Какое влияние оказывает рабочая среда на свойства материала

Изменение свойств строительных сталей

под воздействием внешних факторов

— Наклеп

— Старение

— Температурные воздействия

— Влияние окружающей среды

Наклеп – увеличение упругой работы материала под воздействием пластических деформаций. При воздействии на сталь до уровня образования пластических изменений с последующим снятием нагрузки, образуется остаточная деформация, т.е. материал уже не может принять изначальное состояние. Вторичное нагружение и разгрузка, позволяют стали так же работать упруго, но только лишь до уровня изменений от первичного нагружения, остаточная деформация увеличивается еще больше. Многократные воздействия, выше границ упругих деформаций, значительно понижают пластичность стали и повышают ее жесткость, что в свою очередь приводит к повышению возможности хрупкого разрушения. При наклепе нарушается атомная структура стали, после чего она остается в деформируемом состоянии. В процессе производства металлоконструкций наклеп образуется во время рубки листовой стали на гильотине или холодном гибе на листогибочном станке. Однако когда пластичность не является важным параметром, заложенным в конструкции, наклеп применяют для увеличения границ упругой работы (например, в напряженных металлоконструкциях с использованием проволоки высокой прочности, в холоднотянутой арматуре и т.п.).

Старение – способность низкоуглеродистых сталей изменять свои свойства, без значительного изменения своей структуры. Процесс старения незначительно увеличивает прочность стали, снижает ее пластичность и уменьшает возможность сопротивления хрупкому разрушению, одновременно понижается порог хладноломкости. При термическом старение, в сталях с низким содержанием углерода снижается растворимость азота и углерода. Образуется после сварки или проката, во время интенсивного охлаждения (600-700 С) до температуры окружающей среды. Так же к старению приводит обработка сталей методом холодных деформаций при гибке или штамповке проката, развивается в течении нескольких дней, во время деформация вкупе с небольшими температурными воздействиями (200-300 С) данный процесс развивается за минуты. Старение сталей для металлоконструкций может привести к их разрушению, особенно при эксплуатации в зоне низких температур, в связи с чем, для некоторых сталей проводятся испытания на склонность к старению. С целью уменьшения такой склонности, в процессе производства, расплав модифицируется алюминием, титаном, ванадием, которые позволяют связать азот и нитриды.

Температурные воздействия. Термические воздействия способствуют изменению механических свойств строительных сталей. При нагреве до 600-650 С, сталь полностью теряет свои несущие свойства, от 400 градусов и выше предел текучести значительно снижается, при 250 – 300 С сталь приобретает крупнозернистую структуру, становится немного прочнее и менее пластичной, 200-250 градусов практически не влияют на характеристики сталей. Однако основное влияние на прочностные показатели сталей, оказывают отрицательные температуры. Снижение надежности (хладноломкость) при низких температурах учитывается на стадии проектирования строительных металлоконструкций. Для сталей регламентируются данные о температурных значениях, при которых уменьшается ударная вязкость до заданных параметров, определяется критическая температура, при которой сталь переходит в хрупкое состояние. В зависимости от этих данных, на стали разработаны рекомендации по их применению в различных условиях эксплуатации.

Влияние окружающей среды. В период своей службы строительные металлоконструкции подвергаются воздействию атмосферы и агрессивных сред. К основным причинам, оказывающим негативное влияние на стальные конструкции, относятся: влажность, температура, образование конденсата, пыль, агрессивные газы, жидкости и технологические выбросы на производственных предприятиях. Главный фактор отрицательного воздействия на стали, это относительная влажность, приводящая их к коррозионному разрушению. В зависимости от различных значений влажности, климатические зоны эксплуатации конструкций, подразделяют на три типа: сухая, нормальная, влажная. Влияние агрессивности сред на незащищенные стали делится на четыре категории: неагрессивная — износ стальной поверхностей не более 0,01 мм в год; слабоагрессивная среда коррозия до 0,05 мм за год; среднеагрессивная 0,05-0,1мм; сильноагрессивная – износ больше 0,1мм/год. По характеру коррозионного действия различают сплошную и местную коррозию. Сплошная разрушает всю поверхность, распространяется равномерно с одинаковой скоростью, либо неравномерно, разрушая некоторые участки быстрее. Местная коррозия затрагивает отдельные участки стали, возникают точечные пятна, каверны, которые со временем становятся довольно глубокими, могут привести к сквозным или подповерхностным разрушениям, ослабляя сечения и создавая концентрации напряжений в металле конструкций. Для защиты металлоконструкций от атмосферных и агрессивных воздействий применяют различные защитные покрытия или применяют коррозионные стойкие стали.

Источник

Зависимость механических характеристик конструкционных материалов от их химического состава, внешних условий и условий нагружения весьма многообразна; отметим наиболее существенные, характерные для типичных условий эксплуатации конструкций.

Влияние содержания углерода. Введение различных легирующих добавок в металлы позволяет значительно повысить прочностные характеристики сплавов. На рисунке показано влияние процентного содержания углерода на механические свойства конструкционной стали.

Влияние процентного содержания углерода

Как видно, с увеличением содержания углевода, временное сопротивление повышается в несколько раз; однако при этом значительно ухудшаются пластические свойства; относительное удлинение δ и относительное сужение ψ при разрыве уменьшаются.

Влияние температуры окружающей среды. Повышенные температуры оказывают существенное влияние на такие механические характеристики конструкционных материалов, как ползучесть и длительная прочность.

Ползучестью называют медленное непрерывное возрастание пластической (остаточной) деформации под воздействием постоянных нагрузок (более подробно о ползучести — здесь).

Длительной прочностью называется зависимость разрушающих напряжений (временного сопротивления) от длительности эксплуатации.

Свойства ползучести и длительной прочности проявляются у углеродистых сталей при t > 300oС, для легированных сталей при t > 350oС, для алюминиевых сплавов при t > 100oС.

Некоторые материалы проявляют эти свойства и при обычных температурах.

Мерой оценки ползучести материала является предел ползучести — напряжение, при котором пластическая деформация за определенный промежуток времени достигает заданной величины. В некоторых случаях сопротивление ползучести оценивается величиной скорости деформации по прошествии заданного времени. При обозначении предела ползучести указывается величина деформации, время и температура испытаний. Например, для жаропрочного сплава ХН77ТЮР при температуре 700oС за время 100 часов и деформации ползучести 0,2%, предел ползучести составляет 400 МПа:

σ0,2/100(700) = 400 МПа

Ползучесть сопровождается релаксацией напряжений — самопроизвольным уменьшением напряжений с течением времени при неизменной деформации (более подробно — здесь).

Скорость релаксации напряжений возрастает при повышении температуры.

Мерой скорости релаксации служит время релаксации—промежуток времени, в течение которого напряжение уменьшается по сравнению с начальным значением в е=2,718 раза.

Прочность материала при повышенных температурах оценивается пределом длительной прочности — напряжением, при котором материал разрушается не ранее заданного времени. При обозначении предела длительной прочности указывается продолжительность нагружения и температура испытания. Так, для сплава ХН77ТЮР при температуре 700oС и времени 1000 часов предел длительной прочности составляет 330 МПа . При кратковременных испытаниях для этого же сплава при температуре 700oС пределы прочности и текучести соответственно равны: σВ = 830 МПа,σ0,2 = 560 МПа.

Влияние повышенных температур на характеристики прочности и пластичности можно проследить на следущих рисунках, где представлены осредненные результаты экспериментов:

Влияние температуры на упругие свойства

Влияние температуры на пластические свойства

для 1 — углеродистой стали, содержащей 0,15% углерода; 2 — 0,40% углерода, 3—хромистой стали.

Прочность углеродистых сталей с повышением температуры до 650—700oС снижается почти в десять раз. Наиболее резкое снижение σВ наблюдается для алюминиевых сплавов. Наибольшими значениями σВ при высоких температурах обладают литые жаропрочные сплавы, содержащие 70—80% никеля. Снижение пределов текучести σТ с повышением температуры происходит примерно так же, как и снижение σВ.

Для углеродистых сталей характерным является ухудшение пластических свойств (охрупчивание) при температурах около 300oС (кривая 2 на рис. Влияние температуры на пластические свойства ).

Влияние температур на упругие свойства. Температурный коэффициент линейного расширения 2016-10-22-18-40-55-skrinshot-ekrana и температурный коэффициент модуля упругости 2016-10-22-18-41-47-skrinshot-ekrana связаны между собой соотношением η+αm=0, или η/α = -m =const,

где r и m — постоянные, характеризующие параметры кристаллической решетки.

Зависимость модуля упругости от температуры

На рисунке приведена зависимость безразмерного модуля упругости Е/Е0 некоторых конструкционных материалов от температуры (E0— модуль упругости материала при обычной температуре): 1 — нержавеющая сталь; 2 — алюминиевые сплавы, 3 — углеродистые стали, 4 — титановые сплавы.

Для сталей с повышением температуры испытаний с 25 до 450oС модули упругости Е и G уменьшаются на 20—40%, при этом, начиная с 300—400oС наблюдается расхождение между значениями модулей, определенными при статических и динамических испытаниях.

Изменение модулей упругости при малых колебаниях температуры (от –50 до +50oС) незначительно и им обычно пренебрегают.

Источник

С первой частью и причинами появления этого материала можно познакомится в прошлой публикации.

А в этой затрону такие понятия как прочность, жесткость и устойчивость.

—————————————–

Понятия: прочность, жесткость и устойчивость являются очень важными при конструировании мебели. Далее я рассмотрю их по возможности ясно и просто. На примерах постараюсь показать где это встречается на практике. И начну с понятия прочность.

Возьмите, например, полоску бумаги и попробуйте порвать её, просто потянув руками в разные стороны.

А теперь попробуйте порвать ту же бумажную полоску по другому, сблизив пальцы и потянув одну руку к себе другую от себя.

Почувствовали разницу?

Так вот понимание того, почему так происходит позволяет делать нам различные вещи прочными или не очень прочными. И делать это по собственному желанию. То есть возрастает предсказуемость и контроль результата. Попробую наглядно объяснить что же это такое. Представьте себе,что любой материал состоит из множества маленьких ниточек.

И когда мы пытаемся порвать его первым способом. Мы разрываем все ниточки одновременно.

А вторым одну за другой.

Вспомните материалы с которыми мы сталкиваемся каждый день. Дерево, металл, стекло, пластмасса. Каждый имеет свои свойства: плотность, гибкость, мягкость, твердость, хрупкость, эластичность и прочность.

При конструировании мебели чаще с этим понятием сталкиваемся при крепеже. Ведь щитовая мебель чаще всего собирается на шурупы, а не гвозди. Шуруп он каждым своим витком цепляется за материал и «ниточек» его удерживающих имеется множество, а у гвоздя одна.

Хотя в случае с гвоздями… когда задник из ДВП прибивают к панелям. Прибейте его на два гвоздя и легко оторвете, а прибейте на 10-20, придется очень постараться оторвать.

Что касается жесткости, она в основном определяется трехмерностью конструкции.

Кроме этого важное значение имеют направление и сила воздействия на нашу конструкцию. Здесь можно посмотреть на примере кухонных шкафов.

Возьмем нижнюю тумбу. Я в своей практики всегда ставил стойки тумбы на дно. Поясню почему так. Вес столешницы, полок, того что находиться на столешницах и полках передается на стойки. Они в свою очередь передают этот вес на дно, а затем на ножки и пол. (рис 1)

В случае когда дно вкладывают между стоек, весь вес стойки передают посредством крепежа только на малую часть дна. Очевидно, что при значительной нагрузке или при временном резком повышении такой нагрузки( кто-то прыгнул, упало что-то тяжелое) крепеж может выломать. Конечно, когда модулей несколько и они стянуты, и под цельной столешницей, то вероятность того, что крепеж выломает очень низка. (рис 2)

Посмотрим на верхний шкаф. Все полки, дно и крыша делаются вкладными. Нагрузка также вся сосредоточена на стойках. Но посмотрите куда эта нагрузка направлена. Каждая полка и то, что лежит на полках, давит только на свой крепеж. А все вместе через стойки передается на навеску шкафов.

В общем когда мы конструируем различные вещи стоит посмотреть какая нагрузка и с какой стороны действует на нашу вещь.

Перейдем к устойчивости.

Однажды ко мне пришел заказчик, чтобы заказать обычный двустворчатый шкаф под одежду. Два метра высотой, один метр шириной и 50 сантиметров глубиной. И все бы ничего, но он попросил сделать дверки из ЛДСП и во весь их размер зеркала. Я спросил его, что он будет класть вниз шкафа. Он мне ответил: разные коробки, обувь. Пришлось объяснить ему, что при таких размерах дверей и такой загрузке шкафа, при открытии дверок шкаф будет падать так как вес дверей вместе с зеркалами больше веса шкафа. Заказчик был несколько удивлен этим обстоятельством, но согласился с моей рекомендацией закрепить шкаф к стене.( в этом случае шкаф бы не падал).

Давайте посмотрим от чего же зависит устойчивость предметов. Возьмем к примеру относительно однородный предмет — кирпич.

На рисунке слева показан кирпич, который не упадет, справа, который упадет. Я думаю понятно почему.

В первом случае основная масса кирпича не выходит за пределы плоскости на которую кирпич опирается, во втором же выходит. Я не просто так упомянул об однородности предмета, ведь в различных конструкциях основная масса предметов может находиться в разных частях. Например, в том шкафу о котором я рассказывал выше, масса сосредоточена на передней части шкафа и при открытии дверок она перемещалась далеко за пределы плоскости, на которую опирается шкаф. И можно обеспечить устойчивость такого шкафа, положив на его дно какие-либо тяжелые предметы (они должны быть тяжелее дверок).

Вспомните также детскую игрушку «неваляшку», она возвращается в исходное положение только потому, что основная масса игрушки сосредоточена внизу и дно имеет шарообразную форму.

Рассмотрим еще примеры устойчивости-неустойчивости.

Высокий табурет или барный стул. Если площадь опоры этого стула равна площади сиденья, стул будет легко уронить, если наоборот, он будет устойчивым.

Другой пример. Комод со множеством ящиков. Ведь не случайно верхние ящики делают поменьше размером, так как если верхний ящик будет таким же как нижний, при выдвигании, если он достаточно нагружен, будет перевешивать общий вес комода.

В итоге для обеспечения устойчивости конструкций нужно добиться, чтобы основная масса находилась внизу , а сама конструкция имела достаточно большую площадь опоры.

Как Вы поняли все вышеприведенные рассуждения основаны на здравом смысле. Поэтому не стесняйтесь использовать свои здравые суждения относительно конструирования. Успехов Вам.

————————————–

Спасибо что дочитали. Буду рад вашей поддержке в виде лайка и подписки на канал. И смотрите другие публикации на канале.

Александр.

P.S. Приглашаю также на свой сайт.

Источник

Отделка фасада – это важная часть строительных работ, так как именно от нее зависит срок эксплуатации здания.

Красивый внешний вид – это лишь одна, пусть и важная, функция фасада, но помимо этого, он также выполняет задачу по защите постройки от воздействия внешней среды: уличного шума, перепада температур, дождей, снега, механических повреждений, вредителей и тому подобного.

Советы по выбору

При таком разнообразии вариантов выбрать подходящий тип отделки бывает затруднительно. Облегчить себе задачу можно, воспользовавшись следующими советами.

Совет № 1. Бюджет

Первое, что нужно учитывать при выборе материалов для отделки фасада, – ваш бюджет. Зачастую этот фактор играет решающую роль и не позволяет приобрести самый лучший материал. Если финансы очень ограничены, стоит рассмотреть такие варианты, как штукатурка или сайдинг.

Совет № 2. Характеристики

Далее следует обратить внимание на характеристики потенциальных материалов. Если бюджет позволяет, можно выбирать наиболее прочные и надежные виды отделки: камень, керамогранит, фасадные кассеты.

Совет № 3. Монтаж

Выбор материала также зависит от того, кто будет его устанавливать. Профессионалы справятся с любым типом отделки, но если вы планируете самостоятельно проводить все виды работ, то в первую очередь оценивайте свои силы. Сложные материалы требуют определенных навыков в установке, и если их нет, лучше остановиться на более простых, с точки зрения монтажа, вариантах: штукатурке, сайдинге или сэндвич-панелях.

Совет № 4. Внешний вид

Когда цена не имеет значения, а главной задачей является солидный и презентабельный вид строения, стоит обратить внимание на дорогие и эффектные материалы: камень, кирпич, керамогранит, сэндвич-панели и кассеты.

Совет № 5. Окружающие постройки

При выборе варианта отделки фасада нужно заранее определить, будет ли дом отличаться от окружающих его построек или же, наоборот, будет составлять с ними единый архитектурный ансамбль. Тут уже стоит посмотреть, что именно используют соседи, однако вовсе не обязательно останавливаться на таких же вариантах, ведь большинство из видов отделки предлагается в широком ассортименте. Вполне реально найти подходящий по цвету и текстуре материал, который будет значительно качественнее и прочнее.

Понравилась статья? Делитесь с друзьями, ставьте лайк и подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые статьи!

Источник

Какое влияние оказывает рабочая среда на свойства материала

Популярные варианты отделки

Штукатурка

Камень

Кирпич

Керамогранит

Плитка

Сайдинг

Сэндвич-панели

Фасадные кассеты

Советы по выбору

Совет № 1. Бюджет

Совет № 2. Характеристики

Совет № 3. Монтаж

Совет № 4. Внешний вид

Совет № 5. Окружающие постройки