Метали

7. Метали

89. Розшифрувати марки вуглецевої сталі загального призначення: Ст. 1кп, Ст. 3Гпс3, БСт. 2сп2, ВСт. 4пс6; Якісної конструкційної вуглецевої сталі: 05кп, 10кп, 60Г, А12; легованої сталі: 09Г2СД, 12Х2Н4А, Г13, 30ГС.

Вуглецеві сталі загального призначення:

Ст. 1кп – сталь групи А (постачається за механічними властивостями) першої категорії з умовним номером 1, який залежить від хімічного складу і механічних властивостей, кипляча; Ст. 3Гпс3 – сталь групи А третьої категорії з умовним номером 3 із підвищеним вмістом марганцю (Г), напівспокійна; БСт. 2сп2 – сталь групи Б (яка постачається за хімічним складом) другої категорії з умовним номером 2, спокійна; ВСт. 4пс6 – сталь групи В (яка постачається за механічними якостями і хімічному складу) шостої категорії з умовним номером 4, напівспокійна.

Якісні конструкційні вуглецеві сталі: 05кп – сталь із середнім вмістом вуглецю 0,05%, кипляча; 10 кп – сталь із середнім вмістом вуглецю 0,1%, кипляча; 60Г – сталь із середнім вмістом вуглецю 0,6% і підвищеним вмістом марганцю; А12 – автоматна сталь із середнім вмістом вуглецю 0,12%.

Леговані сталі:

09Г2СД – сталь із вмістом вуглецю 0,09%, марганцю до 2%,кремнію до 1%,, міді до 1%; 12Х2Н4А – сталь із вмістом вуглецю 0,12%, хрому 2%, нікелю 4%, високоякісна; Г13 – сталь із вмістом вуглецю 1% і більше, марганцю 13%; 30ГС – сталь із вмістом вуглецю 0,3%,марганцю і кремнію до 1%.

90. Механічні властивості конструкційної сталі визначаємо на циліндричних зразках з початковим діаметром d₀=10 мм, площею поперечного перерізу S₀=78,5 мм² і довжиною l₀=100 мм. Допустиме навантаження, пропорційне відносному видовженню зразка, F_п.п=34 кН. Навантаження, при якому досягається кінцеве видовження, рівне 0,05% початкової (розрахункової) довжини зразка, F_0,05=37,36 кН. Навантаження, при якому кінцеве видовження складає 0,02% початкової довжини, F_0,2=41,5 кН. Найбільше навантаження, яке передує руйнуванню, F=68 кН. Довжина робочої частини зразка після розриву l₁=110 мм. Діаметр шийки зразка після розриву d₁=8,4 мм.

Визначити межу пропорційності, умовну межу текучості, тимчасовий опір сталі, відносне видовження і звуження.

Межа пропорційності σ_п.п=F_п.п/S₀=0,034·10⁶/78,5=433 МПа.

Межа пружності σ_0,05=F_0,05/S₀=0,03736·10⁶/78,5=475 МПа.

Умовна межа текучості σ_0,2=F_0,2/S₀=0,0415·10⁶/78,5=529 МПа.

Тимчасовий опір (межа міцності при розтягу)

σ_в=F/S₀=0,068·10⁶/78,5=866 МПа.

Відносне видовження

.

Відносне звуження

.

За довідковими даними можна знайти, що марка конструкційної сталі 70.

91. При визначенні модуля пружності сталі використали зразок з початковим діаметром d=10 мм (початкова площа поперечного перерізу S₀=78,5 мм²) і розрахунковою довжиною l =100 мм. Вимірювачем деформації служить тензометр з ціною поділки 0,002 мм. Навантаження проводили ступенями DF=5400 Н до навантаження F, яке відповідає 70% очікуваної межі пропорційності (F=37800 Н). При даному навантаженні за шкалою тензометра зафіксовано показник 105 поділок. Розрахувати модуль пружності сталі.

Модуль пружності Е, МПа, вираховують за формулою

,

де Dl_сер – середня величина приросту видовження зразка, мм, на ступінь навантаження:

;

.

92. При випробовуванні твердості сталі по Брінеллю за допомогою кульки з діаметром D=10 мм при навантаженні F=30 кН отриманий діаметр відтиску d=5,05 мм. При випробовуванні твердості цієї ж сталі методом Роквела при вимірюванні за шкалою В різниця h–h₀ глибини занурення стальної кульки під дією загального навантаження 981 Н і попереднього навантаження 98 Н складає 0,108 мм. Яку твердість має сталь і до якої марки її можна віднести?

Твердість за Брінеллем виражають числом твердості НВ і визначають за формулою

Для орієнтовного визначення тимчасового опору s_в сталі використовуємо емпіричну формулу

s_в»0,34·НВ»0,34·1430=486 МПа.

Твердість сталі при вимірюванні методом Роквела виражають в умовних одиницях. При вимірюванні за шкалою В її визначають за формулою

HR=130–l

де l=(h–h₀)/0,002; l=0,108/0,002=54.

HR=130–54=76.

За результатами визначення твердості методами Брінелля і Роквела випробувану сталь можна віднести до марки Ст.3.

93. Для випробування на ударну в’язкість сталі до і після термічної обробки використовували стандартні квадратні зразки перерізом 1´1 см і довжиною 5,5 см з надрізом глибиною 0,2 см. Запас енергії маятника до удару складав А₁=85 Дж. Невикористана енергія маятника після злому зразка сталі до термообробки А₂=15 Дж, після термообробки А₂=21 Дж. Знайти ударну в’язкість сталі.

Ударна в’язкість сталі R_уд характеризує роботу, яка витрачається для ударного злому зразка металу з надрізом А_н, віднесену до площі поперечного перерізу зразка S у місці надрізу: S=1·(1–0,2)=0,8 cм².

Робота, затрачена на злом зразка сталі, до термообробки

А_н=А₁–А₂=85–15=70 Дж;

після термообробки

А_н=А₁–А₂=85–21=64 Дж.

Ударна в’язкість сталі до термообробки R_уд=70/0,8=87,5 Дж/см²; після термообробки R^'_уд=64/0,8=80 Дж/см². 94. Визначити усереднену економію металу, %, і економію затрат, грн., на 1 т металу при заміні у виробництві залізобетонних виробів 1 т арматурної сталі А–ІІІ на А–V.Коефіцієнти приведення для сталей А–ІІІ і А–V відповідно 1,43 і 2,2. Гуртова вартість арматурних сталей А–І, А–ІІІ, А–V відповідно 146; 163; 216 грн. за 1 т. Арматурна сталь різних класів і видів може бути у відомих межах взаємозамінною. Із цього випливає, що кількість сталі будь–якого класу Т може бути виражена в умовно еквівалентній за міцністю приведеній кількості сталі класу А–І – Т–1:

Т=Т₁/k_пр,

де k_пр – коефіцієнт приведення сталі даного класу до сталі класу А–І (підраховується як відношення похідної розрахункового опору арматури на коефіцієнти її конструктивного використання і використання металу для сталі даного класу до значень цих характеристик для сталі класу А–І). Усереднена економія металу визначається із виразу

Е_м=(1–1/k_пр)·100.

Економія витрат в вартісному виразі Э_с від використання 1 т арматурної сталі даного класу визначається за формулою

Е_с=k_пр·Ц₁–Ц₂,

де Ц₁ – вартість сталі класу А–І; Ц₂ – вартість сталі більш високого класу.

Економія металу при заміні арматури класу А–І на клас А–ІІІ:

Э_м=(1–1/1,43)·100=30,1%;

А–V на А–І:

Э^'_м=(1–1/2,2)·100=54,7%.

Економія затрат при заміні А–І на А–ІІІ:

Э_с=1,43·146–163=45,78 грн. на 1 т;

А–І на А–V:

Э^'_с=2,2146–216=105,2 грн. на 1 т.

При заміні арматури класу А–ІІІ на А–V досягається, таким чином, економія металу DЭ_м=Э^'_м–Э_м=54,7–30,1=24,6%; економія затрат DЭ_c=Э^'_с–Э_с=105,2–45,78=59,42 грн. на 1 т.