Proces wykonywania stali:

Wsad pieca po całkowitym roztopieniu jest poddawany procesowi „świerzenia” czyli utleniania, a więc wypalania zbędnych składników. Proces ten powinien być bardzo intensywny. Kąpiel powinna się „gotować” - bąbelki gazowe, w

wyniku wydzielana się głównie tlenku węgla CO który ułatwia wydzielanie się innych gazów bo jest bardzo prężny. Obniża się zawartość innych pierwiastków: C,S,P. Szybkość procesu świerzenia reguluje się dodatkiem rudy. Podczas procesu świerzenia należy ciągle podnosić temperaturę świerzenia. Cały czas bada się skład chemiczny. Po osiągnięciu właściwego składu chemicznego następuje proces odtleniania i wykańczania wytopu. Dokonuje się tego dodatkami: żelazo-mangan, krzemo-mangan lub surówki zwierciadlistej. W celu uzyskania stali uspokojonej, wolnej od CO i FeO stosuje się żelazo-krzem i ostateczne odtlenienie przy pomocy aluminium (reakcja gwałtowna obniżająca zawartość FeO w stali) Aluminium poza odtlenieniem służy do regulacji wielkości ziarna w stali. Krzem i glin jako bardzo powinowate pierwiastki do tlenu reagują z rozpuszczonymi w stali FeO tworząc tlenki prawie nierozpuszczalne w płynnej stali, a zatem tworzą zawiesinę. Zależnie od stopnia odtlenienia rozróżnia się: A) stal nieuspokojoną, B) półuspokojoną, C) uspokojoną. Stal A) odtlenia się tylko manganem. Obniża to zawartość FeO w stali jednak nie na tyle, by zapobiec reakcji FeO+C=Fe+CO, która to zapoczątkowuje spadek rozpuszczalności FeO w płynnej stali co powoduje „wrzenie”. Wlewka i wnętrze wlewka po zakrzepnięciu zawiera dużo zastygłych pęcherzyków CO oraz charakterystyczną strefę segregacji w górnej części wlewka. Prężność jest tak duża, żę występuje kompensacja sił skurczu. (RYS). Stal B) odtleniona silniej za pomocą 0,15% krzemu. Obniża to istotnie zawartość FeO w płynnej stali nie hamując jednak całkowicie w/w reakcji. Wlewek krzepnie bez wrzenia spokojnie ale ma zakrzepnięte pęcherzyki CO w znacznie mniejszej liczbie. Występuje pewna kompensacja sił skurczu (mniejsza). Wlewek bez strefy segregacji. (RYS). Stal C) odtleniona krzemem od 0,15% do 0,35% oraz aluminium w ostatniej fazie. Wlewek krzepnie spokojnie bez wydzielania gazów. Stal całkowicie odtleniona i odgazowana. Występują znaczne efekty skurczu z jamą wsadową włącznie (RYS). Stal A) nadaje się do wszystkich konstrukcji nawet obciążonych dynamicznie, stal B) już tylko do niektórych obciążonych dynamicznie, stal C) do elementów drugorzędnych. Stal odlana do form nosi nazwę staliwa. Czyli bardzo krucha, nie ma struktury włóknistej. Obróbka cieplna stali to zespół zabiegów cieplnych pod wpływem których zmienia się struktura stali, zmieniają się jej właściwości fiz., chem., mech. W przypadku stali zmiany te są dokonywane w dużym zakresie.

Udarność określa się jako pracę potrzebną do złamania próbki. Służy to ocenie cech plastycznych stali. Badanie młotem Charpiego na próbkach długości 55 mm i przekroju 10 x 10 mm. Próbka ma podcięcie z jednej strony (karb osłabiający)(RYS). Mamy 5 odmian plastyczności wg ISO A,B,C,D,E zależnych od progu udarności i temperatury badania. Odmiana A - bez badania udarności bez określonej temp. pozostałe odmiany udarność 35J/cm2 i odpowiednio temp. 20,0,-20,-500 C. Stale kriogeniczne - stale wysokostopowe (nikiel 13%) do -1600 C odmiany F,G,H odpowiednio przy takim

samym progu udarności do temperatur -80,-120,-1600 C.Dla stali wysokich wytrzymałości, niskostopowych, próg udarności 50J/cm2 oznaczane są podwójnym symbolem np. AA,BB. Dla stali specjalnych stosuje się inne skale plastyczności i inne wymagania. Dla karbu Mesnagera „U” stale R,J o progu 30J/cm2 i temperatur -40 i 200 C.

Rodzaje spoin: czołowe i pachwinowe: otworowe, bruzdowe, kroplowe,przerywane. Odmiana spoin czołowych są spoiny kołkowe- nity spawane. Spawanie elementów konstrukcyjnych wymaga stosowania elektrod otulonych. Tylko w automatach z lukiem krytym drut spawalniczy nie musi posiadać otuliny. Otuliny wywołują istotny wpływ na własności mech złącza. Rozróżniamy otuliny :cienko- średnio- grubo-otulone odp dla 10%, 10-40%, pow 40% gr otuliny w stosunku do średnicy drutu elektrody. Elektrody posiadają o różnych składach pod względem chem: kwaśne- zasadowe- rutylowe- rutylowokwasne- utleniajace-celulozowe. W otulinach kwaśnych i rut-kwas występują duże ilości tlenku żelaza tytanu i manganu. Elektrody te stosuje się do stali łatwospawalnych. Elektroda zasadowa o zawartości węglanu wapnia i magnezu stosuje się je do spaw stali niskostopowych o podwyższonych wytrzymałościach. Spawa się nimi tylko przy użyciu prądu stałego.

1)As - pole przekroju czynnego rdzenia śruby wg PN-82/M-82054/03

2) Przy ścinaniu części niegwintowanej: Av = A = πd2/4,

Przy ścinaniu części gwintowanej: Av = 0,8As dla śrub klasy 10,9,

Av = As - dla śrub innych klas.

3) Gdzie: fd - dla materiału części łączonych; Σt - sumaryczna grubość części podlegających dociskowi w tym samym

kierunku; d - średnica śruby; a1, a - wg rys. 13.

Przy docisku do części gwintowanej należy zamiast d przyjmować 0,7d.

Dla połączeń sprężonych można przyjmować α ≤ 3.

4) Gdzie:αs = 0,7 - przy otworach owalnych długich równoległych do kierunku obciążenia,αs = 0,85 - przy otworach okrągłych powiększonych lub owalnych krótkich,

αs = 1 - przy otworach okrągłych pasowanych lub średniodokładnych,

µ - współczynnik tarcia, który można przyjmować z tabl. Z2-1 lub wyznaczać eksperymentalnie;

St - ewentualna siła rozciągająca śrubę w połączeniu.

1) Podane wartości współczynników należy zmniejszyć:

a) o 10% - w przypadku spoin montażowych (wykonywanych na budowie),

b) o 20% - w przypadku spoin pułapowych,

c) o 30% - gdy zachodzą jednocześnie przypadki a) i b).

2) Podana zależność dotyczy spoin normalnej jakości, kontrolowanych zgrubnie; v - stosunek naprężeń średnich do maksymalnych.

W przypadku zapewnienia kontroli defektoskopowej można przyjmować α⊥ = 1, przy czym klasa wadliwości złącza wg PN-87/M-69772 powinna być najwyżej R4 - przy grubości łączonych części do 20 mm, R3 - przy grubości większej niż 20 mm, R2 - przy obciążeniach dynamicznych.

Zalety i wady stali:

Zalety:

- wytwarzanie elementów i całych konstrukcji w specjalnie dostosowanych wytwórniach, - obróbka elementów w specjalistycznych zakładach,

- łatwość zmechanizowania prac montażowych montaż w każdych warunkach (ograniczenia w spawaniu), - duży współczynnik lekkości stali (stosunek gamma/sigma - stal 5*10-6, żelbet 2*10-5, aluminium 1,7*10-6 (trudno spawalne)),

- łatwość wzmacniania (dospawanie elementów.), - duży odzysk nieuszkodzonych elementów, - bezpieczniejszy montaż, dźwigi mniejszych rozmiarów, - większe powierzchnie użytkowe ze wzgl. na mniejsze przekroje elementów, - znikome uszkodzenia w czasie transportu, - łatwość zakładania wszelkiego typu instalacji,

- mała wrażliwość na zmiany kierunku działania sił, - bardzo wysoki poziom naprężeń stycznych (0,58 wg H-M-H), - możliwość przekrywania dużych rozpiętości przy stosunkowo małym ciężarze na m2 (stosunek wys./dł. - 1/24, 1/34

sprężone, 1/11 kratowe)

Wady: - korozja (straty 6 do 8 % rocznej produkcji), - mała odporność stali na wysokie temperatury, - starzenie się stali (maleje plastyczność, ciągliwość),

- wrażliwość na udarność, - wrażliwość na zmęczenie dynamiczne, - kruchość w niskich temperaturach (-100, -200).

Budowa stali:

Stal jest to stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2% + śladowe zawartości innych pierwiastków. Metalografia - nauka o budowie wewnętrznej czyli strukturze metali i stopów. Budowa: Istnieje ścisły związek miedzy budową a własnościami. Wszystkie metale mają budowę krystaliczną. Atomy i cząsteczki układają się w sposób uporządkowany tworząc przestrzenne siatki krystaliczne. Na ogół metale maja przestrzennie centryczną lub płaskocentryczną siatkę krystaliczną (RYS). W temperaturze 898 - 1401 zachodzi przemiana żelaza α w β. Metale zależnie od temperatury zmieniają własności w dużym zakresie. Polega to na zmianie położenia atomu w siatce przestrzennej. Towarzyszy temu pochłanianie lub wydzielanie ciepła. Metale jako ciała krystaliczne są ciałami anizotropowymi - oznacza to że ich własności są zmienne w zależności od kierunku ich określania. Podczas krzepnięcia roztopionej stali powstają w nim ośrodki krystalizacji i wokół nich w trzech przestrzennie przecinających się kierunkach narastają z różnymi szybkościami gałęzie krystaliczne - dendryty. Liczba kryształów i ich wielkość zależą od szybkości chłodzenia. Im większa prędkość chłodzenia tym więcej kryształów a struktura bardziej drobnoziarnista. Kryształy o regularnej budowie wewnętrznej i nieregularnym kształcie zewnętrznym (rozrost kryształów bocznych) nazywa siękrystalitami, lub ziarnami, im większe

będą ziarna tym większe będą różnice wytrzymałości próbek wyciętych w rożnych kierunkach. Wielkokryształowe ciała złożone z drobnych ziarn o różnej orientacji w przestrzeni nazywamy ciałami kwaziizotropowymi. Stal jest taki ciałem.

Typy korozji:

- w wyniku działania kwasu węglowego(CO2)-w wyniku zmian elektrochemicznych

- w wyniku zmian czysto chemicznych.

Korozje występują w naturze mieszane Nie chroniona pow. Stali składa się z ogniw galwanicznych .Cząsteczki te są anodami ,a wszystkie inne jak zendra, zgorzelina tlenki,skł. stopowe, wysady węglikowe stanowią katodę Elektrolitem jest wilgoć atmosferyczna . Atomy Fe rozpadają się w elektrolicie na kation Fe i dwa elektrony .Kationy są przyciągane przez stal i szybko by utworzyły warstwę ochronną gdyby nie to że wolne elekt. przechodzą przez metal do katody. Na jej powierzchni następuje rozpad wody na 2OH- oraz wolny wodór 2H. Kationy żelaza łączą się z 2OH- tworząc

Fe(OH)2 , który w postaci jasnego nalotu osadza się na anodzie .Te chwilową równowagę psują atomy tlenu rozpad się welektrolicie, gdyż łączą się one z H i tworzą grupy OH- i dalej łączą się z Fe(OH)2 tworzą Fe(OH)3 .Już luźną, gąbczastą odstającą od podłoża rdzę.

Rodzaje korozji w budownictwie:

- atmosferyczna 96-98%

- ziemna-wodna-chemiczna- pod wpływem prądów błądzących

- naprężeniowa i międzykrystaliczną ,nie mają oznak pękają kryształy ,trudno je opanować. Jak walczymy z korozją? - stale nierdzewne, są trudnospawalne i 10-50x droższe.-powlekanie, odcięcie od wilgoci w powietrzu. Powłoka malarska4-6 warstwa. Dolne to podkład np. minia ołowiana60%,cynkory,cynkany i inne farby pasywujące podłoże. One stanowią rzeczywiste zabezpieczenie. Muszą być doskonale przyczepne .Warstwy grubości możliwie najcieńsze30-50 mikronów. Sumaryczną grubość 150-200 ,kolejne warstwy nakładane po wyschnięciu poprzedniej- to gwarantuje idealną przyczepność i eliminuje skurcz .Na to 2-3 warstwy nawierzchniowe ,które chronią

dolne przed zniszczeniem mechanicznym. Różne kolory warstw dla sprawdzenia .

Najważniejsze jest oczyszczenie powierzchni w stopniach czystości:1 st czystości-tylko piaskowanie lub śrutowanie. Powierzchnia metaliczna srebrzysta +połysk.2 st czystości-j/w ale nie tak dokładnie, inne metody mechaniczne szlifierki

skrobaczki opalanie .Powierzchnia może być matowa ale bez rdzy i zgorzeliny i bez tlenków ,dopuszcza się małe plamki tlenowe o powierzchni do 0,2cm2

ściśle przyległe do podłoża w ilości do 10% .Powierzchnia nie może pylić.3 st

czystości -pow niejednolita ,bez rdzy i zgorzeliny luźno przyległej czyszczenie mechaniczne ręczne. Metalizacja - pokrywanie innym metalem np. cynkiem(wanny 12 metrowe)Cynkowanie zabezpiecza na 50 lat. Wieże i mosty. W PL w temp.460stopni cynkujemy, w Niemczech 760-to daje lepsze wyniki. Można cynkować lub aluminiować przez natrysk. Metalizację stosujemy coraz częściej . Cynkuje się ok. 80-85%konstrukcji(na zachodzie). Powłoki z tworzyw sztucznych - przed agresja chemiczną. Tworzywa należy dobrać do składu chemicznego medium korodującego. Stosujemy różne grubości powłok .Najczęściej stosujemy w kominach i kanałach.

Okładziny z różnych rodzajów gumy - skład gumy dobrany odpowiednio, najtrudniej zawsze wykonać styki.

Krzepnięcie metalu- pojaw się ośrodki krystalizac, od nich w 3 przestrz przecin się kierunkach

narast z różn szybk gałęzie krystal i tworzą duże kryszt (dendryty), na liczb i wielk kryształ

wpływa szybk powstaw ośrod krystal i szybk wzrost gałęzi. Domieszk i zanieczyszcz mają

wpływ na proc krystal.

Obróbki termiczne- sposób popraw właśc stali, zabiegi cieplne zmieniaj struktur stopów-

Właśc. Chem, fizycz i mechaniczn.

Wyżarzanie- nagrzanie mat do określ temp, wygaszan go na wskroś i ostudzeniu

w. Normalizujące- nagrzanie stal do obszar austenitu (ok. 900), długie wygrzew, studzenie w

spokojn powietrz, uzysk strukt drobnej, równomiern- wpływ na właść mechanicz

w. Odprężające- temp podgrzewania poniż 650, wygrzewanie i studzenie z calym piecem,

usunięcie napręż własnych.

w. Rekrystalizujące- usunięcie zjaw zgniotu (zniszcz siatki krystal w wynik przekrocz gran

plastyczn na zimno czyli w temp otocz), podgrzan do 200-300 daje zmiany w zgniecionym

material, regeneracja siatki krystalograf zmienionej przez zgniot, wynik to zmniejsz napręż

i część nawrót do właść mat niezmienionego.

Hartowanie- nagrzan do temp powyżej AB (ok. 900) dla stal podeutektoidalnych i powyżej A1

Dla stal nadeutek, wygrzanie jej na wskroś aby uzysk strukt austenityczną (st podeu) i struk

Austenityczno-cementytową (st nad) i szybkie ostudzenie.

Cel to otrzymanie strukt bardz twardej i dużej odporn na ścieraln i duż twardości i wytrzymał

1) Odpuszczanie- przedm wcześn Zapart, polepsz własn plast -zmniejsz napręż hartowniczy

Temp 150-650, rodzaje: niskie, średni i wysok w zależn od temp.

2) Przesycanie- nagrzanie stal do temp w której jeden lub więcej składn przechodzi do roztwo

Stałego (bez przem alotropowej), nagrzanie i szybkie ochłodzenie

Powstaj przesyc roztwór o struk nietrwałej i łatwo dając się wytrącić z równowagi, z roztwor

wydziel się składn przesycający (ferryt) - postać drobnej drugiej fazy to starzenie.

Obrób ciepln składaj się z przesycania i starzenia to utwardzanie dyspersyjne

Starzenie st- zjawisk wydziel się ferrytu, zmienia własn stali- twardsza i bardz wytrzymała,

Bardziej krucha i mniej ciągliwa. Wywołuje je C, N, O

Ochrona przed starzeniem- zmniejsz zawart ciał o zmnienn rozpuszcz w ferrycie, dodanie

Pierw, któr łącz się chem z ciałami wywoł starzenie: magnez, krzem, tytan, glin

Rodzaje stali:

1) St węglowe zwykłej jakości- podst, nie stos na elem konstrukcyj, obliczane, gr StO

2) St węglowe wyższej jakości- pospolit, powszechn stos na konstr bez szczególn

wymagań St3- St3S St3SY St3SX St3Y St3W

3) St niskostopowe-

O podwyższ wytrzym- 15G, 15G2, 15G2A, 15G2AV, 18G, 18G2

O złożon składzie- 13HN, 14HNDCU - wysok wytrzym rzędu 700MPa

O zwiększ wytrzym na korozję- COR-TEN, 10H, 10HA, 10HAV, 10 (12) HNAP

Specjalnego znaczenia- St3N - duża udarność, St144N - na nity i śruby,

D90 - wysok wytrzym 240 kN/cm2 - na druty cienkie fi 1,2 mm

4) St kwasoodporne i żaroodporne

Strefy wpływu ciepła- zasięg zależ od param spaw i temp w tej część mat Rodzim

1529- temp topnienia czyst żelaza

1) Strefa częściowego roztopienia metalu 1529-1480

2) Strefa przegrzania, występ struk gruboziarn, ziarn kilkakrotn większe niż przed spawanie

Struk przechod w widmo Stodtena- duży spadek udarn i ciągliw 1480- 1100

3) Str normalizacji zupełnej, zniekształc ziarn powraca do normal rozmiar, uspokojenie,

Poprawa jakości, 1100- 860

4) Strefa normalizacji niezupełnej, częściowej 860- 700 700- 500

5) Rekrystaliz, zniszcz ziarna odbudowuj się, osiąg czasem większ kształty niż przed odkszt

6) Strefa kruchości na niebiesko, w stalach nieuspokojnonych i półuspokojonych, znacznie

przyspiesz proc starzenia. Mogą wystąpić kruche pęknięcia przy obc dyn i kwazi -dynami

Skład chem drutu elektrody: siarka i fosfor (max 0,03%), mangan (0,3-0,6%) zależy od rodzaj

stali, molibden i nikiel (poprawa jakośc spoiny)

Skład otulin elektrod: składniki: jonizujące przestrz łukową Na2O, K2O, TiO2; gazotwórcze-

Celuloza i mączka drzewna, Żużlotwórcz- granit i rudy żelaza (żużel niedopuszczal w spoin

Klas 1 i 2; Wiążące masę otulinową- szkła wodne, potasowe, sodowe; S. Stopowe- Ni, Mb

Nity: Srv=0,45*Rm*Av*m, Srb, Srt=0,3*Rm*A

Efekt dźwigni: powoduje zmniejsz nośnoś, śruba jest obciąż więcej niż F/2. Gdy blachy są

Nieskończ sztywn lub wiotkie to efekt dźwigni nie wystarcz i usztywni elem usztywni żeberk

Gdy elim ef dź grub blach doczoł styków tmin=d*pierw3(Rm/1000), gdy występ efek dźwign

To współcz zmniejsz β=2,67-(t/tmin) jeżeli β>1,05 to spr nośność zmęczen połącz na obc

dyn lub redukuj nośn o 50%.

Wykres stali miękkiej

Na wykresie można wyróżnić kilka charakterystycznych punktów:

Granica plastyczności σ(E)-pktA- jest największą wartością naprężenia przy której zależność σ(E) jest jeszcze liniowa. Granica sprężystości σs(B) jest największą wartością naprężenia, dla której krzywa obciążenia pokrywa się z krzywą odciążenia. Pokrywanie się tych krzywych jest cechą procesów sprężystych. Granica plastyczności σp (C-d) jest to wartość naprężenia, przy którym występują znaczne odkształcenia trwałe bez wzrostu siły; materiał płynie. Górna granica plastyczności σp(C) odpowiada chwilowemu wzrostowi naprężenia, zanim jeszcze wystąpi płynięcie plastyczne materiału. W praktyce granica proporcjonalności, gr. Sprężystości i granica plastyczności leżą blisko siebie. Wytrzymałość doraźna σw (E) jest równa maksymalnej wartości naprężenia na wykresie σ(E). Od tego punktu odkształcenia i naprężenia w próbce przestają być jednorodne, tworzy się wyraźne miejscowe przewężenie. Odkształcenia graniczne przy zerwaniu, próbka ulega zerwaniu w tym przekroju, gdzie powstaje szyjka. Odkształcenie graniczne dla stali budowlanej osiąga wartość około 20%.

---