1. Zalety i wady konstrukcji stalowych. Sposoby walki z wadami.
Zalety: duża wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie i ścinanie, materiał izotropowy, względnie lekki (tzn. r×g/fd = 0,365e-3×1/m jest mniejsze niż w innych materiałach)
Wady: mała odporność na korozję atmosferyczną (powłoki malarskie i metaliczne - ocynkowanie), mała ognioodporność (okładziny ogniochronne – beton >5cm, wełna mineralna), reologia – zmiana właściwości fizycznych, chemicznych i technologicznych
2. Cechy wspólne metali. Uproszczony model wiązań atomowych.
regularna struktura krystaliczna, duża plastyczność, dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, połysk. Wiązanie metaliczne: na powłoce walencyjnej znajduje się 1 lub 2 elektrony.
3. Miejsca pobierania próbek z wyrobów walcowanych.
4. Grupy wyrobów walcowanych
6 grup: 1-Pręty (dowożone w odcinkach prostych) np. płaskownik, pręty płaskie lub żebrowane. 2-Walcówka (dostarczane w kręgach). 3-Kształtowniki kątowniki, ceowniki, dwuteowniki, zetowniki, szyny kolejowe, dźwigowe, kształtowniki okien. 4-Bednarka. 5-Rury bez szwów (d<=508 mm). 6-Blachy – cienkie (g=0,2÷2,8mm walcowane na zimno – 400°C), średnie (g=3,0÷4,5mm), grube (g=5,0÷140mm). Blachy walcuje się dwukierunkowo à izotropowe, blachy uniwersalne – walcowane 1-kierunkowo, szerokość arkuszy do 700mm à duża anizotropowość. Blachy żeberkowe à zwiększona wytrzymałość. Wszystkie blachy: w kierunku grubości najmniejsza wytrzymałość i ciągliwość. (środek ścinania s – pkt, przez który musi przejść wypadkowa sił poprzecznych, żeby wystąpiło tylko zginanie pręta)
5. Opis produkcji wyrobów walcowanych
Kształtowniki na gorąco walcowane wykonuje się z ogrzanych do odpowiedniej temperatury kęsów. Następnie przechodzi to wszystko przez walcarkę, która składa się z kilku klatek, w których są 2 pary walców o osiach V iH. Walce proste i bruzdowe. Musi być 15÷30 przejść.
6. Kształty próbek na rozciąganie
l0 – baza pomiarowa = n×d0, n=5 lub 10 à próbki 5- lub 10-krotne.
7. Wykres rozciągania P–Dl i s–e próbek z pojedynczego metalu (Fe lub Al)
8. Proces krzepnięcia stopu
Komórka elementarna- najmniejszy element, który łączy ze sobą atomy danego pierwiastka. Tworzą się ziarna (metal o budowie polikrystalicznej – dążenie do uzyskania największych ziaren krystal.). Z każdego ośrodka siatka narasta w innym kierunku. w przestrzeniach międzyziarnowych zbierają się zanieczyszczenia innymi pierwiastkami à duża wytrzymałość, mała ciągliwość, wewnątrz ziaren jest odwrotnie. Im mniejsza średnica ziaren, tym większa ciągliwość. Dodatek glinu b. zwiększa ciągliwość.
9. Podstawowe siatki sześcienne kryształu
10. Różnice pomiędzy związkiem chemicznym, mieszaniną i roztworem
Mieszanina – pierwiastki stopowe nie oddziałują ze sobą, związek chemiczny – pierw. stopowe łączą się w cząsteczki à proporcje składników stałe, roztwór – procentowy udział składników mieści się w pewnym przedziale.
11. Wykres równowagi energetycznej roztworu dwuskładnikowego o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym
Eutektyka – stop o oznaczonych proporcjach, który przechodzi ze stanu stałego w ciekły w określonej temperaturze.
12. Warunki powstawania stopu przesyconego. Starzenie naturalne
Stop, który został szybko ochłodzony, przy przejściu przez temperaturę T1 pierwiastka B nie zdąży się dokonać dyfuzja, nadmiar osadza się na granicach ziaren (tzw. starzenie stopu, bo pierwiastek stopowy wydziela się ze struktury stopu). Proces starzenia trwa do kilku lat. Przez podgrzanie można go skrócić do 1÷2 godzin.
13. Wykres równowagi energetycznej Fe–C
14. Proces obróbki cieplnej stali. Wyżarzanie i hartowanie
Hartowanie – ogrzewa się o 30÷50° powyżej linii A3 przez pewien czas, struktura a przebudowuje się w g w całej objętości materiału; potem szybko oziębia się element (zanurzenie w wodzie). W ten sposób uzyskujemy przesycenie węglem, który umieszcza się w strukturze i ją zaburza. V wzrasta o ok. 2%. W wyniku tego procesu powstaje martenzyt – twardy i wytrzymały, ale kruchy.
Odpuszczanie – ogrzewa się materiał poniżej temperatury T1, a następnie wychładza (b. powoli). Ten proces zwiększa twardość i wytrzymałość, ale również plastyczność (w porównaniu do hartowanej). Hartowanie + odpuszczanie à stal ulepszona cieplnie.
Wyżarzanie odprężające (do b. odpowiedzialnych konstrukcji spawanych) pomaga pozbyć się naprężeń własnych (ich największe wartości są po spawaniu). Nagrzać do temp. 600° – następuje wtedy relaksacja naprężeń. Naprężenia wykonują pracę i znikają.
Wyżarzanie rekrystalizujące: w wyniku zgniotu materiału uzyskuje się dużą wytrzymałość w kierunku poziomym i minimalną w kierunku prostopadłym. Materiał zgnieciony należy poddać wyżarzaniu rekryst. przez podgrzanie do temperatury Trekr = 0,4Ttopnienia stali, Ttopn=1500° dla stali używanej w budownictwie.
15. Przykład wykresu naprężeń własnych. Warunki równowagi tych naprężeń w przekroju elementu
òA swdA = 0 i òA sw×ydA = 0.
16. Cel badania twardości stali. Metody badań
17. Temperatura rekrystalizacji
Trekr = 0,4Ttopnienia stali, Ttopn=1500° dla stali używanej w budownictwie.
18. Podział stali węglowej na grupy
niskowęglowa (C£0,25%), średniowęglowa (0,25£C£0,6%), wysokowęglowa (0,6£C£1,6%)
19. Oznaczenia stali węglowej ogólnego przeznaczenia zwykłej i wyższej jakości
St 0…7 – oznaczenie właściwości wytrzym. Im większa wartość, tym większa wytrzymałość i zawartość węgla. W konstrukcjach dominuje St 3. Odmiany: St 3S 0,22%C, 1,10% Mn, St 3V 0,2%C, 1,20% Mn, St 3W 0,17%C, 1,30%Mn. Wraz z przejściem od S do W maleje zawartość węgla i składników psujących jakość stali: siarki i fosforu. X – stal nieuspokojona (w zimie przy obciążeniach dynamicznych – pęka), Y – półuspokojona.
Stal niskowęglowa konstrukcyjna wyższej jakości posiada: niższą zawartość C (mniej wytrzymała), dużą jednorodność, czystość, nie ma dużego rozrzutu. Symbole stali wyższej jakości: St 08 (X, Y) 0,08%C, St 10 0,10%C, St 15 0,15%C
20. Oznaczenia stali niskostopowej
Stale stopowe w ogóle: symbole: np. 18G2 – 18ó 0,18%C, G – pierwiastek stopowy poza węglem, 2 – procentowa zawartość pierwiastka stopowego. G–hutniczy symbol manganu (Mn), H–chromu (Cr), N–niklu (Ni), M–molibdenu (Mo), B–boru (Bo). A–stal posiada lepsze własności plastyczne, jest b. ciągliwa, uzyskuje się ją przez rozdrobnienie ziarna. V–wanad (pierwiastek mikrostopowy) występuje w ilości 0,1%, polepsza właściwości mechaniczne.
Stal niskostopowa: *trudno rdzewiejąca: 10H (0,1%C, pierw. stopowy – chrom), 10HA, 10HAV, 10HNAP (P–fosfor). *stale o specjalnym przeznaczeniu (do produkcji rur): R35, R45, R (R nie ma gwarantowanych własności mechanicznych).
21. Opis procesu hutniczego stali
Ruda– minerały, z których otrzymuje się żelazo (magnetyt, hematyt, limonit, syderyt). Wsad- ruda, koks, topniki. W wyniku procesu wielkopiecowego z wsadu powstaje surówka (2,5÷4,5%C i £7% innych domieszek – nie można jej kuć, ani walcować – słabe własności plastyczne). Stal otrzymuje się w procesie świeżenia (utleniania) surówki w konwertorach lub piecach elektrycznych; polega na usunięciu nadmiaru węgla i domieszek krzemu, siarki, fosforu, manganu za pomocą środków silnie utleniających. W końcowym okresie wytapiania i po wylaniu do kadzi przeprowadza się proces odtleniania (uspokajania) – płynna stal zawiera pozostałości tlenku żelaza FeO, który musi być usunięty. Osiąga się to przez dodanie odtleniaczy (mangan, krzem, glin, krzemionka). Powstają tlenki nierozpuszczalne, które wypływają na powierzchnię i łączą się z żużlem (z wypalonego węgla). Krzepnięcie odbywa się we wlewnicach – powstają pęcherze (można zawalcować), jama usadowa i żużel – 2 ostatnie odciąć i złomować.
22. Wykres umowny i rzeczywisty rozciągania s–e dla stali miękkiej
Wykres umowny – siłę odnosimy do pola pierwotnego przekroju poprzecznego próbki.
23. Interpretacja odcinka wzmocnienia wykresu rozciągania próbki stalowej
24. Ustalenie wytrzymałości obliczeniowej fd na podstawie wykresu rozciągania
fd = fyk / gs, fyk = Re min, gs = 1,15÷1,25.
25. Zależność granicy plastyczności stali od grubości wyrobu. Interpretacja tego zjawiska
Stal niestopowa, np. St3: t£16mm à Re min=235MPa, 16£t£40 à 225, 40£t£100 à 215.
Stal niskostopowa, np. 18G2: t£16mm à Re min=355MPa, 16£t£30 à 345, 30£t£50 à 420.
26. Wpływ karbu na zmianę wykresu rozciągania próbki ze stali miękkiej
27. Sposoby redukcji ostrości karbu w miejscu zmiany przekroju elementu rozciąganego
element się ukosuje w celu usunięcia ostrych karbów (rys.).
28. Zależność granicy plastyczności od temperatury
Wszystkie najważniejsze parametry (E, A) maleją ze wzrostem temperatury. ReT/Re – granica plastyczności w temperaturze T, (ReT/Re)1 = exp[B(1/(t+273) – 1/273)], (dla St3 B»140), (ReT/Re)2 = 1,022 – 0,197×10-3T – 1,59×10-6T2,
29. Cel przeprowadzania badań udarności. Kształty próbek
Udarność odporność na pękanie pod wpływem uderzenia à odporność na działanie obciążeń dynamicznych. Kształty próbek: Mesnager, ISO-Charpy U, ISO-Charpy V, szerokości b=10, 7.5 lub 5mm.
30. Krzywa seryjna udarności. Ustalenie odmiany plastyczności
Krzywa udarności przesuwa się w prawo pod wpływem nieuspokojenia stali, np. St3SX, gdy stal doznała zgniotu na zimno, np. ceowniki gięte na zimno. Odmiana plastyczności: A, B, C, D, E. Praca łamania Kv=27J, jeśli uzyskamy tę pracę w temp. 20°C àB, 0° à C, -20° à D, -40° à E. Najgorsza jest A – wtedy, gdy nic o stali nie wiemy. Jeden gatunek stali może mieć kilka odmian plastyczności. Gdy stal jest krucha, potrzeba małej pracy łamania, im niższa temperatura, tym mniejszej.
31. Próba zmęczeniowa. Schemat obciążenia. Charakterystyka cyklu zmęczeniowego
32. Kształt i opis krzywej zmęczeniowej stali
33. Hipoteza Palmgrena–Minera
34. Przekrój krytyczny konstrukcji. Liczba tych przekrojów w zależności od hiperstatyczności ustroju
Przekrój krytyczny – miejsce, w którym jest największe prawdopodobieństwo zniszczenia elementu kiedy obciążenie będzie rosło proporcjonalnie do jednego z parametrów. Liczba przekrojów krytycznych = stopień stat. niewyznaczalności + 1
35. Nośność elementu konstrukcyjnego. Różnica między normowym i fizycznym stanem granicznym
Element pracuje dopóki we włóknach skrajnych nie pojawi się naprężenie większe od dopuszczalnego. Po osiągnięciu granicy plastyczności następuje zniszczenie fizyczne wskutek odkształceń większych od dopuszczalnych. Norma nakazuje stosować współczynniki bezpieczeństwa. fd = fyk / gs, fyk = Re min, gs = 1,15÷1,25.
36. Normowe kombinacje obciążeń w poszczególnych stanach granicznych
Kombinacje obc. ustala się w zależności od rozpatr. stanu granicznego wg PN-76/B-03001, w wyniku analizy możliwych wariantów jednoczesnego działania różnych obciążeń. Obciążenia powinny być tak dobrane, aby dawały najbardziej niekorzystny efekt w rozpatrywanym stanie granicznym.
W stanach granicznych nośności: kombinacja podstawowa składa się z obciążeń stałych oraz zmiennych uszeregowanych wg ich znaczenia – Sgfi×Gki + SY0i×gfi×Qki ß obc. stałe i zmienne, Y0 – współczynnik jednoczesności; kombinacja wyjątkowa – Sgfi×Gki + 0,8Sgfi×Qki + Fa.
W stanach granicznych użytkowania: kombinacja podstawowa składa się z wszystkich obciążeń stałych i jednego najbardziej niekorzystnego obc. zmiennego – SGki + Qk; kombinacja obciążeń długotrwałych składa się z obc. stałych i długotrwałych części obciążeń zmiennych – SGki + SYdi×Qki
37. Sprawdzanie SGN materiału w stanie jednoosiowego i wieloosiowego stanu naprężeń
u(3)=1/2×(sxex+syey+szez+txygxy+tyzgyz+tzxgzx), prawo Hooke’a: ex=(1-n2)/E×[sx-n(sy+sz)], ey=(1-n...
ichtiostega