Stal-jest to obrabialny plastycznie stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. Zawartość węgla w stali wynosi do 2%.Stal otrzymuje się w stanie ciekłym z procesu metalurgicznego
Klasa stali:
I-stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości i nisko stopowe
II-stale konstrukcyjne wyższej jakości
III-narzędziowe
IV-stale wysokostopowe o specjalnych właściwościach
Rodzaje stali
-stal węglowa konstrukcyjna zwykłej jakości St3S,St3SX
-stal węglowa o szczególnym przeznaczeniu St4VX,St4W
-stal niskostopowa o podwyższonej wytrzymałości 18G2,18G2AV
-stal trudnordzewiejąca 10H,10HA,10HAV
-stal do produkcji rur R35,R45
-staliwo np.:L400
Zalety stali
1 bardzo dobra wytrzymałość na obciążenia - zginaniem - ściskaniem -rozciąganiem - ścinaniem
2 łatwość masowej produkcji
3 jest doskonałym tworzywem do wykonywania wszelkich konstrukcji prętowych , powłokowych i cięgnowych
4 zakłady produkcyjne dostarczają stal w postaci gotowych elementów o dużej jednorodności i wysokiej jakości
5 łatwość wykowania połączeń i węzłów
6 łatwość wzmocnienia i przebudowania w przypadkach zmiany zagospodarowania budynku w wyniku np. zmiany technologii użytkowania
7 montaż przy właściwym zaprojektowaniu, rzeczywiście nie jest zależny od pory roku
8 stal cechuje się prawie największa lekkość właściwa
Wady stali
1 brak odporności na korozję wodno-atmosferyczną, chemiczną i elektrochemiczną
2 brak odporności na wysokie temperatury
Dodatki wpływające korzystnie na jakość stali
węgiel-C- ze wzrostem zawartości zwiększ się twardość stali, wytrzymałość na rozciąganie oraz granica plastyczności, obniża się natomiast wydłużenie, przewężenie i udarność
krzem-Si- zwiększa wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności i sprężystości, a tylko nieznacznie zmniejsza własności plastyczne, tj. Wydłużenie i przewężenie. Dodatek krzemu podnosi znacznie odporność na tworzenie się zgorzelin i dlatego dodaje się go do wszystkich stali żaroodpornych. Przy zawartości ponad 12% wzrasta odporność na działanie kwasów
mangan-Mn -zwiększa odporność na rozciąganie, granicę plastyczności i hartowność, lecz powoduje skłonność do gruboziarnistości. Stale o zawartości ponad 12% są bardzo ciągliwe i odporne na ścieranie.
Chrom-Cr- zwiększ głębokość hartowania, powoduje otrzymywanie wysokiej twardości przy hartowaniu.
Zwiększa wytrz. na rozciąganie, granicę plastyczności i sprężystości, a obniża nieznacznie wydłużenie i przewężenie. Przeciwdziała rozrostowi ziarna oraz zmniejsza wrażliwość stali na przegrzanie. Zwiększa twardość i odporność stali na ścieranie. Ponad 13% zwiększ odporność na korozję atmosferyczną, przy 18-20% stal staje się odporna na wodę morską
molibden-Mo- powoduje zwiększenie hartowności, podwyższenie własności mechanicznych, tj wytrzymałości, granicy plastyczności, sprężystości i twardości.
Wanad-V- zwiększa hartowność, twardość, wpływa na własności mechaniczne, wybitnie zwiększa sprężystość, wytrzymałość i udarność, zachowuje przy tym dobrą ciągliwość, zwiększa się również odporność na ścieranie.
Aluminium-Al.- zmniejsza podatność stali do starzenia się. Dodatek alum. Do stali wysokochromowej wpływa bardzo korzystnie na zwiększenie jej żaroodporności.
Miedz-Cu- zwiększa wytrzymałość stali i granicę plastyczności nie obniżając wyraźnie własności plastycznych. Ponadto miedz polepsza własności mechaniczne, przede wszystkim zwiększa granicę plastyczności. Ilość 0.2-0.5% zwiększa odporność na korozję w środowisku atmosferycznym, wody rzecznej, wody zanieczyszczonej SO2, CO2. W stalach kwasoodpornych podnosi odporność na działanie 10%-towego kwasu solnego i siarkowego.
Pierwiastki pogarszające własności stali
fosfor-P.- powoduje gruboziarnistość stali i objawy kruchości, szczególnie w wyższej zawartości węgla. Fosfor dodany do niektórych stali powoduje zwiększenie odporności na ścieranie i działanie korozji atmosferycznej, zwłaszcza w obecności miedzi.
Siarka-S- pogarsza właściwości wytrzymałościowe w kierunku poprzecznym do walcowania.
Obróbka cieplna stali
-wyżarzanie
-normalizujące
-zupełne
-zmiękczające
-rekrystalizujące
-odprężające
-hartowanie z wygrzewaniem na wprost i hartowanie powierzchniowe
-odpuszczanie
-przesycanie
-starzenie
Stal nieuspokojona- odtlenia się tylko mangan i zmniejsza zawartość FeO. Krzepnie z wrzeniem
Stal półuspokojona- odtleniona jest silniej niż nieuspokojona, jednak nie w tym stopniu by zapobiec. Krzepnie bez wrzenia.
Stal uspokojona- jest odtleniona i odgazowana do tego stopnia, że przy krzepnięciu nie zachodzą żadni reakcje z wydzielaniem gazu ( krzepnie spokojnie)
Właściwości stali
wł. mechaniczne: wytrz. na rozciąganie, zginanie, ścinanie, wydłużenie, przewężenie, udarność i twardość.
wł. technologiczne: spawalność, walcowność, tłoczność, kujność, wytrz. na temperaturę
wł. fizyczne: przewodnictwo cieplne, temp. Topnienia i wrzenia, cięrzar właściwy, przewodnictwo elektryczne i magnetyczne, rozszerzalność cieplna.
Korozja stali
Rodzaje korozji:
chemiczna- atakuje metale dwojako chemicznie i elektrochenicznie. Korozja chemiczna przebiega w środowiskach bezwodnych, głównie w podwyższonej temp.
elektrochemiczna- działa tam gdzie dwa metale są zanurzone w elektrolicie lub stykają się z nim.
naprężeniowa- występuje gdy w metalu występują naprężenia rozciągające mogą być one wywołane obróbką mech, termiczną plastyczną, spawaniem oraz obc zewnętrznym
Korozja wywołana prądami błądzącymi
Korozja w glebach
O szybkości korozji w powietrzu decydują: wilgotność względna, zanieczyszczenie powietrza, temperatura i dobowe wachania temp.
Zapobieganie korozji
Przeciwdziałać lub znacznie zmniejszyć skutki korozji można poprzez:
-odpowiedni dobór tworzywa, stali lub stopów aluminium,
-właściwe konstruowanie węzłów połączeń, a nawet całych elementów nośnych (spływ wody, unikanie gromadzenia się skroplin, pyłów i gzów),
-stosowanie powłok ochronnych, malarskich lub metalicznych,
-odpowiednią ochronę elektrocheniczną,
-zastosowanie odpowiednich inhibitorów jako dodatków do magazynowanych w metalowych zbiornikach cieczy.
Połączenia
rodzaje połączeń:
-połączenia sworzniowe (nity, śruby, i sworznie)
-połączenia realizowani metodami termicznymi reprezentowane głównie przez spawanie i zgrzewanie
-połączenie cierne z zastosowaniem śrub sprężających
-połączenia klejone
-połączenia kombinowane
-połączenia kołkowe
rodzaje nitów
-z łbem kulistym zwykłym
-kulistym wzmocnionym
-zagłębiony płaski
-zagłębiony wypukły
rodzaje śrub:
-dokładne (połączenia pasowane)
-niedokładne
-zgrubne
Rodzaje naprężeń spotykanych w konstrukcjach:
-zasadnicze-są to nap. wywołane obciążeniem zew. W wyniku pracy konstrukcji
-dodatkowe-wynikają z odstępstwa przy wykonaniu lub projektowaniu konstrukcji od przyjętego schematu statycznego
-miejscowe-są wynikiem lokalizacji obciążeń skupionych, wad konstrukcyjnych lub miejscowych wad materiałowych. Mieszczą się zazwyczaj w granicy bezpieczeństwa
-własne-są niezależne od podanych i stanowią układ zamknięty w sobie. Zalicza się do nich: n termiczne, n skurczowe, n w skutek prostowania lub gięcia.
Zabezpieczenie ognioochronne:
Elementy stalowe pod wpływem temp szybko tracą
swą wytrzymałość. Stal ma duży wsp. rozszerzalności liniowej cieplnej.
Przy wzroście temp następuje wydłużenie stali, duże wygięcia elementów oraz wyboczenie słupów. Zmniejsza się nośność konstrukcji
temp krytyczna (450-550oC) -jest to temp w której uzyskuje się stan graniczny nośności na skutek spadku właściwości mechanicznych. Wartość jej zależy od rodzaju stali, schematu statycznego konstrukcji, stanu naprężeń i stopnia wytężenia przekroju
Odporność ogniowa-stali jest to czas od początku badania do wystąpienia stanu granicznego nośności, a w przypadku konst. stalowej jest to czas jej nagrzewania do temp. krytycznej, w warunkach znormalizowanej próby ogniowej.