Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі семей қаласының ШӘКӘрім атындағы мемлекеттік униврситеті

Дәріс №2 Тақырыбы КҰРЫЛЫС МЕТАЛЛ КОНСТРУКЦИЯЛАРЫНА АРНАЛҒАН БОЛАТТАРДЫ ТАНДАП АЛУ

Болат вариантты жобалау және техникалық-экономикалық талдау

негізінде тандап алынады.

Құрылыс конструкциялары үшін болатты тандау келесі параметрлерге:

а) конструкцияны құрастыру және пайдалану кезіндегі қоршаған ортаның температурасына. Мұнымен төмен температура болған уақытында морт сыну қаупі ескеріледі;

ә) әр алуан жүктеу кезіндегі материал жұмысының ерекшелігін тексретін, жүктеу түріне (статикалық, динамикалық, вибрациялық және т.б);

б) кернеулену жағдайы түріне (сығу, созу, жазық немесе көлемді

кернеулену жағдайы);

в) меншікті кернеу деңгейін, кернеулер шоғырлану дәрежесін және қосылған жеріндегі материалдың касиетін анықтайтын, элементтердің

қосылу тәсіліне;

г) калыңдығы жуандаған сайын болат касиетінің өзгеруін ескеру үшін,

элементтерде қолданылатын прокат қалындығына байланысты.

КР ҚМжЕ (СНиП РК) [4] (1-қосымша, 50-кесте) сәйкес барлық кұрылыс конструкциялардың түрлері, материалы жұмысының жағдайларына байланысты, төрт топтарға бөлінген.

Бірінші топқа ерекше ауыр жағдайларда жүмыс жасайтын немесе тікелей динамикалық, вибрациялық немесе жылжымалы жүктемелер әсеріне ұшырайтын, дәнекерленген конструкциялар мен олардың элементтері жатқызылған (кранасты арқалықтар; жұмыс алаңшаларының арқалықтары; ферма фасонкалары; көліктік галереялардың аралық конструкциялары; биіктігі 60 метрден жоғары электртарату жолдарының тіректері және т.б.)

Бірінші топтағы конструкциялар өте күрделі жағдайларда жұмыс жасайды. Сондықтан бұл конструкцияларға арналған болаттар үшін өте жоғары талаптар қойылады.

Екінші топка статикалық жүктеме кезінде созуға жұмыс жасайтын (фермалар; рамалар ригельдері; қабатаралық жабын және төбе жабын арқалықтары; саты косоурлары; көліктік галереялардың тіректері және т.б.) дәнекерленген конструкциялар немесе олардың элементтері, және де дәнекерленген қосылыстары жоқ кезіндегі бірінші топтағы конструкциялар кіргізілген.

Үшінші топқа статикалық жүктеме кезінде көбінесе сығу кернеу әсеріне жұмыс жасайтын дәнекерленген конструкциялар (мәселен, ұстындар, бақандар, жабдық астындағы тіректер және баска сығылған, сығыла-майысқан элементтер) және де дәнекерленген қосылыстары жоқ кезіндегі екінші топтағы конструкциялар жатқызылған.

Төртінші топқа қосалқы конструкциялар (байланыстырғыштар; фахверк элсмснттері; сатылар; қоршаулар және т.б.) және де дәнекерленген косылыстары жоқ кезіндегі үшінші топтағы конструкциялар кірістірілген.

Егер үшінші мен төртінші топтағы конструкциялар үшін статикалық жүктсмелер кезіндегі беріктік талабымен шектелу жеткілікті болса, бірінші мен екінші топтар үшін болаттың динамикалық әсерлерге және морт қирауға кедергісін бағалау маңыздысы болып табылады.

Дәнекерленетін конструкциялар үшін міндетті түрде материалының дәнекерленгіштігін анықтау керек. Дәнекерлі қосылыстары жоқ конструкциялар элементтеріне қойылатын талаптардың жеңілдеуі мүмкін себебі дәнекерлік кернеу өрісі жоқтығы, кернеулер шоғырлануының төмендегі және баска факторлар олардың жұмыс жағдайын жақсартады.

ҚР ҚМжЕ [4] -тің 50-кестесінде конструкциялар тобына және кұрылыс жүргізілетін ауданның ауа райына байланысты болаттардың тізімі келтірілген.

Әр топ ішінде болаттың соңғы таңдалуы техникалық-экономикалықкөрсеткіштерін (болат шығынын жөне конструкцияның құнын) салыстырунегізінде және дайындаушы зауыттың технологиялык мүмкіндіктерін ескеруменжасалуы керек.

Конструкция құрамына (мәселен, құрамалы арқалықтарда, фермаларда)болаттың екі түрін қолданған экономикалық тиімді келеді - беріктігі жоғарылау болатты қатты жүктелген элементтер үшін (фермалар, аркалықтарбелдемелері), ал беріктігі төмендеуін шамалы жүктелген элементтері үшін (фермалар керегеторлары, арқалықтар қабырғасы).

Болат ферриттен және перлиттен құралады.Перлиттің түйірлері фериттен едәуір беріктеу келеді. Осы екі құраушылар көміртекті болаттың жүктеме әсерінен жүмысын анықтайды.

Зерттеулердің керсетуі бойынша пластикалық деформациялар жанама кернеулер әсерінен феррит түйірлерінде ысыру (сдвиг) аркылы өтеді. Феррит түйірлерінде ысыру пайда болуына болат құрамындағы беріктеу перлит түйірлері үлкен кедергі туғызады. Сондықтан да болаттың беріктігі таза темірге карағанда едәуір жоғары болады.

Азкөміртекті болаттың қүрамына байланысты созу кезіндегі жұмысын мына түрде көрсетуге болады.

Бірінші кезеңде пропорционал шегіне σ_р дейін әсер ететін кернеулерге пропорционалды серпімді деформациялар пайда болады. Мұны серпімді жүмыс кезеңі деп атайды. Материалдың осылай жұмыс жасау кезеңінде ұзару деформациялары атом торының серпімді-қайтқыш бүлінуі арқасында пайда болады. Сондыктан үлгіден жүктемені түсіргеннен кейін, ол алғашқы өлшемдеріне қайта келеді.

Жүктемені одан әрі өсіру феррит түйірлерінде жеке ысырулар пайда болуына келтіреді. Ксрнеулср мсм деформациялар арасындағы пропорционалдылығы бұзылады, яғии деформациялар кернеулерден тезірек өсе бастайды (σ_ужәне σ_р арасындағы бөлік). Кейінгі кернеулер өсуі феррит түйірлеріндегі жеке ысыру санын көбсйтіп, оны ысыру сызық-жолына дамытады. Бұл жағдай тұрақты кернеулер кезіндеүлкен деформациялар пайдаболуына келтіреді, яғни аққыштық, алаңшасы құралады. Бұл пластикалы акқыштық кезеңінс аққыштық шек кернеуі σ_у сәйкес келеді.

Азкөміртекті болаттардың және кейбір төменлегирленген болаттардың акқыштық, алаңшасының үзындығы 1,5-2% шамасында болады. Деформациялардың дамуы феррит түйірлерінде аздаған серпімді деформациялар мен үлкен кайтымсыз ысырулар нетижесінде пайда болады. Сондықтан жүктемені алғаннан соң деформациялардың бір бөлігі қайтады, ал кайтымсызы қалдық деформацияларға келтіреді.

Деформациялардың одан әрі дамуына беріктеу және қатандау перлит түйірлері кедергі жасайды. Сондықтан үлгіде жалпы ысыру жазықтығы пайда болуы үшін ферриттің жеке түйірлеріндегі ысырулар перлит түйірлерін орағытуы керек немесе осалдау жерлерін жарып өтуі керек. Бүл үшін кернеулерінің жоғарлауы кажет. Аққыштық алаңшасынан уақытша кедергісіне дейінгі, сыртқы әсерлерге кедергісі көтерілетін, осы кезең өздігінен беріктену қезеңі деп аталады. Осы кезенде материалдың жүмысысерпімді-пластикалы ретінде өтеді.

Созған кезде ұзарту бойлық деформациясьша тарылу көлденең деформациясы ілесе жүреді. Уақытша кедергісіне таялған кезде ұзару мен тарылу деформациялары осалдау жеріне шоғырлануы арқасында "мойынша (шейка)" қүралады. Мойынша орынында үлгі қимасы тез кішірейеді. Осы себептен, үлгідегі жүктеменің төмендеуіне қарамастан, мойынша қимасындағы кернеу көтеріле береді. Осыньң нөтижесінде мойыншаның құрылған орынында үлгі үзіледі.

Ұзын аққыштық алаңшасы пайда болу тек қүрамына 0,1-0,3% шамасында кеміртек кіретін болаттарға тән. Көміртек кемдеу кезінде феррит түйірлеріндегі ысыруды тыю үшін перлит түйірлері жетіспейді, ал артық кезінде перлит түйірлері көп болып феррит деформациясын үнемі тыйыптұрады. Сондықтан оларда аққыштық алаңшасы пайда болмайды. Мұндайболаттар үшін шартты аққыштықшегі σ_0,2 0,2%-ға тең қалдық деформациясы бойынша апықталады.

Болатгың созу кезіндегі жұмысының негізгі көрсеткіштері болып улкен деформациялардың дамуыалдынсипаттайтынσ_уаққыштық шегі элементтің қабылдай алатын шекті жүктемесіне сәйкес келетін σ_ууақытша кедергісі және материалдыңпластикалық касиеттсрін сипаттайтынсалыстырмалы ұзаруы болыптабылады. Олүш көрсеткіштері болат Мемлекеітік стандартында келтірілген.

Азкөміртекті болаттыңаққыштықшегіненуақытша кедергісіне дейінгі аралықтағы материалдың жұмыс жасай алатын коры едәуір көп σ_у/σ_u~0,6 Осы жағдай болаттың пластикалық қасиеттерін кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді. Беріктігі жоғары болаттыңаққыштық шегі уақытша кедергісіне жақын таялады (σ_у/σ_u≥0,8), сондықтан мұндай материалдың серпімді-пластикалық кезеңіндегі жұмысын пайдалануға шек қойылған.

Серпімді жұмысы кезеңіндебарлық прокатталған болаттар үшін серпімділік модулі Е=2.06∙10⁵ МПа=2,06∙10⁴ кн/см². Пропорционал σ_р шегінен аққыштық σ_ушегіне дейінгіаралықтағы кернеулер кезінде серпімділік модулі кемиді.

Пластикалық деформациядан кейін өздігінен беріктену кезеңіне ауысуы, сонан соң болаттыңүзілуі жалғыз өсті біркелкі таралған кернеу кезінде ысыру арқылы өтеді. Максималды жанама кернеулер әсер ететін бағыты бойынша металдың қарқынды ағу жазықтығыпайда болады.

Екі өстер бойынша жүктелген кездеметалдың пластикалық күйіне ауысуы, өсер ететін кернеулердің таңбасына және мөлшерлерінің ара қатынасына байланысты. Мысалы,екі өстері бойынша таңбалары бірдей жүктемелер катарынанөсіп, кернеулері қимасындабіркелкі таралған кезде, пластикалық ағу көлбеген (наклонный) жазықтықтар бойынша ысыру арқылы өтеді. Мұндағы кернеулер жалғыз өстіжүктелген кездегісімен бірдей болады.

Егер жүктемелердің таңбалары әр түрлі болып,болат бір бағытында созылып екінші бағытында сығылса, онда пластикалық ағуы жалғызөсті жүктелген кезіне қарағанда аздау кернеумен өтеді.

Кернеулері қимасында біркелкі емес таралғанкезде, болаттың бір бөлігінің екінші бөлігі бойынша ысыруына серпімді аймақтары кедергі туғызады. Сондықтан қимасының аққыштыққа шалдыққан бөлігінде пластикалық ағу қысылған жағдайдаөтеді. Осы себепаққыштық кернеуінің σ_у көтерілуіне келтіріледі.

Әр түрлі болаттардың созған кездегі жұмысының диаграммасы параметрлерініңшамасы бойынша елеулі ажырасады. Егер осы диаграммаларды салыстырмалы координаттарда σ/ σ_0,2 және ξ/ξ_0,2тұрғызса, онда айырмашылығы шамалы болады. Мұндағы σ_0,2 менξ_0,2сәйкес ақкыштық шегі мен аққыштық алаңшасының басындағы салыстырмалы деформация. Сондықтан осындай диаграммалар унификацияланған ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. ... Қасиеттері бойынша алюминийдің болаттан едәуір айырмашылығы бар. Егер болаттың тығыздығы ρ_бол=7,85т/м³ болса, алюминийдікі ρ_ал=2,7т/м³, яғни үш есе дерліктей болаттан жеңіл. Егер болаттың серпімділік модулі Е_бол=2,06∙10⁵МПа болса, алюминийде Е_ал=0,71∙10⁵МПа, мұнда да үш есе кем болаттан. Алюминийдің созу диаграммасында аққыштық алаңшасы жоқ. Шартты аққыштық шегінің кернеуі σ_О2=20-30МПа, уақытша кедергісінің кернеуі σ_u =60-70МПа. Ал, болат үшін ең кіші аққыштық шегінің кернеуі σ_у^min=190МПа болса, ең кіші уақытша кедергісінің кернеуі σ_u^min=350МПа. Алюминий өте пластикалы келеді, оның үзілер кезіндегі ұзаруы 40-50%-ға жетеді.

Таза алюминий оңай коррозияланады, бірақ тез арада бетінде жұқа тотығу үлпегі пайда болып, коррозияның одан әрі дамуынан қорғайды.

Беріктігі төмен болғандықтан алюминий таза түрінде конструкцияларда қолданылмайды. Сондықтан оны беріктендіреді: а) легирлендірумен; ә) нагар-товкалаумен, яғни алдын ала созумен; б) термиялық өңдеумен.

Легирлендіруші коспалардың құрамына байланысты легирлендірілген алюминийдің уақытша кедергісі таза алюминийге карағанда 2...5 есе еседі. Мұндай қоспалар ретінде магний, марганец, мыс, кремний, мырыш және кейбір басқа элементтер пайдаланылады.

Осы қорытпаларды алдын ала созумен-нагартовкалаумен шартты аққыштық шегінің кернеуін σ_0,2 1,5...2 есе көтеруге болады.

Көп компонентті алюминий қорытпалары термиялық өңдегеннен кейін тозу үрдісінде беріктігі көтеріледі. Мүндай корытпалар термиялық беріктендірілетіндері деп аталады. Олардың уақытша кедергісі σ_u=400МПа-дан асуы мүмкін, бірақ пластикалылығы кеміп салыстырмалы ұзаруы 5...10%-дан аспайды.

Қос композициялы қорытпаларды (А1-Мg, АІ-Мn) термиялық өңдеу беріктенуіне келтірмейді. Бұл қорытпалар термиялық беріктендірілмейтіндері деп аталынады. Осы себептерден алюминий қорытпаларының маркалары көп болады.

Алюминий қорытпалары әр түрлі термиялық өңделген және нагартовкаланған күйінде жеткізіледі. Бұл жағдайлар былай белгіленеді:

М-күйдірілген (отожженный, мягкий);

Н-нагартовкаланған;

1/2Н -жартылай нагартовкаланған;

Т-шыңдалған (закаленный) және 3...6 тәулік арасында үйтемпературасы кезінде табиғи тоздырылған;

Т1 –шьңдалған және бірнеше сағат арасында жоғарланған температура кезінде жасанды түрде тоздырылған;

Т5-толық шындалмаған және жасандытүрдетоздырылған.

Жеткізу күйінің таңбасы корытпа маркасының шарттыбелгісінесызықшадан кейін қосылады. Мысалы, АМг-М, АД-35-Т1 және т.т. Құрылыста келесі қорытпалар қолданылады:

1. 
   магналиялар депаталатын алюминиймен магнийдің қорытпасы. Ол маркасында АМг әріптерімен және магнийдің пайыздағы шамасын көрсететін санмен белгіленеді. МысалыАМг6;
   
2. 
   дюралюминдер деп аталатын мыс, магний жәнеаздау мөлшердегі
   

марганецтармен алюминийдің қорытпасы.Дюралюмин"Д" әріпімен жәнекезекті санын көрсететін цифрменбелгіленеді (Д1, Д16);

3) авиаль деп аталатын кремний(1%), магнкй (0,7%), мыс (0,4%),марганец немесе хромдармен алюминийдіңқорытпасы. Маркасында "АВ" әріптерімен белгіленеді.

Алюминий қорытпалары қымбат болғандығынан, бағалы қасиеттеріне қарамастан, құрылыс конструкцияларында сирек пайдаланылады. Олар көбінесе көтергіш және қоршаушыміндеттерінқатарынан атқаратын конструкцияларды және суық солтүстік, жер сілкінетін немесе жетуге қиын аудандар құрылыстарында қолданылады

Сурет 4. Болат жұмысының унификацияланған диаграммасы.

Азкөміртекті болаттың пропорционал шегіне дейін мүлде серпімді
дерліктей екені созу диаграммасынан жақсы байқалады; бұл кезде оның
серпімділік модулі тұрақты және өте үлкен (Е = 2,06∙10⁵ МПа). Серпімді жүмысынан соң шамалы өтпелі бөлігінен кейін пластикалық ағысы басталады. Аққыштық алаңшасы бойында болат мүлдем пластикалы дерліктей, яғни пластикалық модулі Е_пл нөл шамасьшда. Мұндай болаттарды, акқыштық шегіне дейін мүлдем серпімді, одан кейін мүлдем пластикалы жұмыс жасайтын, идеалды серпімді-пластикалы материалға үқсатсақ көп қателеспейміз (Прантль диаграммасы).

Сурет 5. Болат жұмысының идеалданған диаграммасы

Мұндай ұқсату конструкциялар есептеуін едәуір жеңілдетеді және болат жұмысының талдау шегін кеңейтеді.

Акқыштық алаңшасы жоқ болаттардың пластикалық деформацияларыныңорташа модулі серпімділік модулінің 1%-на тең. Сондықтан онымен санаспай пластикалық модулін нөлге теңеп, мүндайболаттарға да Прантль диаграммасын қолдануға болады.
Дәріс №2.Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Алюминийдің болаттан айырмашылық қасиеттері қандай..

2. Металл конструкциялар және конструкциялардың басқа түрлері.

3. Құрылыс болаттары.

Дәріс №3 Тақырыбы МАТЕРИАЛДАРДЫҢ НЕГІЗГІ КАСИЕТТЕРІ МЕН ЖҰМЫСЫ. БОЛАТТАР. ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ