Лекция 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

План

2.1 Основные механические свойства материалов

2.2 Стали для сварных конструкций и их классификация

2.3 Цветные конструкционные сплавы и их характеристика

2.4 Методы определения прочностных свойств материалов, применяемых в сварных конструкциях

 

Основные механические свойства материалов

 

Механические свойства материалов определяют их несущую способность, т. е. способность воспринимать заданные нагрузки. Они в значительной степени характеризуют величину массы материала изделий и оказывают непосредственное влияние на их стойкость.

К основным механическим свойствам, как правило, относят следующие.

1. Предел прочности, называемый нередко временным сопротивлением _в, представляющий собой отношение максимального усилия Р, испытываемого при разрыве, к первоначальной площади поперечного сечения испытуемого образца.

2. Предел текучести _т – максимальное напряжение, при котором деформации переходят из упругой в пластическую область. Ввиду того что при испытании различных материалов отсутствует четкая граница перехода в пластическую область, _т определяют как величину напряжений ₀₂, вызывающую остаточную пластическую деформацию 0,2% при испытаниях образцов стандартной формы.

3. Относительное удлинение при разрыве ₅, определяемое на образцах стандартной формы.

4. Ударная вязкость KC, характеризующаяся сопротивлением ударным воздействиям стандартных образцов с надрезами, имеющими различную остроту.

Существует ряд испытаний помимо указанных, определяющих хрупкий и вязкий характер разрушений, сопротивляемость образованию и развитию трещин при переменных нагрузках и др.

Для сварных конструкций используют различные материалы: стали, алюминий и его славы, титан и его сплавы, пластмассы и др.

Рассмотрим некоторые материалы.

 

Стали для сварных конструкций и их классификация

 

Сталь – сплав железа с углеродом в количестве до 2 % и некоторыми легирующими элементами. По химическому составу сталь делят на углеродистую и легированную, а по назначению – на конструкционную, инструментальную и специальную.

Сталь углеродистая обыкновенного качества(ГОСТ 380–2005) в зависимости от назначения подразделяется на три группы: А – поставляемую по механическим свойствам; Б – поставляемую по химическому составу; В – поставляемую по механическим свойствам и химическому составу. Изготовляют сталь следующих марок: группы А – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6; группы Б – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6; группы В – ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: «кп» – кипящая, «пс» – полуспокойная, «сп» – спокойная, например: Ст3кп, Ст3пс, БСт3сп. Из стали Ст0, Ст1 изготовляют трубы, резервуары, кожухи, про кладки; из стали Ст3, Ст4 – болты, винты, гайки, шпильки, оси, за клепки и т. п.; сталь Ст5, Ст6 используют для валов, шестерен, шпонок, бандажей колес и других деталей. Пример условного обозначения: «Ст3 ГОСТ 380–2005».

Сталь углеродистая качественная конструкционная(ГОСТ 1050–88) выпускается следующих марок: 08кп; 08пс; 10; 15кп; 20кп; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 60; 65Г и др. В марке стали двузначные цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква «Г» – повышенное содержание марганца (~1 %).

Сталь марок 10, 15, 20, 25 применяют для изготовления крепежных изделий, втулок, муфт и др.; сталь марок 35, 40, 45 – для изготовления деталей, несущих значительные нагрузки, например коленчатых валов, штоков; сталь 65Г применяется для изготовления пружин. Пример условного обозначения: «Сталь 65 ГОСТ 1050–88».

Сталь низколегированная конструкционная (ГОСТ 19281–2014).

Имеется много марок низколегированных сталей: хромистые, марганцовистые, хромомарганцевые, хромокремнистые, хромомолибденовые и т.п. (15Х, 15ХА, 20Х, 14Г2, 15Г, 20Г, 18ХГ, 20ХГР, 30ХГТ, 25ХГМ, 09Г2С, 16ГС, 16Г2АФ, 10Г2С1, 10ХСНД, 30ХГСА, 15ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 30Х3МФ, 14Х2НЗМА, 20ХН2М и др.).

В обозначении марок стали первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы за цифрами означают: «А» – азот, «Б» – ниобий, «В» – вольфрам, «Г» – марганец, «Д» – медь, «М» – молибден, «Н» – никель, «Р» – бор, «С»– кремний, «Т» – титан, «Ф» – ванадий, «X» – хром и «Ю» – алюминий.

Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры означает, что в марке содержится до 1,5 % этого элемента. Буква «А» в конце наименования свидетельствует о высоком качестве стали. Пример условного обозначения: «Сталь 12Х2Н4А ГОСТ 4543–88».

В сталях содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси – сера и фосфор,содержание которых в стали ограничивают.

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в конверторах, мартеновских и электрических печах. Хорошее качество конверторной стали обеспечивается продувкой кислородом. Наивысшие сорта сталей получают их переплавом: электрошлаковым, вакуумным дуговым, электронно-лучевым, плазменно-дуговым.

Плавка стали без достаточного количества раскислителей сопровождается выделением газов. Такая сталь называется кипящей (буквы «кп» в марке стали). Стали, раскисленные добавками кремния и алюминия, остывают в изложницах без интенсивного выделения газов и называются спокойными (буквы «сп» в марке стали). Промежуточные стали – полуспокойные – обозначаются буквами «пс».

Следует всегда помнить, что механические свойства сталей тесно связаны с их химическими свойствами и термообработкой.

Нормированный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. 2.1.

 

Таблица 2.1 – Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005

 

 

Марка стали	Содержание элементов, %
	С	Mn	Si	Р	S
				не более
Ст0	Не более 0,23	–	–	0,07	0,06
Ст2пс Ст2сп	0,09...0,15	0,25...0,50	0,05...0,07 0,12...0,30	0,04	0,05
Ст3кп Ст3пс Ст3сп Ст3Гпс	0,14...0,22	0,30...0,60 0,40...0,65 0,40...0,65 0,80...1,10	Не более 0,07 0,05...0,17 0,12...0,30 Не более 0,15	0,04	0,05
Ст4кп Ст4пс Ст4сп	0,18...0,27	0,40.,,0,70	Не более 0,07 0,05...0,17 0,12...0,30	0,04	0,05
Ст5пс Ст5сп	0,28...0,37	0,50,.,0,80	0,05...0,17 0,15...0,35	0,04	0,05
Ст5Гпс	0,22...0,30	0,80...1,20	Не более 0,15	0,04	0,05

Спокойные и полуспокойные стали по механическим свойствам, как правило, различаются между собой незначительно. Спокойные стали обладают более стабильными свойствами, кипящие – менее однородны, но более склонны к хрупким разрушениям. Производство спокойных сталей дороже. Их обычно применяют в ответственных конструкциях.

Нормированные показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества приведены в табл. 2.2.

 

Таблица 2.2 – Нормируемые показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380–2005

Марка стали	Предел прочности (временное сопротивление), в, МПа	Пред текучести , МПа			Относительное удлинение , %			Изгиб на 180° при диаметре оправки d
		толщина образца s, мм
		до 20	20-40	40-100		до 20	20-40		40-100	до 20
Ст0	310	-	-	-		23	22		20	d = 2s
ВСт2пс ВСт2сп	340...440	230	220	210		32	31		29	d = 0 (без оправки)
ВСт3кп	370...470	240	230	220		27	26		24	d = 0,5s
ВСт3пс ВСт3сп	380...490	250	240	230		26	25		23
ВСт3Гпс	380...500	250	240	230		26	25		23
ВСт4кп	410...520	260	250	240		25	24		22	d = 2s
ВСт4пс ВСтГ4сп	420...540	270	260	250		24	23		21
ВСт5пс ВСт5сп	500...640	290	280	270		20	19		17	d = 3s
ВСт5Гпс	460...600	290	280	270		20	19		17

 

В последнее время расширяется применение прочных сталей. Повышение прочности достигается введением легирующих добавок и термической обработкой.

Химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведен в таблице 2.3, а в таблице 2.4 приведены нормируемые показатели механических свойств низколегированных сталей.

Стали легируют таким образом, чтобы повышение прочности и предела текучести сопровождалось сохранением достаточной пластичности, ударной вязкости, обрабатываемости, свариваемости.

 

Таблица 2.3 – Химический состав низколегированных сталей

 

Марка стали	Содержание элементов, %
	С	Si	Мn	Прочие
09Г2 14Г2 16ГС 09Г2С 10Г2С1	0,12 0,12...0,18 0,12...0,18 0,12 0,12	0,17...0,37 0,17...0,37 0,40...0,70 0,50...0,80 0,90...1,20	1,4...1,8 1,2...1,6 0,9...1,2 1,3...1,7 1,3...1,65	Сг, Ni, Cu 0,3
15ГФ	0,12...0,18	0,17.,.0,37	0,90...1,2	Сг, Ni, Сu 0,3 V = 0,05...0,12
15ХСНД	0,12.,,0,18	0,40...0,70	0,4...0,7	Сг = 0,6...0,9  Ni = 0,3...0,6 Сu = 0,2...0,4
10ХСНД	0,12	0,80.,.1,10	0,5.,.0,8	Сг = 0,6...0,9 Ni = 0,5...0,8 Сu = 0,4...0,6
16Г2АФ	0,14...0,U	0,30...0.6	1,3...1,7	V = 0,08...0,14 N = 0,0015...0,025 Сг, Ni, Сu  0,3

 

 

Таблица 2.4 – Механические характеристики низколегированных сталей

 

 

Марка стали	Толщина проката S, мм	Предел прочности в, МПа	Предел текучести т, МПа	Относительное удлинение , %	Ударная вязкость МДж/м2
					при Т = 20°С	при Т =  -40 °С
09Г2	4...20 21...32	450	310 300	21	–	0,30 0,40
14Г2	4...10 11...32	470 460	340 330	21	–	0,35 0,30
16ГС	4...10 23...60	500 470	330 290	21	0,60	0,40 0,30
09Г2С	4...10 33...60	500 460	350 290	21	0,6	0,4 0,35
10Г2С1	4...10 33...60	520 480	380 340	21	0,6	0,4 0,3
15ГФ	4... 10 21...32	520 480	380 340	21		0,4 0,3
15ХСНД	4...32	500	350	21	–	0,3
10ХСНД	4...10 40...33	540 520	400	19	–	0,5
16Г2АФ	5...9	600	450 420	20	–	–

 

---

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 1968; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!