опаснее релаксация – падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций).

22. В чем различие работы железобетонных конструкций, армированных мягкими сталями и вы­сокопрочной арматурой. Причины появления предварительно напряженных конструкций.

“Мягкая” арматура (классы А-I, A-II, A-III) на диаграмме растяжения (1) имеет три главных участка: упругие деформации (здесь действует закон Гука), площадку текучести при напряжениях pl (предел текучести) и упруго-пластические деформации (криволинейный участок). При проектировании конструкций используют первый и второй участки. Текучесть стали в той или иной степени учитывают в расчетах нормальных сечений на изгиб (при слабом армировании, при многорядном расположении арматуры и т.д.), в расчетах статически неопределимых конструкций по методу предельного равновесия и в других случаях. Третий участок в расчетах не участвует – деформации там столь велики, что в реальных условиях они соответствуют уже разрушению конструкций.

Читать еще:  Как правильно закалить сталь в домашних условиях

“Твердая”, или высокопрочная арматура (классы А-IV, Ат-IV и вы-ше, B-II, Bp-II, K-7, K-19) не имеет физического предела текучести (2,3), она деформируется упруго до предела пропорциональности, а далее диаграмма постепенно искривляется.

У “твердых” сталей прочность выше, чем у “мягких”, но зато меньше удлинения при разрыве , т.е. у них хуже пластические свойства, они более хрупкие. “Мягкая” и “твердая” сталь – понятия, разумеется, условные и в официальных документах отсутствуют, но они очень удобны в обиходе, потому их широко используют в научно-технической литературе.

При предварительном напряжении растянутой под нагрузкой арматуры возникает предварительно напряженное состояние. Растягивающие напряжения в сжатой от внешней нагрузки зоне достаточно велики. В нижней зоне возникают сжимающие напряжения большой величины, поэтому эпюра носит нелинейный характер.

В процессе приложения нагрузки, сжимающие напряжения гасятся растягивающими, от внешней нагрузки.

После того, как растягивающие напряжения от внешней нагрузки превысят сжимающие от предварительного напряжения элемент работает по 2-й стадии, как обычный, но с большей несущей способностью. Третья стадия аналогична обычному железобетонному элементу.(СМ РИС)

Причины использования преднапряженных конструкций:

В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве.

Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций.

Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.

Структура стали и явление текучести

Малоуглеродистая сталь представляет собой однородное кристаллическое тело, состоящее из мелких кристаллов феррита, образующих зерна (Fe — чистое железо), и перлита (смесь цементита Fe3C с ферритом), расположенного главным образом по стыкам ферритных зерен и образующего как бы «сетку» или вкрапления между зернами.

Структура стали Ст. 3 (микрошлиф Х 80)

Перлит значительно тверже феррита и более хрупок. В процессе упругой деформации под действием приложенных извне нагрузок изменяются силы взаимодействия между атомами кристаллов, в результате чего форма кристаллов искажается; после снятия нагрузки форма восстанавливается.

При пластических деформациях малоуглеродистых сталей на растянутых образцах заметно появление характерных линий, называемых линиями текучести (линиями Чернова-Людерса), направленных под углом 45° к линии действия растягивающих сил. Эти линии, заметные на глаз, представляют собой след пластических смещений слоев металла; направление их в основном совпадает с направлением наибольших касательных напряжений.

Линии текучести в растянутой полосе с отверстиями

Пластические смещения представляются как следствие массового накопления пластической деформации кристаллов феррита.

Читать еще:  Науглероживание стали графитом

Существует гипотеза, предполагающая что у малоуглеродистых сталей располагающийся у границ зерен сравнительно тонкой прослойкой перлит, будучи значительно тверже феррита, вначале сдерживает его пластическую деформацию, однако в местах наибольшего напора сдвигающихся и поворачивающихся кристаллов феррита при нагрузках, превышающих предел упругости, возможно местное разрушение хрупкого перлита; тогда накопленная им энергия воспринимается пластичным ферритом, в результате чего происходит увеличенное смещение последнего.

При массовом сдвиге зерен образуются заметные пластические смещения; этим объясняется возникновение «зуба» и наличие площадки текучести на диаграмме растяжения.

Вследствие наличия большого количества различно ориентированных кристаллов, несмотря на неоднородность микроструктуры стали, можно рассматривать сталь как тело однородное.

При нагружении образца выше предела текучести, когда прорабатывается вся площадка текучести (т. е, преодолевается сдерживающее влияние всей перлитной прослойки), материал приобретает способность к дальнейшему сопротивлению, и диаграмма растяжения становится криволинейной, отражая равномерное развитие пластических деформаций во всей массе металла вплоть до момента разрушения. В изломе можно наблюдать мелкозернистую кристаллическую структуру.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

При опытном изучении образцов на растяжение устанавливается значение предела текучести σт. При этом в образцах развиваются нормальные линейные напряжения, т. е. имеет место одноосное напряженное состояние. В случае сложного напряженного состояния (например, плоского напряженного состояния, когда образец растягивается в двух направлениях, или при совместном действии нормальных и касательных напряжений при изгибе) переход в пластическое состояние,…

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;…

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector