|
Количество углерода в стали резко
влияет на ее свойства. С увеличением содержания углерода прочность и твердость
стали также увеличивается, но она при этом, как правило, становится более
хрупкой и хуже сваривается.
В зависимости от содержания углерода сталь подразделяют на
три группы: 1) низкоуглеродистая — менее 0,25%; 2) среднеуглеродистая — от
0,25 до 0,6%; 3) высокоуглеродистая— от 0,6 до 2%.
В целях улучшения некоторых свойств стали в сплав
дополнительно вводят так называемые легирующие добавки (например, хром,
марганец, никель, вольфрам, молибден, ванадий), иногда до 5—6 металлов. Так
получают различные легированные стали, которые обладают в одних случаях
повышенной прочностью, в других — повышенной твердостью, коррозионной
стойкостью и пр. Легирование стали достигается также увеличением содержания в
сплаве кремния и марганца. По суммарному количеству содержания легирующих
добавок стали делят на три группы: 1) низколегированная — до 5%; 2)
среднелегированная — от 5 до 10%; 3) высоколегированная— свыше 10%.
Для изготовления арматуры железобетонных конструкций в
настоящее время применяют как средние и высокоуглеродистые, так и
низкоуглеродистые стали.
Содержание различных элементов в стали (ее химический
состав) отражается в наименовании ее марки. В стандартах в написании марок
сталей приняты следующие обозначения металлов, добавляемых в стали: X — хром;
Г — марганец; С — кремний; Т — титан; Ц — цирконий; М — молибден. Первые
цифры марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Цифры после буквенных обозначений указывают содержание элемента,
соответствующего этому обозначению, в процентах. Отсутствие цифры указывает,
что содержание элемента не превышает 1%. Например, марка арматурной стали
35ГС обозначает, что среднее содержание в ней углерода составляет 0,35%, а
марганца и кремния — не более чем по 1 %.
К сталям, используемым в качестве арматуры железобетонных
конструкций, предъявляются следующие основные требования: прочность,
пластичн^ть и свариваемость.
Прочностью называют способность материала (в данном случае
стали) сопротивляться разрушению под действием различных внешних сил (нагрузок).
Силы
могут действовать на материал по-разному: растягивать его,
сжимать, прогибать, скручивать, срезать. В соответствии с действующими силами
различают прочность на растягивание, сжатие, прогиб, кручение и срез.
Для арматурной стали наиболее типична работа под действием
растягивающих нагрузок, поэтому наиболее важно знать прочность на растяжение.
Прочность арматурных сталей на растяжение характеризуется временным
сопротивлением разрыву и пределом текучести.
Пластичностью называется свойство материала изменять форму
и сечение под действием внешней нагрузки и сохранять их в измененном
состоянии после снятия этой нагрузки. Пластические свойства "арматурной
стали характеризуются относительными удлинениями после разрыва, а также
величиной угла загиба или числом перегибов стали в холодном состоянии.
Под свариваемостью понимают свойства какого-либо металла
давать доброкачественные соединения с другими или с тем же металлом при
сварке определенным методом. Свариваемость стали зависит от ее качественного
состава, способа выплавки, диаметра стержней, конструкции сварных соединений
и технологии их выполнения.
Временное сопротивление разрыву, предел текучести,
относительное удлинение арматурной стали, а также величина угла ее загиба и
число перегибов в холодном состоянии определяют механические свойства стали и
называются механическими характеристиками или показателями прочности и
пластичности стали.
Для выяснения величин временного сопротивления, предела
текучести и относительного удлинения стали ее подвергают испытанию на
растяжение до разрыва на специальных разрывных машинах. Под действием плавно
возрастающей нагрузки, создаваемой машиной, закрепленный в ее захватах
образец арматуры (стержень) удлиняется в продольном направлении или, как
говорят, деформируется. Для уяснения физического смысла некоторых понятий по
механическим свойствам стали обратимся к примеру.
На растяжение испытан образец малоуглеродистой арматурной
стали марки Ст.З с площадью поперечного счения, равной 1 см2. До испытания
длина стержня Iq равнялась 100 мм.
Характер деформаций стержня в зависимости от ве
личины растягивающего усилия показан графически на
44, носящем название диаграммы растяжения. На диаграмме по оси ординат
(вертикальной оси) в некотором произвольном масштабе отложены значения растягивающей
нагрузки, а на оси абсцисс (горизонтальной оси) —соответствующие им значения
удлинений.
Диаграмма на участке OA имеет вид прямой линии.
Следовательно, до точки А удлинения (деформации) изменяются в прямой
пропорциональной зависимости от нагрузок, т. е. при нагрузке 2000 кгс
испытываемый образец удлиняется в два раза больше, чем при нагрузке 1000 кгс,
и в четыре раза больше, чем при нагрузке 500 кгс. Если довести нагрузку
примерно до 2000 кгс, а затем постепенно уменьшать ее до нуля, то стержень
начнет укорачиваться и достигнет своей первоначальной длины. В этом
проявляются упругие свойства стали — стержень деформируется упруго. Зона
упругих деформаций заканчивается на диаграмме точкой А. Усилие,
соответствующее точке А (для данной стали примерно равно 2250 кгс),
приходящееся на единицу площади сечения образца, называется пределом
упругости. Так как в рассматриваемом случае площадь поперечного сечения
Стержня равняется 1 см2, то предел упругости у взятой нами стали будет равен
2250 кгс/см2. Отношение величины усилия, действующего на образец, к величине
площади его поперечного сечения называют напряжением и обозначают греческой
буквой а (сигма). Другими словами, можно сказать, что пределом упругости
называется такое предельное напряжение стали, до которого она Деформируется
упруго.
При дальнейшем увеличении нагрузки примерно от 2250 до
2460 кгс диаграмма переходит в кривую А Б, а затем в горизонтальный участок
БВ. На этом участке удлинение стержня возрастает без увеличения нагрузки за
счет пластических (не исчезающих после снятия нагрузки) деформаций. Сталь,
как принято в таких случаях говорить, течет или деформируется пластически.
Горизонтальный участок диаграммы называется площадкой текучести, а
напряжение, при котором сталь течет, — пределом текучести (примерно равным
2460 кгс!см2).
После достижения предела текучести увеличение нагрузки
вызывает еще большие пластические деформации стержня до так называемого
сопротивления (точка Г) — самого большого напряжения <хв, которое способен
выдержать стержень, примерно 4000 кгс/см2. При таком напряжении выбранный
нами стержень в определенном месте резко утончается, т. е. на нем образуется
шейка. Чем выше напряжение, при котором образуется на стержне шейка, тем
прочнее сталь. В дальнейшем без увеличения нагрузки шейка сужается и
происходит разрыв стержня (точка D). К моменту разрыва образца его полное
удлинение АI достигло 25 мм. Если удлинение образца отнести к его
первоначальной длине I и выразить это отношение в процентах, то получим
относительное удлинение, которое обозначают греческой буквой 5 (дельта).
Итак, малоуглеродистая сталь марки Ст.З имеет следующие
показатели прочности и пластичности: предел текучести as=2460 кгс/см2\
временное сопротивление разрыву— aft=4000 кгс/см2; относительное удлинение
6=25
Применение высокопрочной арматурной стали по сравнению с
менее прочной дает экономию металла, а также уменьшает затраты на армирование
железобетона.
С понижением предела текучести и временного сопротивления
сталей их пластичность, характеризуемая величиной относительных удлинений 6,
ухудшается. Наименьшей пластичностью обладают стали, упрочненные в холодном
состоянии, относительное удлинение которых не превышает 6 = 3%, тогда как для
стали марки Ст.З 6=25%. Деформация растяжения холодноупроч- ненных сталей
переходит в пластическую область без площадки текучести. Одним из показателей
прочности таких сталей является так называемый условный предел текучести. За
условный предел текучести обычно принимают напряжение а0,2, при котором
остаточные удлинения стали составляют 0,2% или, что практически соответствует
напряжению, при котором отклонение от линейной зависимости между напряжениями
(нагрузками) и деформациями достигает величины 0,2% базы измерения. В нашем
случае за базу измерения была принята первоначальная длина образца, равная 100 мм.
Диаграммы растяжения сталей, не подвергнутых упрочнению в
холодном состоянии, и диаграммы некоторых видов термически упрочненных сталей
обычно имеют площадки текучести; относительное удлинение этих стержней
колеблется от 6 до 20%.
Снижение пластических свойств арматурных сталей допустимо
до определенных пределов, так как в противных случаях может оказаться
невозможным полное использование прочности арматуры или может возникнуть
вероятность хрупкого разрушения железобетонных конструкций. Кроме того, при
чрезмерном уменьшении пластичности повышается вероятность хрупкого излома
стали при производстве арматурных работ.
чае применяются гидродомкраты или лебедки, а для
сплющивания — станки с профилированными валками, создающими арматуру
периодического профиля. Сущность механического упрочнения состоит в том, что
возникающие в металле пластические деформации приводят к повышению его
прочности до 50% его первоначальной прочности.
Термическое упрочнение применяется для углеродистых и низколегированных
арматурных сталей, увеличивая их прочность на 50—100% при увеличении
первоначальной стоимости на 10—12%. По сравнению с механическим упрочнением
арматуры термическое ее упрочнение более сложно и требует квалифицированных
специалистов-металловедов для руководства производством работ.
|