metali - Грађевински факултет · pdf file · 2013-12-10dobijanje...

METALIMETALI

TEORIJA LEGURATEORIJA LEGURA■■ UvodUvod■■ Struktura metalaStruktura metala■■ Dijagrami stanja leguraDijagrami stanja legura

((ne predaje se,ne predaje se, osim za leguru Fe Cosim za leguru Fe C))

METALIMETALITEORIJA LEGURAUvod

■ Osnovne odlike metala:- Karakterističan metalni sjaj- Sposobnost plastičnog deformisanja- Toplotna i električna provodljivost

■ Ova svojstva najtešnje su povezana sa unutrašnjom građom metala , koju karakterišu metalne molekulske veze.

METALIMETALITeorija leguraTeorija legura

UvodUvod■■ U građevinskoj praksi:

Retko se primenjuju čisti metali, već njihove legure (složene supstance nastale interakcijomdva ili više metala, odnosno metala i nemetala).

■ Legure su, u poređenju sa čistim metalima:Povoljnije u pogledu mehaničkih, tehnoloških i drugih svojstava, kao i u ekonomskom pogledu.

■ Metali se najčešće dele na:- Crne (gvožđe i njegove legure),- Obojene (aluminijum, bakar, cink, olovo i dr.)

METALIMETALITeorijaTeorija leguraleguraStruktura metalaStruktura metala

ČČisti metali, kao i njihove legure, imajuisti metali, kao i njihove legure, imajukristalnu strukturu kristalnu strukturu (kristalnu re(kristalnu reššetku), i to:etku), i to:

■■ Kubna, zapreminski centrisana reKubna, zapreminski centrisana reššetkaetka::(gvo(gvožžđeđe, hrom, volfram, molibden),, hrom, volfram, molibden),

■■ Kubna, povrKubna, površšinski centrisana reinski centrisana reššetkaetka::(aluminijum, bakar, nikl, olovo)(aluminijum, bakar, nikl, olovo),,

■■ Heksagonalna reHeksagonalna reššetkaetka::(cink, mangan, kadmijum).(cink, mangan, kadmijum).

METALIMETALITeorijaTeorija leguralegura -- Struktura metalaStruktura metala

a) Kubna, zapreminski centrisanarešetka (gvo(gvožžđeđe, hrom, volfram, , hrom, volfram, molibden),molibden),

b) Kubna, površinski centrisanarešetka (aluminijum, bakar, nikl,(aluminijum, bakar, nikl,olovo),olovo),

c) Heksagonalna rešetka (cink,(cink,mangan, kadmijum).mangan, kadmijum).

METALIMETALITeorijaTeorija leguralegura

■ Kristalna rešetka se formira tokom kristalizacije(procesa obrazovanja kristala iz rastopljenog metala).

■ Oblik, veličina, kao i orijentacija kristala,izvanredno mnogo utiču na sva svojstva metala, kakočistih, tako i njihovih legura.

■ Temperature topljenja, koje su jednake temperaturamakristalizacije, variraju u vrlo širokim granicama:od - 38,9 0C (živa), do 3410 0C (volfram).

■ Pored primarne kristalizacije, moguća je i sekundarna -promena kristalne strukture u čvrstom stanju:alotropske modifikacije – tačke zastoja u hlađenju.

METALIMETALITeorijaTeorija leguralegura

Zastoj u hlađenju na temperaturi T1 (hori-zontalni deo dijagrama)uslovljen je oslobađa-njem skrivene toplote topljenja

METALIMETALIGvožđe i njegove legure

■■ UvodUvod,,■■ StrukturaStruktura gvogvožžđađa i i njegovihnjegovih leguralegura,,■■ DobijanjeDobijanje ččelikaelika,,■■ PreradaPrerada ččelikaelika deformacijomdeformacijom,,■■ LiveniLiveni ččelikelik ((nijenije odod velikogvelikog znaznaččajaaja zaza

građevinarstvograđevinarstvo)),,■■ TermiTermiččkaka i i termohemijskatermohemijska obradaobrada ččelikaelika,,■■ KlasifikacijaKlasifikacija ččelikaelika,,

METALIMETALIGvožđe i njegove legure

■ Građevinski čelici,■ Zavarivanje čelika (ne predaje se),■ Fizička svojstva čelika,■ Mehanička svojstva čelika,■ Reološka svojstva čelika,■ Tehnološka svojstva čelika,■ Metalografska ispitivanja čelika

(ne predaje se).

METALIMETALIGvoGvožžđe i njegove leguređe i njegove legure

UvodUvod■ Elementarno gvožđe:

- nije pogodno za tehničku upotrebu (fz ≅ 200 MPa)■ Legure gvožđa (čelici):

- daleko pogodnije za tehničku upotrebu (fz = 400 MPa - 2000 MPa)

■ Elementi za legiranje:- C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, W i dr.

■ Primese (štetne):- S, P, N, O i dr.


Struktura gvožđa injegovih legura

– Dijagram stanja gvožđa –● Iznad temperature od

15390C gvožđe je u tečnomstanju – u stanju rastopa.

● Pri hlađenju, njegovoočvršćavanje će započeti i završiti se na T= 15390 C.

● Zastoj na ovoj temperaturi:zbog formiranja prvih čestica– kristala, praćenog oslobađa-njem toplote).

● Zastoji u hlađenju na 1401,898 i 768 0C: zbog transfor-macije kristalne rešetke.


Struktura gvožđa i njegovih legura■ Ugljenik (C) -osnovni legirajući element gvožđa

može da bude:● Rastvoren u gvožđu (čvrsti rastvor C u Fe),● U vidu jedinjenja Fe3C (karbid gvožđa ili cementit),● Izlučen u obliku grafita, tj. mehanička smeša Fe-C.

■ Dijagram stanja legure gvožđe – ugljenik:● Liquidus, solidus linije (videti sledeći slajd),● Sadržaj C u čistom cementitu Fe3C: 6,67% ,● Austenit (čvrsti rastvor C u Feγ): visoka plastičnost

(važno za obradu deformacijom)!


● U području I-J-E-S-Gegzistira čvrstirastvor ugljenika umodifikaciji Feγ .

● Ova struktura imaposebno ime– austenit.

● Za austenit je karakterističnavisoka plastičnost.

● Mehaničke preradečelika se obično vršeu stanju austenita).

Struktura gvožđa i njegovih leguraDijagram stanja legure Fe-C

METALIGvožđe i njegove legure

DobijanjeDobijanje ččelikaelika■ Dvoetapno prečišćavanje (rafinacija) gvozdene rude:● U I etapi: u visokim pećima iz rude se dobija sirovogvožđe (> 2% C),● U II etapi: redukcija do < 2% C + smanjenje sadržaja S i P.

■ Rafinacija u visokim pećima:● Koks + topitelji (kreč, pesak i dr.)

Topitelji: - Snižavaju temperaturu topljenja rude,- Vezuju štetne primese (troska ili zgura visokih peći),- Uduvavanje vazduha zagrejanog na 600 – 900 0C,- Temperatura pri dnu peći cca 2000 0C.


Šematski prikaz visoke peći i tehnolo-gije redukcije rude gvožđa

Dobijanje čelika - I etapa


Dobijanje čelika – I etapa

Ispuštanje zgure (troske)iz visoke peći


Dobijanje čelika■ Belo sirovo gvožđe: Ugljenik vezan u obliku Fe3C

● Služi za dobijanje čelika i proizvoda od čelika.■ Sivo sirovo gvožđe: Ugljenik izlučen u obliku grafita

● Služi za dobijanje livenog gvožđa, od koga se za građevinarstvo proizvode:

- Kanalizacione cevi, poklopci šahtova,- Vodovodne cevi i vodovodna armatura,- Radijatori za centralno grejanje i dr.


Dobijanje čelika■ Konvertorski postupak:● Besemerov: Kisela obloga (šamot)

Si do 2% i Mn do 1,5 % , min S i P● Tomasov: Bazna obloga (magnezit ili dolomit)

P do 2% , min. sadržaj Si i S■ Kiseonično - konvertorski ili kiseonični

postupak● Umesto vazduha uduvava se čist kiseonik (do3000 0C), dobija se kvalitetniji čelik!


Konvertorski postupak dobijanja čelika

Dobijanje čelika

Kiseonično – konvertorski postupak dobijanja čelika


Dobijanje čelika

● Vrlo burna oksidacija –temperatura dostiže do 30000 C.

● Ovako dobijen čelik je kvalitetniji od Besemerovog i Tomasovog.


Dobijanje čelika■Simens - Martenov postupak (v. sledeći slajd)

●● KKiseonikiseonik zaza rafinacijurafinaciju u u oblikuobliku oksidaoksida gvogvožžđađa,,●● Dodaju se oDodaju se otpacitpaci gvogvožžđađa i i ččelikaelika,,●● Dobija se kDobija se kvalitetanvalitetan ččelikelik, , nezavisnonezavisno odod vrstevrste ii

sadrsadržžajaaja primesaprimesa u u sirovomsirovom gvogvožžđuđu ((ččak i u ak i u slusluččaju aju visokog sadrvisokog sadržžaja aja S i P),S i P), postupak je postupak je ekonomiekonomiččniji.niji.

METALIMETALIDobijanje Dobijanje ččelikaelika

Simens – Martenova peć


Dobijanje čelika

■Elektro postupak (v. sledeći slajd)● Dobija se čelik željenog hemijskog sastava, sa

minimalnim sadržajem S, P, O i drugih primesa!● Osnovni nedostatak - skup!

■Duplex postupak: ● Najpre: Čelik konvertorskim postupkom, zatim:

u elektro-peći do željenog sastava

METALIDobijanje čelika

Elektro - peć

Elektro postupak

Zagrevanje šarže najčešćese vrši putem električnogluka koji se obrazuje između elektroda (1) i šarže (2)

METALIDobijanje čelika

Nalivanje rastopljenog čelika u kokile(nakon hlađenja i oslabađanja iz kalupa – “kokila” ⇒ ingot)

METALIMETALIDobijanje Dobijanje ččelikaelika

Defekti u ingotu nastali tokom hlađenja (očvršćavanja)

METALIMETALIPrerada Prerada ččelika deformacijomelika deformacijom

■ Valjanje: Limovi, šipke, valjani profili, cevi,■ Izvlačenje: Okrugli profili manjih dimenzija,■ Kovanje: Veći komadi koji se teško valjaju,■ Presovanje: ● Zapreminsko presovanje (elementi složenijih

oblika),● Presovanje čeličnih ploča i limova na hladno

(tankozidni elementi složenog oblika),■ Ekstrudiranje (istiskivanje): šipke, štapovi

Svi navedeni postupci obrade mogu se obavljatikako "na toplo", tako i "na hladno“.


ValjanjeValjanje

METALIPrerada čelika deformacijom

Valjanje


ValjanjeValjanje

Valjanje I profila pomoću kalibriranih valjaka


ValjanjeValjanje

I profil sa širokim nožicama (Pajner) na kraju valjanja


Izvlačenje

Skica postupka izvlačenja


Kovanje

Dva postupka kovanja


Presovanje

Dva postupka presovanja: zapreminsko presovanje (levo) i presovanje “na hladno” čeličnih ploča i limova (tankozidni elementi složenih oblika)


Istiskivanje (Ekstrudiranje)

METALIMETALIUticaj Uticaj ppreradreradee ččelika deformacijom na njegova svojstvaelika deformacijom na njegova svojstva■■ Mehanička i tehnološka svojstva proizvoda dobijenih valjanjem i

izvlačenjem, neće zavisiti samo od hemijskog sastava materijala, već u velikoj meri i od tehnologije prerade.

■ Ova svojstva u prvom redu zavisiće od toga da li se primenjuje toplo ili hladno valjanje, odnosno izvlačenje, zatim od nivoa temperature pri obradi “na toplo”, a bitnu ulogu igra i stepen sažimanja, kako kod obrade “na toplo”, tako još više kod obrade “na hladno”.

■ Odgovarajuće zbijanje u toplom stanju uslovljava smanjenje kristalnih zrna i njihov kompaktniji raspored, što doprinosi povećanju mehaničkih otpornosti materijala.

■ Hladnom deformacijom (valjanjem i izvlačenjem) dolazi do usmeravanja kristalnih zrna, čime se postižu vrlo visoke čvrstoće, uz istovremeno nepovoljan efekat izvesnog smanjenja žilavosti.

■■ Sitnozrni materijali imaju uvek veće čvrstoće i tvrdoće, dok krupnozrni, po pravilu, veću plastičnost !

METALIMETALIUticaj Uticaj ppreradreradee ččelika deformacijom na njegova svojstvaelika deformacijom na njegova svojstva

■ Svi postupci obrade “na hladno” mogu biti praćeni i međufaznim zagrevanjem, kao i raznim postupcima termičke obrade.

■ Tako, na primer, patentirana žica, koja se vrlo široko primenjuje u tehnici prethodnog naprezanja (prednaprezanja), predstavlja proizvod dobijen kombinovanjem ovih postupaka:● Kao prvo, žica dobijena valjanjem “na toplo”, zagreva se na 900-

1000 0C, pa hladi u olovnom ili sonom kupatilu na 450 do 5000C(na ovaj način dobija se najpovoljnija struktura za dalji tretman).

● Žica se zatim postepeno hladi do normalne temperature i provlačikroz odgovarajuće matrice, koje je sažimaju.

● Ovako dobijen, hladno vučeni čelik odlikuje vrlo visoka fz (σm), koja, načelno, zavisi od prečnika i kreće se u granicama: 1800 MPa (za φ2-3 mm), 1500-1800 MPa (za φ 4-5 mm), 1300-1500 (za φ 6-12mm).

Napomena: Danas se za patentiranu, hladno vučenu žicu može dobiti i do 2500 MPa!

■ Materijal dobijen na napred opisan način, međutim, može se podvrći i jednom dopunskom tretmanu, tzv. opuštanju:

Ponovno zagrevanje hladno vučene žice do temperature 150-4000C(u zavisnosti od dužine zagrevanja), uz docnije postupnohlađenje do normalne temperature. Na ovaj način fz se povećava do 10%, uz poboljšanje žilavosti žice!

METALIMETALIUticaj Uticaj ppreradreradee ččelika deformacijom na njegova svojstvaelika deformacijom na njegova svojstva

Uticaj brzine hlađenja na strukturu i svojstva čelika■ Na strukturu, a time i na svojstva čelika, u značajnoj meri

može se uticati brzinom hlađenja. Na koji način?● Ako se čelik hladi sporo, u peći, dobiće se znatno krupniji kristali

(bolja plastična svojstva – žilavost, duktilnost, ali niža čvrstoća).● Ako se isti čelik hladi na vazduhu ili, pak, ako se primeni neki postupak izuzetno brzog hlađenja, dobiće se sitnozrnasta struktura

(znatno veća čvrstoću i tvrdoća, ali i smanjena žilavost) .

METALIMETALITermiTermiččka obrada ka obrada ččelikaelika

■■ Žarenje: Zagrevanje do određene temperature, izvesnozadržavanje na tom nivou, zatim sporo hlađenje; ima za ciljhomogenizaciju mase i da čelik učini što mekšim za daljuobradu (na pr. obradu hladnim valjanjem ili izvlačenjem).

■ Normalizacija: Zagrevanje do temperature 950-1000 0C, sahlađenjem na vazduhu brzinom 20-500C/min. Dobija sezahtevana sitnozrna struktura materijala (konstrukcijski čelik se najčešće isporučuje u “normalizovanom stanju”).

■ Kaljenje: Zagrevanje do određene temperature T (visoko u austenitskom području), zatim naglo hlađenje. Dobija se krt materijal, visoke tvrdoće i čvrstoće. Radi smanjenja krtosti, kaljenje redovno prati postupak o p u š t a nj a.

■ Poboljšanje: Nakon kaljenja u vodi ili u ulju, zagrevanje na 450-6500C i naglo hlađenje na vazduhu. Raste: fz , σvi i ρ !

METALIKlasifikacija (podela) čelika

■■ PremaPrema hemijskomhemijskom sastavusastavu: : ugljeniugljeniččnini i i legiranilegirani,,■■ PremaPrema nameninameni: : konstrukcionikonstrukcioni i i alatnialatni,,■■ PremaPrema kvalitetukvalitetu: : obiobiččnini, , kvalitetnikvalitetni i i plemenitiplemeniti

•• OObibiččnini ččelik:elik:NNegegaarantovanrantovan sastavsastav ii nepropisannepropisan sadrsadržžaj neaj neččistoistoććaa..

•• KKvalitetnivalitetni i i plemenitiplemeniti ččelik:elik:GGarantovanarantovan hemijski hemijski sastavsastav i i limitiranelimitirane neneččistoistoććee –– kodkodplemenitog ih je daleko manje nego kod kvalitetnogplemenitog ih je daleko manje nego kod kvalitetnog. .


Ugljenični i legirani čelici:■ Kod ugljeničnih čelika: Odlučujući uticaj na

svojstva čelika ima ugljenik C, dok se ostali prisutni elementi smatraju primesama. Kao prateći elementi javljaju se mangan (Mn) i silicijum (Si) i nisu od uticaja na svojstva čelika.

■ Kod legiranih čelika: Zbir procenata legirajućih elemenata je < 5% (niskolegirani) ili > 5% (visokolegirani).


Konstrukcioni i alatni čelici:■ Konstrukcioni čelici su one vrste čelika koje

se upotrebljavaju za izradu konstrukcijskih elemenata ili čeličnih konstrukcija u celini (počev od predmeta široke potrošnje, pa do čeličnih konstrukcija u građevinarstvu, mašinogradnji, brodogradnji, itd.).

■ Alatni čelici predstavljaju čelike koji služe za izradu raznih alata – za obradu svih vrsta materijala, kako u hladnom, tako i u toplom stanju.

METALIMETALIKlasifikacijaKlasifikacija ((podela) podela) ččelikaelika

■ Za izbor konstrukcijskih čelika odlučujuću ulogu imaju njihova mehanička i tehnološka svojstva: fz (σm),σvi , ρ , osetljivost prema krtom lomu, pojavi prslina, itd.

■ Za upotrebljivost alatnih čelika, mehanička svojstva (osim tvrdoće i žilavosti) nemaju većeg značaja .Kod njih su odlučujuća tehnološka svojstva, postojanost na povišenim temperaturama, dimenzionalna postojanost i slično.

METALIKlasifikacija (označavanje) čelika

Č XXXX XX↑ ↑--------- Dopunska oznaka,↑---------------- Osnovna oznaka.

- Osnovna oznaka: vrsta (i namena) čelika:

Prvi simbol(iza Č) - 0: Čelik negarantovanog sastava,- 1: Čelik garantovanog sastava,- 2 do 9: Legirani čelik, garantovanog

sastava (br. 2 do 9 su simboli najuti-cajnijeg legirajućeg elementa).

- Drugi simbol, kod čelika sa simbolom 0 na 1. mestu, odnosi se na zateznu čvrstoću, prema tabeli na sledećem slajdu!



Označavanje čelika prema novoj standardizaciji.U Srbiji je usvojen Evropski sistem označavanja, prema:

SRPS EN 10027-1:2003 Sistem za označavanje čelika –Deo 1: Označavanje, osnovne oznake;SRPS EN 10027-2:2003 Sistem za označavanje čelika –Deo 2: Brojčani sistem;SRPS CR 10260:2003 Sistem za označavanje čelika –Dodatne oznake;


Alfanumerički sistem označavanja (SRPS EN 10027-1).Prema ovom sistemu razlikuju se dve osnovne grupe čelika:

Grupa 1: označavanje na osnovu primene i mehaničkih svojstava;Oznaka sadrži:

- Osnovnu oznaku (slovni simbol koji ukazuje na vrstu čelika i numerički podatak u vezi sa najvažnijim mehaničkim svojstvima);- Dodatne oznake (kvalitet čelika ili način termičke obrade);- Dopunsku oznaku (opciono) koja definiše specijalne zahteve, vrstu prevlake(kod tankih limova) ili naknadnu obradu (kaljenje, žarenje, normalizaciju, itd.)

Grupa 2: označavanje na osnovu hemijskog sastava. Podgrupe:1. Nelegirani (ugljenični) čelici sa sadržajem mangana < 1 % ;2. Nelegirani čelici sa sadržajem mangana ≥ 1 % ;3. Legirani čelici, kod kojih je sadržaj legirajućeg elementa ≥ 5% .


Označavanje čelika - Grupa 1 (osnovna oznaka)


Označavanje čelika - Grupa 1 (kompletne oznake)


Veze starih i novih oznaka opštih konstrukcionih čelika

METALIGrađevinski čelici

U građevinarstvu se uglavnom primenjujuugljenični čelici sa negarantovanim sastavom, alisa garantovanim mehaničkim svojstvima.Legirani čelici primenjuju se izuzetno retko.

■ Čelici za noseće konstrukcije (razni valjani profili i različite šipke – videti naredne skice i fotografije).

■ Niskougljenični čelici za limove (tanki limovi – do 3 mm, srednji limovi – do 4,75 mm i grubi limovi – preko 4,75 mm)

■ Pocinkovani čelični limovi (debljine 0,45 – 4 mm). ■ Brazdasti i bradavičasti limovi (za gazišta na

metalnim stepeništima – videti skice napred).

METALIMETALIGrađevinski Građevinski ččelicielici

■ Talasasti i koritasti limovi (videti skice napred),

■ Koritaste i udubljene ploče (videti skice napred),

■ Hladno presovani tankozidni profili (otvoreni i zatvoreni)

■ Čelična žica (do φ14 mm – dobija se: ili samo valjanjem, ili valjanjem + izvlačenjem),

■ Vučena žica za posebne namene (do φ14 mm),

■ Čelična užad (spiralna, prosto usukana i zatvorena užad),

■ Čelici za vijke, navrtke i zakivke,■ Betonski čelik (glatki, rebrasti, zavarene mreže, Bi-čelik),

■ Čelici za prednapregnuti beton (žice, šipke i užad).


Valjani profili i šipke


Valjani “I” - profili


Valjani “L” profili


a) Brazdasti lim b) Bradavičasti lim c) Talasasti lim d) Koritasti lime) Koritaste ploče f) Udubljene ploče; Desno: Hladno presovani tanko-

zidni nosači (otvoreni i zatvoreni)


a) Spiralna užad (sa 7, 19 ili 37 žica), b) Užad sa prosto usukanim strukovima, c) Zatvorena užad.● Pojedina užad imaju jezgra u formi vlaknastog uloška: ovaj uložak je ili od biljnih (kudelja) ili od sintetičkih vlakana. Ulošci, natopljeni nekim neutralnim sredstvom (radi podmazivanja), povećavaju savitljivost užeta.• Nosivost užadi manja je od zbirne nosivosti pojedinih žica!

Užad


← φ 5 - φ 12mm← φ 5-φ 36 mm

← φ 6-φ 14 mm← φ 6-φ 40 mm

Najčešće:← φ 6-φ 14 mm(za oba čelika)

Betonski Betonski ččelikelik(Jedna greška u tabeli, pod 3: Umesto: MAR 500/560, treba: MAR 400/500!)

METALIMETALIGrađevinski čelici – Betonski čelik

GLATKA ARMATURA do ovdeGA 220/340 (Č.0200) i GA 240/360 (Č.0300)

(340-360) (360-380)GA 220/340: φ5, φ6, φ 8, φ10, φ12GA 240/360: φ5, φ6,φ 8,φ10,φ12, φ14,φ16, φ18,φ20, φ22,

φ25,φ28, φ32 i φ36GA 220/340 – Koturovi (svi prečnici)GA 240/360 – Koturovi: (do φ22), Petlje (do φ28),

– Prave šipke: 12-20 m (preko φ28)

Prečnici:

Isporuka:

METALIMETALIGrađevinski čelici – Betonski čelik

REBRASTA ARMATURARA 400/500 – 1: Samo za statička opterećenja; φ 6, φ 8, φ 10 i φ 14 mmRA 400/500 – 2: Za statička i dinamička opterećenja; φ6, φ 8, φ 10, φ 12,Č04.. (390-480) φ 14, φ 16, φ 19, φ 22, φ 25, φ 28, φ 32, φ 36 i φ 40 mmIsporuka RA: Koturovi (do φ14), Petlje (do φ22), Prave šipke 12-20 m (>φ22)

METALIGrađevinski čelici – Betonski čelik

MREŽASTA ARMATURA – MAG 500/560, MAR 400/500

Prečnici šipki: Najčešće:φ 6-φ 14 mm Č05...(490-580) Č04..(390-480)Isporuka: L=5,00 m, B=2,70 m Oznake: Pravougaona okca: R XXX ili Rx XXX (za zidove),

Kvadratna okca: Q XXX

METALIGrađevinski čelici – Čelici za prednapregnuti beton

■ Žice (glatke i profilisane): Dobijaju se od vruće valjanog ugljeničnog čelika, postupkom patentiranja, hladnog izvlačenja i opuštanja, a često se podvrgavaju i postupku stabilizacije, koja podrazumeva: Istezanje prethodno zagrejane žice (150-4000C) za oko 1% dužine. Dobija se žica sa vrlo niskom relaksacijom fz=1450-2000 MPa, φ: 2,5; 3, 4, 5, 7, 8, 10, 12 mm.

■ Šipke (glatke i rebraste): Dobijaju se od od ugljeničnog ili legiranog čelika, uz moguću primenu dopunskih postupaka: hladnog izvlačenja, opuštanja, poboljšanja i dr. Bez ovih postupaka: fz ≤ 900 MPa, a sa njima: fz=1400 -1600 MPa, φ: 14, 16, 20, 25, 32, 36, 40 mm.

■ Užad (2, 3 ili 7 žica φ 2 – φ 4 mm): Najčešće se koristi patentirana, hladno vučena žica, a nakon formiranja, užad se podvrgava postupkuopuštanja, sa ili bez stabilizacije (za normalnu ili nisku relaksaciju). Užad od 7 žica - φ: 6,4; 7,9; 9,3; 11,0; 12,5 i 15,2 mm .


ŽICE: Prečnici žica φ:: 2,5; 3, 4, 5, 7, 8, 10, 12 mm2,5; 3, 4, 5, 7, 8, 10, 12 mm(za glatke i profilisane (za glatke i profilisane žžice)ice)


ŠIPKE: Prečnici šipki φ: : 14, 16, 20, 25, 32, 36, 40 mm(važi i za glatke i za rebraste šipke)


UŽAD (2, 3 ili 7 žica – φ 2-φ 4 mm)Prečnici užadi od 7 žica - φ: 6,4; 7,9; 9,3; 11,0; 12,5 i 15,2 mm

U novije vreme, neki od kablova isporučuju se sa plastičnim omotačem

METALISvojstva čelika: Fizička svojstva

■Zapreminska i specifična masa:γ = γs =7850 kg/m3

■Koeficijent toplotne provodljivosti: λ = 58 W/m0C

■Termički koeficijent linearnog širenja:αt = (1,0-1,3)⋅10-5 (1/0C)

METALISvojstva čelika: Mehanička svojstva

■ Ispitivanje zatezanjem: fz (σm), σv , δ, ψ, σ-ε dijag., E

■ Tvrdoća,■ Ostala statička ispitivanja,■ Udarna žilavost,■ Dinamička čvrstoća (visokociklični zamor),■ Uticaj ugljenika na mehanička svojstva,■ Mehanička svojstva na povišenim

temperaturama.

METALIMETALISvojstva Svojstva ččelikaelika: Mehani: Mehaniččka svojstvaka svojstva

Proporcionalne epruvete (obične): (1)Proporcionalne duge epruvete: (2)

mm 25 65,5 00 ≥⋅= Al

00 3,11 Al ⋅=

Za kružni poprečni presek:

A0=d02π/4:

l0 = 5 d0(proporcionalna)ili:l0 = 10 d0(proporcion. duga)

epruveta


nzkarz Sff ⋅−=−

645,1,

(za fraktil od 5%)E = tgα0E = 190 – 210 GPaZa patentiranu žicu:E = 190 – 200 GPa

nvikarvi S⋅−=−

645,1, σσ

Ispitivanje zatezanjem

σe → σ0.01 ili σ0.005σv → σ0.2 (σv , σvi)



Kako je:

σ = P/A0 iε = Δl/l0

to sledi da su:dijagram σ – ε i dijagram P-Δlafini, tj. da imje oblik identičan.

Zavisnost P – Δl i zavisnost σ – ε

METALIMETALISvojstva Svojstva ččelika:elika: MehaniMehaniččka svojstvaka svojstva


Mogućnost dobijanja dijagrama P - Δl

Dijagram P – Δl moguće je konstruisati i bez merenja izduženja Δl putem instrumenta:

Merenjem međusobnog razmicanja čeljusti kidalice u f-ji sile P - sl. a), a potom pomeranjem ose P koordinatnog sistema ulevo – sl.b)

METALIMETALI -- Svojstva Svojstva ččelika: elika: MehaniMehaniččka svojstvaka svojstva


σ – ε dijagrami za neke vrste

građevinskih čelika

Napomena:σ – ε dijagrami na skici levo predstavljaju rezultate konkretnih ispitivanja vršenih u našim institutima.

METALIMETALISvojstva Svojstva ččelika: elika: MehaniMehaniččka svojstvaka svojstva

Ispitivanje zatezanjem – Izduženje posle prekida

Elementi za definisanje dužine Lu posle prekida

(%) 100A

(%) 100

0

0

0

⋅−

=

⋅−

=

AA

llLu

ψ

δ

a) Lu= M1M2b) Lu=XY+2YZc) Lu=XY+YZ’+

YZ”


Ispitivanje tvrdoće

Metoda Brinela (varijanta: Poldijev čekić) Metoda Vikersa


Udarna žilavost ili “zarezna udarna žilavost”

)(J/cm 2

0FA

=ρ


Dinamička čvrstoća- Visokociklični zamor -


Dinamička čvrstoća- Visokociklični zamor -


Uticaj sadržaja ugljenika Cna σ - ε dijagram

E=190000-210000 MPaza patentiranu žicu:

E=190000-200000 MPa


Uticaj sadrUticaj sadržžaja Caja Cna fizina fiziččkoko--mehanimehaniččka ka

svojstva svojstva


Uticaj povišenih temperatura na čvrstoću čelika (u f-ji obrade)

• I zatezna čvrstoća i granica razvlačenja čelika, po pravilu, opadaju sa porastom temperature (v. sliku levo)

• Čelik (1) – koji nakon valjanja na toplo nije naknadno obrađivan, ako se posle zagrevanja do 6000C ohladi na 200C, imaće istu čvrstoću kao i pre zagrevanja!


Uticaj povišenih temperatura na čvrstoću čelika (u f-ji obrade)■ U istom takvom slučaju:• Čvrstoća čelika (2), koji je naknadno obrađen na toplo, biće za 20-30% niža, a čvrstoća čelika (3), koji je naknadno obrađivan na hladno, biće za preko 50% niža, nego pre zagrevanja! ■ Razlog: Posle zagrevanja, čelici (2) i (3) nikada ne mogu da povrate strukturu koju su imali pre zagrevanja,dobijenunaknadnom obradom čelika na toplo, odnosno na hladno!!


Na povišenimtemperaturama,u opštem slučaju, menjajuse i modul elastičnosti E(opada), izduženje pri kidanju δ (raste), kontrakcija poprečnog presekaΨ (raste) i udarna žilavost ρ (raste – videti priloženi dijagram).

METALISvojstva čelika: Reološka svojstva

■ Zbog sastava i strukturnih svojstava, kao i zbog visokog nivoaiskorišćenja napona (0,6 fz – 0,7fz), kod čelika za prednaprezanje u

odnosu na ostale vrste čelika (0,4fz – 0,5fz), pojave tečenja i relaksa-cije imaju praktični značaj samo kod ove vrste čelika!

■ Tečenje: 5-10% (ϕt=0,05-0,1), stabilizuje se već posle 1000 h (≈ 42 dana),

METALISvojstva čelika: Reološka svojstva

Krive relaksacije za patentiranu, hladno vučenu žicu, u funkci-ji nivoa opterećenja, tj. nivoa napona (sl. levo) Vrednosti relaksacije pri t=1000 h date su u

donjoj tablici:

Relaksacija:

METALISvojstva čelika: Tehnološka svojstva

Tehnološka proba savijanjem■ Za konstrukcioni i glatki betonski čelik: α =180 0 , D = 2 a (2φ)■ Za rebrasti betonski čelik: α = 90 0 , αpovr = 45 0 , D = 5φ

METALISvojstva čelika: Tehnološka svojstva

● Za razne debljine limova, odnosno prečnike žica,propisan je prečnik “trna” Di krak previjanja h!

● Propisan broj previjanja zapatentiranu, hladno vučenužicu:- Za glatku žicu: min 4- Za profilisanu žicu: min 3

Tehnološka proba naizmeničnim previjanjem (kod žica i limova)

METALIMETALISvojstva Svojstva ččelika: elika: TehnoloTehnološška svojstvaka svojstva

● Za sve prečnike patentirane, hladnovučene žice, propisan jeprečnik “trna” D=5φ ibroj namotaja n=10, kojeispitivana žica treba da podnese bez ikakvihoštećenja.

Tehnološka proba namotavanjem u zavojnicu (kod žica)

METALIMETALIPrimeri izvedenih metalnih konstrukcijaPrimeri izvedenih metalnih konstrukcija

Most Severn (Engleska, 1777.) i Ajfelova kula (Francuska 1889.)

METALIMETALIPrimeri izvedenih Primeri izvedenih ččelieliččnih konstrukcijanih konstrukcija

Most Gazela (Beograd, 1970.) i bazen Tašmajdan (Beograd, 1968.)

METALIMETALIPrimeri izvedenih Primeri izvedenih ččelieliččnih konstrukcijanih konstrukcija

metali - Грађевински факултет · pdf file · 2013-12-10dobijanje...

Documents