Арматурные стали

Имеется 7 классов (табл. 1.9) арматурной стали: А-I— круглого профиля; А-II, …, А-VI— периодического профиля (для повышенного сцепления с бетоном).

Таблица 1.9

Механические свойства арматурной стали по классам

Класс арматурной стали	Диаметр стержня, мм	Марка стали	Предел текучести sт, МПа	Временное сопроòив­ление разрыву sв, МПа	Относи­тельное удлинение dL, %	Испытание на изгиб в холодном состоянии
А-I	6–40 6–18	Ст3кп3, Ст3пс3, Ст3сп3, ВСт3кп2, ВСт3пс2, ВСт3сп2 ВСт3Гпс2	235	373	25	На 180° с = 0,5 d
А-II	10–40 40–80	ВСт5сп2, ВСт5пс2 18Г2С	294	490	19	На 180° с = 3 d
Ac-II	10–32 (36–40)	10ГТ	294	441	25	На 180° с = d
A-III	6–40 6–22	35ГС, 25Г2С 32Г2Рпс	392	590	14	На 90° с = 3 d
A-IV	10–18 (6–8) 10–32 (36–40)	80С 20ХГ2Ц	590	883	6	На 45° с = 5 d
A-V	(6–8) 10–32 (36–40)	23Х2Г2Т	785	1030	7	На 45° с = 5 d
A-VI	10–22	22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР	980	1230	6	На 45° с = 5 d

Примечания: Буквой с обозначена толщина оправки, буквой d — диаметр стержня. Диаметр, указанный в скобках, применяют по согласованию потребителя с изготовителем.

Основной характеристикой для арматурных сталей является предел текучести s_т, т. к. в случае его превышения нарушается сцепление бетона с арматурным стержнем, и появляются трещины в бетоне. Для увеличенияпредела текучести s_тпроводят упрочнение арматуры (рис. 1.35) путем предварительного растягивания (L_р) стальных стержней арматуры на 3,5–5,5 % их первоначальной длины (L₀).

При растягивании происходят зональные разрушения в кристаллической решетке, возникает «наклеп», т. е. происходит упрочнение материала в наименее «слабых» сечениях. После предварительного растяжения начальная длина стержня увеличивается до L_ó, à ïлощадка текучестиs_топосле предварительного растяженияs_туперемещается по оси ординат выше.

При работе предварительно деформированного стержня его растяжение происходит по пунктирной линии; прочность железобетона существенно возрастает, т. к. s_ту> s_то.

1.8. Термическая обработка стали

Свойства металлов и сплавов зависят не только от химического состава, но и от структуры. С помощью термической обработки (нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и подбора различных скоростей охлаждения) можно получить ту или иную структуру (рис. 1.36).

Из диаграммыFe–C (рис 1.29) видно, что в результате медленного охлаждения доэвтектоидные стали приобретают структуру феррита и перлита, а заэвтектоидные — перлита и вторичного цементита.

Критическими точками называют температурные точки, при которых происходят эти превращения:

точки Ас1,Аr1 на линииРSK;

точки Ас2,Аr2 на линииMO;

точки Ас3,Аr3 на линииGOS;

точки Ас4,Аr4 на линии HJB;

точки Асm на линииSE.

На рис. 1.29 представлена упрощенная диаграмма; фактически же в ее верхней части около точки Аи внизу около точкиРнаблюдается более сложная картина, поэтому некоторые вышеуказанные линии на ней не показаны.

Приняты обозначения для линий нагрева — Аси охлаждения —Аr. Выше этих точек сплав будет находиться в одной фазе, а ниже — в другой. При этом изменения фаз ниже линийАrпроисходят в твердом состоянии сплава.

Имеется несколько видов термической обработки (рис. 1.37):

1. Рекристаллизационный отжиг (отжиг Iрода). В сплавах отсутствуют фазовые превращения. Применяется для снижения внутренних напряжений, уменьшения твердости и повышения пластичности после холодной обработки.

2. Отжиг с фазовой перекристаллизацией (отжиг IIрода). Температура нагрева выше температуры фазовых превращений, поэтому происходят фазовые изменения. Охлаждение ведетсямедленно. Получается мелкозернистая структура, снимаются внутренние напряжения.

3. Закалка. Нагрев выше температуры фазовых превращений и очень быстроеохлаждение. В результате фиксируются фазы и структуры, характерные для высоких температур. Прочность и твердость повышается, но структуры находятся в неравновесном состоянии.

4. Отпуск. Нагрев ниже температуры фазовых превращений с целью приближения к устойчивому равновесному состоянию. Увеличивается пластичность, но снижается твердость и прочность.

5. Химико-термическая обработка — насыщение сплавов углеродом C, азотом N, серой Sи другими химическими элементами путем выдержки сплавов в газовых, жидких или твердых средах.

Диффузионный отжиг I рода устраняет химическую неоднородность в слитках и отливках; металл нагревается до температуры Т_н, составляющей 80–90 % температуры плавления Т_пл.

Рекристаллизационный отжиг устраняет наклеп нагревом металла до температуры Т_н = (0,2–0,6) Т_пл. Он необходим для подготовки заготовок из проката для последующей механической обработки при изготовлении деталей.

Отжиг необходим для уменьшения остаточного напряжения в отливках, сварных конструкциях и после механической обработки. Он предотвращает коробление и стабилизирует размеры детали.

Нормализация — это нагрев стали на 30–50° С выше критических точек Ас3 и Ас4, выдержка в течение необходимого времени и более быстрое охлаждение на воздухе, чем при отжиге, поэтому получается более мелкозернистый перлит, выше прочность и твердость металла. Охлаждение детали при отжиге проводится более медленно (деталь охлаждается вместе с печью), чем при нормализации (деталь охлаждается на воздухе).

Отпуску подвергают закаленную сталь для повышения ее вязкости и пластичности при некотором уменьшении твердости и прочности (рис. 1.38). Нагревают деталь до температуры ниже Ас1 и охлаждают на воздухе.

Низкийотпуск (150–250° С) проводится для изделий, обладающих высокой твердостью (режущие инструменты: напильники, метчики, плашки и др.).Среднийотпуск (350–400° С) необходим для изделий, обладающих высокой упругостью и прочностью при достаточной вязкости (пружины, рессоры и др.).Высокийотпуск (450–650° С) дает наиболее вязкую структуру, но наименьшую твердость и прочность (валы, шестерни и др.). Для легированных сталей температура отпуска подбирается более высокой, чем для углеродистых сталей.