7. Физико-механические свойства арматурных сталей. Диаграммы растяжения.

Физико-механические свойства арматуры зависят от, химического состава стали, из которой она сделана, спо­соба изготовления и обработки. Повышения прочности стали достигают увеличением количества углерода, а так­же введением различных легирующих добавок — марган­ца, хрома, кремния и др. Однако многие легирующие до­бавки, повышая прочность, стали, одновременно снижа­ют ее деформативность, свариваемость и другие полезные свойства, повышают стоимость.

Используются еще два пути, повышения прочности ста­ли без изменения ее химического состава — термическое и механическое упрочнение. При термическом упрочне­нии осуществляются закалка арматурной стали (нагрев до 800...900°С и быстрое охлаждение), а затем отпуск (нагрев до 300...400°С и медленное охлаждение). При механическом упрочнении арматуры на 3...5 % вследствие структурных изменений кристаллической решетки — наклепа сталь упрочняется. При повторной вытяжке (нагрузке) диаграмма деформирования 4 будет отличаться от исходной (pиc. 3.7), а предел текучести существенно повысится.

Основные механические свойства сталей характеризу­ются диаграммой «напряжения—деформация», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образ­цов. Вес арматурные стали по характеру диаграмм σ — ε подразделяются на стали с явно выра­женной площадкой текучести (мягкие стали); 2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколеги­рованные, термически упрочненные стали); 3) стали с линейной зависимостью σ — ε почти до разрыва (высоко­прочная проволока).

Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением после разрыва - до 25 % (мягкая сталь). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести арматурной стали _у, напряжение в начале образования шейки, предшествующее разрыву, носит название временного сопротивления арматурной стали

Рис. 13. Диаграммы – при растяжении арматурной стали:

а – мягкая малоуглеродистая сталь с площадкой текучести;

б – высокопрочная, легированная сталь с условным пределом текучести.

Повышение прочности сталей достигают следующими методами:

путем введения углерода и легирующих добавок (марганец, хром, кремний, титан и др.);

термическим упрочнением - закаливание стали (нагрев до 800…900оС и быстрое охлаждение), затем частичный отпуск (нагрев до 300…400оС и постепенное охлаждение);

холодным деформированием – при вытяжке в холодном состоянии до напряжения сталь упрочняется; при повторной вытяжке пластические деформации уже выбраны, напряжение становится новым искусственно поднятым пределом текучести ;

холодным волочением - волочение через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий в холодном состоянии для получения высокопрочной проволоки.

Основные прочностные характеристики: для сталей вида 1 — физический предел текучести σ _у; для сталей видов 2 и 3 (см. рис. 3.7) — условный предел текучести σ ₀,₂, принимаемый равным напряжению, когда остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел уп­ругости σ _{0. 0. 2}, при котором остаточные деформации 0,02%. Помимо этого характеристиками диаграмм явля­ются предел прочности σ_su (временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали. Малые предельные удлине­ния могут послужить причиной хрупкого обрыва армату­ры под нагрузкой и разрушения конструкций; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные ус­ловия для работы железобетонных конструкций (перераспределение усилий в статически неопределимых си­стемах, при интенсивных воздействиях и т. п.).

К физическим свойствам сталей относятся:

пластические свойства – характеризуются относительным удлинением при испытании на разрыв. Снижение пластических свойств приводит к хрупкому (внезапному) разрыву арматуры;

свариваемость – способность арматуры к на­дежному соединению с помощью электросварки без тре­щин, каверн и других дефектов в зоне сварного шва. Хорошей свариваемостью обладают горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сва­ривать термически упрочненные стали (кроме специаль­ных «свариваемых») и упрочненные вытяжкой так как при сварке утрачивается эффект упрочнения .

хладноломкость - склонность к хрупкому разрушению при отрицательных температурах (ниже -30⁰С);

реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией - под ползучестью арматуры понимают рост деформации под нагрузкой во времени. Она увеличивается с повышением уровня напряжений и температу­ры. При релаксации напряжений происходит снижение во времени предварительных напряжений в арматуре или жестком закреплении ее концов, стесняющем свободное деформирование арматуры. Она зависит от, прочности и химического состава стали, технологии изготовления тем­пературы, геометрии поверхности, величины натяжения и условии применения. Значительной релаксацией обла­дают упрочненная вытяжкой проволока, термически уп­рочненная и высоколегированная стержневая арматура

усталостное разрушение – наблюдается при действии многократно повторяющейся знакопеременной нагрузке и имеет характер хрупкого разрушения;

динамическая прочность – наблюдается при кратковременных нагрузках большой интенсивности.