Требуемые свойства металлов и методы их оценки

Требуемые свойства металлов и методы их оценки


Для строительных металлических конструкций используется в основном малоуглеродистая сталь и алюминиевые сплавы. В опорных частях тяжелых конструкций при действии больших сжимающих усилий применяются отливки из литой углеродистой стали и серого чугуна. Для висячих и предварительно напряженных конструкций используются также тросы и пучки из высокопрочной проволоки и стержни из арматурной стали. Сталь обладает почти идеальным комплексом свойств для использования в строительных конструкциях: сочетание прочности и пластичности, хорошая свариваемость, однородность механических свойств. Основные недостатки стали: относительно низкая коррозионная стойкость и необходимость специальной зашиты стальных конструкций от коррозии, снижение пластических свойсгв при низких температурах, малая огнестойкость. К достоинствам алюминиевых сплавов относятся малая плотность (почти в 3 раза меньше, чем у стали) при относительно высокой прочности, повышенная стойкость против коррозии и сохранение высоких упругоиластических свойств при низких темпе ратурах. Однако низкий модуль упругости приводит к повышенной деформативности алюминиевых конструкций и ухудшает их устойчивость, а паление прочностных свойств алюминиевых сплавов при температуре 300 "С снижает огнестойкость. Чугун хорошо работает на сжатие и обладает высокой коррозионной стойкостью, однако малая прочность при растяжении, хрупкость материала и плохая свариваемость привели к тому, что в настоящее время чугун практически не применяется для строительных конструкций. Чугунные конструкции можно встретить в зданиях и сооружениях, построенных в XIX и XX вв. В настоящее время из чугуна делаются тюбинги метро. Применяется он иногда в литых деталях опор тяжелых конструкций. Надежность и долговечность металлических конструкций во многом зависят от свойств материала. Наиболее важными для работы конструкций являются механические свойства: прочность, упругость, пластичность, склонность к хрупкому разрушению, ползучесть, твердость, а также свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старению и технологичность. Прочность характеризует сопротивляемость материала внешним силовым воздействиям без разрушения. Упругость — свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Пластичность — свойство материала сохранять деформированное состояние после снятия нагрузки, т.е. получать остаточные деформации без разрушения. Хрупкость — способность разрушаться при малых деформациях. Ползучесть — свойство материала непрерывно ^сформироваться do времени без увеличения нагрузки. Твердость — свойство поверхностного слоя металла сопротишипъся упругой н пластической деформациям или разрушению при внедрении в него индентора из более твердого материала. Прочность металла при статическом нагружении. а также его упругие и пластические свойства определяются испытанием стандартных образцов (прямоугольного или круглого сечения) на растяжение с записью диаграммы зависимости между напряжением с И относительным удлинением е, где — нагрузка; А — первоначальная лошадь поперечного сечения образца: первоначальная длила рабочей части образца; Д/ удлинение рабочей части образца. Диаграммы растяжения различных металлов показаны на рис. 1.1, о. Основными прочностными характеристиками металла являются временное споро-(иалснис и предел текучести современное сопротивление а„ — это наибольшее условное напряжение в процессе разрушения образна (предельная разрушающая нагрузка, отнесенная к первоначальной площади поперечного сечения). Предел текучести - напряжение, при котором деформации образна растут без изменения нагрузки и образуется площадка текучести — металл -/течет- Для металлов, не имеющих площадки текучести, определяется условный предел текучести о,)2.- т.е. закое напряжение. при кагором остаточное оросительные удлинение достигает 0,2%. Рис. 1.1. Определена механических характеристик металла: а — эпиграммы растяжения металлов; 6 — образец для испытания на растяжение; а — определение предела пропорционально и предела упругости: / — непримиримый сплав АМГ6; 2 — ии эко углеродист зя сталь; J — чугун; 4 — высокопрочная сталь 12ГН2МФАЮ