Metale ciezkie.doc

1.KONSTRUKCJE METALOWE – obiekty budowlane, w których głównymi ustrojami nośnymi przekazującymi obciążenia na fundament lub konstrukcję wsporczą są wyroby lub zespoły wyrobów ze stali lub aluminium

Grupy konstrukcji metalowych:

- konstrukcje prętowe-słupy, belki, łuki, kratownice( np. szkielety budynków, ustroje kratownicowe przekryć dachowych, mosty, maszty, wieże)

- konstrukcje wiszące prętowo-cięgnowe(przekrycia o dużych rozpiętościach, mosty)

- konstrukcje powierzchniowe-z blach stalowych w postaci płyt i powłok (zbiorniki, kominy)

Zalety konstrukcji metalowych:

- lekkość konstrukcji

- krótki cykl w montażu, łatwy transport elementów

- odzysk zużytego tworzywa po okresie eksploatacji

- łatwość modernizacji istniejących konstrukcji

- możliwość pełnego uprzemysłowienia produkcji

- szybka rozbiórka uszkodzonej konstrukcji

- korzystne właściwości stali jako materiału konstrukcyjnego

Wady konstrukcji metalowych

- wrażliwość na korozję i wysokie temperatury(możliwość eliminacji przy projektowaniu)

2. STAL JAKO MATERIAŁ KONSTRUKCYJNY

Stal-stop żelaza(Fe) z węglem (C)  (C<2%) i innymi pierwiastkami, obrabiany plastycznie i otrzymywany w procesach stalowniczych

Zalety stali jako materiału konstrukcyjnego:

-wysoko i zbliżona wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, ścinanie i zginanie

-ciągliwość plastyczna(możliwość gięcia, prostowania, skręcania, walcowania)

-jednorodność (jednakowe właściwości we wszystkich kierunkach)

-spawalność(łatwe łączenie)

-wysoki moduł sprężystości E(stały dla wszystkich gatunków stali)

Wady stali jako materiału konstrukcyjnego

-brak odporności na wysokie temperatury

-korozja(istnieją stale nierdzewne)

-wysoka przewodność cieplna

-ulega zmęczeniu materiału

Właściwości stałe stali budowlanych

-ciężar γ=7850kg/m3

-moduł sprężystości podłużnej E=205GPa(PN)/210GPa(EN)

-moduł sprężystości poprzecznej G=80GPa(PN)/81GPa(EN)

- współczynnik Poissona ν=0,3(PN/EN)

Produkcja stali

Proces produkcji stali polega na dwustopniowym przerobie rudy żelaza na stal surową. Pierwszy etap produkcji odbywa się w wielkim piecu i polega na redukcji żelaza jako pierwiastka z tlenowych związków rud i oddzieleniu go od tzw. Skały płonnej. Produktem tego procesu jest surówka żelaza. Drugi etap odbywa się w piecach martenowskich, elektrycznych lub konwertorowych i polega na usuwaniu z surówki domieszek do granic wymaganych, a zanieczyszczeń do granic dopuszczalnych. Proces odbywa się w warunkach utleniających, a produktem końcowym jest stal.

Właściwości wytrzymałościowe stali-obrazuje wykres będący wynikiem statycznej próby rozciągania (stal niskowęglowa)(WYKRES)

Formy zniszczenia elementów stalowych:

-zniszczenie plastyczne-pokonanie spójności materiału w płaszczyznach poślizgu

-zniszczenie kruche-gdy obciążenie wywoła w płaszczyznach sieci naprężenia przekraczająca spójność materiału

Zmęczenie materiału

Konstrukcje stalowe znajdujące się pod obciążeniem zmieniającym w pewnych okresach swoją wartość, ulegają zniszczeniu przy naprężeniach znacznie mniejszych od naprężeń występujących przypadku obciążeń stałych

Rodzaje zmęczenia:

-wysokocykliczne(w zakresie sprężystym)

-niskocykliczne(przy odkształceniach plastycznych)

3. GATUNKI STALI BUDOWLANEJ

Podział stali ze względu na skład chemiczny:

- węglowa – główne składniki: żelazo i węgiel

- stopowa – oprócz żelaza i węgla zawiera dodatkowe składniki dodawane w celu uzyskania kreślonych właściwości.

Podział stali węglowej ze względu na zawartość węgla:

- wysokowęglowa –              C > 0,6%

- średniowęglowa –              C = 0,25% - 0,6%

- niskowęglowa   -                C < 0,25%

Podział stali stopowej ze względu na zawartość dodatków:

- niskostopowe   – do 2,5% składników stopowych

- średniostopowe - składniki stopowe od 2,5% do 5%

- wysokostopowe - ponad 5% składników stopowych

- mikroskopowe   - z rozdrobnioną strukturą cząstkową, polepszone właściwości mechaniczne

Oznaczenia stali węglowej (niestopowej) wg PN:

St4VX

St – stal węglowa             

znak gatunku stali                            odmiana:                 st.uspokojenia

(0,3,4,5,6,7-w zależności     S-podstawowa        X-nieuspokoj.

od składu chemicznego        V-ograniczona       Y-półuspokoj.

i właściwości mechanicznych  zawartość węgla -bez oznaczen

                        W-bardziej ograniczona   ->uspokojona                                                                  ilość węgla

Oznaczenia stali stopowych wg PN:

18G2AV

Oznaczenia stali wg EN

S235              -> minimalna wartość granicy plastyczności

Klasy jakości stali

-jakość podstawowa(bez oznaczeń)

-jakość podwyższona(oznaczenia L,L1,L2)

Procesy podwyższania jakości stali:

-walcowanie termomechaniczne(oznaczenie M)

-wyżarzanie normalizujące(oznaczenie N)

-hartowanie i odpuszczanie(oznaczenie Q)

Miarą jakości stali jest praca łamania-praca uzyskana w badaniu udarności w próbie Charpyego z karbem typu „V”

Praca łamania jest funkcją temperatury (WYKRES)

Temperaturze pokojowej stal ma dużą ciągliwość i potrzeba wielkiej siły,aby doszło do kruchego pęknięcia.W niskich temperaturach wystarczy znacznie mniejsza siła aby materiał pękł. (wykres wygląda jak funkcja sinus hiperboliczny)

Klasy jakości stali niestopowej(węglowej):

-S235: JR,JO,J2

-S275: JR,JO,J2

-S355: JR,JO,J2

-S450: JO

Klasy jakości stali stopowych:

-ulepszanych w procesie wyżarzania normalizującego:

S275N              S275NL N-jakość podstawowa

S355N              S355NL NL-jakość podwyższona

S420N              S420NL

S460N              S460NL

-ulepszanych w procesie walcowania termomechanicznego:

S275M              S275ML M-jakość podstawowa

S355M              S355ML ML-jakość podwyższona

S420M              S420ML

S460M              S460ML

-ulepszanych w procesie hartowania i odpuszczania:

S460Q              S460QL S460QL1

Inne gatunki stali

-stale trudnordzewiejące

S235JOW               S235J2W

S355JOW              S355J2W              S355K2W

-stale stosowane na rury:

S253JRH

S275JOH              S275J2H

S355JOH              S355J2H              S355K2H

S275NH                            S275NLH

S355NH                            S355NLH

S420NH              S420NLH

S460NH              S460NLH

Zależność klas jakości stali od pracy łamania