Строительные материалы и изделия

СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

Сталь наряду с бетонами — главнейший конструкционный матери­ал. Широкому использованию в строительстве сталь обязана высоким физико-механическим показателям, технологичности (возможности получения из нее конструкций различными методами) и большими объемами производства. Ниже рассмотрены основные технические характеристики стали и приведены численные значения некоторых характеристик сталей различного состава и строения.

ЧР - ТЬютностьстали — 7850 кг/м3, что при-

близительно в 3 раза выше плотности ка­менных материалов (например, обычный тяжелый бетон имеет плотность — 2400 ±

± 50 кг/м3).

Прочностные и деформативные свойст­ва стали обычно определяются испытанием стали на растяжение. При этом строится диаграмма «напряжение — деформация».

Сталь, как и другие металлы, ведет себя как упруго-пластичный материал (рис. 7.2). В начале испытаний деформации у стали про­порциональны напряжениям. Максималь­ное напряжение, при котором сохраняется эта зависимость, называется предел пропор­циональности оу (при этом напряжении ос­таточные деформации не должны превы­шать 0,05 %).

При дальнейшем повышении напряже­ния начинает проявляться текучесть стали — быстрый рост деформаций при неболь­шом подъеме напряжений. Напряжение, соответствующее началу течения, называют предел текучести ат.

Затем наступает некоторое замедление роста деформаций при подъеме напряже­ний («временное упрочнение»), после чего наступает разрушение об­разца, называется временным сопротивлением ов, что является факти­ческим пределом прочности стали (Д,).

Относительное удлинение стали є в момент разрыва характеризует ее пластичность. Оно рассчитывается по формуле: . д

Є = ((/,- k)/h) -100, V.'/. .з;--.,'

где 4 — начальная длина расчетной части образца, мм; /, — длина этой части в момент разрыва образца, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механи­ческих свойств сталей. Модуль упругости стали составляет 2,1 • 105 МПа.

Твердость сталей определяют на твердомерах Бринелля (НВ) или Роквелла (HR) по величине вдавливания индентера (закаленного ша­рика или алмазной пирамидки) в испытуемую сталь. Твердость вычис­ляют в МПа с указанием метода испытаний. Твердость поверхности стали можно повышать специальной обработкой (например, цемента­цией — насыщением поверхностного слоя стали углеродом или закал - укой токами высокой частоты).

вязкость — свойство стали противостоять динамическим (ударным) нагрузкам. Ее значение определяют по величине работы, необходимой для разрушения образца на маятниковом копре. Ударная вязкость зависит от состава стали, наличия легирующих элементов и заметно меняется при изменении температуры. Так, у СтЗ удар­ная вязкость при + 20° С составляет 0,5... 1 МДж/м2, а при —20° С — 0,3...0,5 МДж/м2.

Технологические свойства. Технологические испытания стали пока­зывают ее способность принимать определенные деформации, анало­гичные тем, которые стальное изделие будет иметь при дальнейшей обработке или в условиях эксплуатации. Для строительных сталей чаще всего производят пробу на холодный загиб.

При испытании на загиб (рис. 7.3) определяются не усилия для осуществления деформации, а условия (угол загиба, диаметр оправки), при которых возможно протекание деформации без нарушения сплош­ности образца (т. е. без появления трещин и расслоения). Чем пла - стичнее сталь, тем меньше диаметр оправки при испытаниях (см. табл.

7.2).

Для стальной проволоки подобные испытания проводятся на уста­новке, позволяющей перегибать проволоку на заданный угол. Мерой пластичности служит число перегибов проволоки до разрушения.

Теплотехнические свойства сталей в малой степени зависят от ее состава.

Теплопроводность стали, как и всех металлов, очень высока и составляет около 70 Вт/(м • К).

Коэффициент линейного термического расширения стали составляет

ю-5к.

Температура плавления стали зависит от ее состава и для обычных углеродистых сталей находится в пределах 1500...1300° С (чугун с содержанием углерода 4,3 % плавится при 1150° С).

Температуроустойчивостьстали связана с тем, что при нагревании в ней происходят полиморфные превращения, приводящие к сниже­нию прочности. Небольшая потеря прочности наблюдается уже при нагреве выше 200° С; после достижения температуры 500. ..600° С обыч­ные стали становятся мягкими и резко теряют прочность. Поэтому стальные конструкции не огнестойки и их необходимо защищать от действия огня, например, покрытием цементными растворами.