175 3

Ćwiczenie 18

Dobór stali na podstawie kryterium hartowności

18.1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z zasadami racjonalnego doboru stali konstrukcyjnych na wytypowane elementy konstrukcyjne na podstawie kryterium hartowności.

18.2. Wprowad2 en ie

Każdy gatunek stali konstrukcyjnej cechuje się określonym zespołem własności użytkowych, w których dominują własności mechaniczne, zależne od składu chemicznego i struktury uformowanej w określonych warunkach procesu wytwarzania stali. Dobór gatunku stali na określony element konstrukcyjny poprzedzony jest wnikliwą analizą, w której rozważane są zazwyczaj następujące kryteria:

-    warunki pracy elementu konstrukcyjnego, do których zaliczyć należy wielkość i dynamika obciążeń, temperatura pracy oraz działanie czynników środowiskowych,

-    wymagania wynikające z techniki przetwórstwa stosowanej do określonej postaci wyrobu,

-    koszty wytwarzania stali i wyrobu oraz uwarunkowania dotyczące ich jakości.

Analiza stanu naprężeń ma decydujące znaczenie przy wyborze optymalnego tworzywa, a głównie jego obróbki cieplnej. Ten etap procesu konstruowania nastręcza największe trudności. Stosowane metody konstruowania oraz wyznaczania stanu naprężeń w elementach konstrukcyjnych opierają się najczęściej na założeniu liniowo sprężystych własności materiału. Niekiedy więc zachodzi konieczność uwzględnienia odkształceń plastycznych.

Rozkład naprężeń może być regulowany niekiedy zmianami cech geometrycznych elementu, natomiast umocnienie materiału warunkami przeróbki plastycznej łub obróbki cieplnej.

Ocena obciążeń zewnętrznych bez znajomości stanu naprężeń wewnętrznych w elementach konstrukcyjnych jest dużym uproszczeniem. W literaturze istnieje pogląd, że rozkład naprężeń odniesiony do przekroju jest nierównomierny i najczęściej skupia się w strefie przypowierzchniowej. Przykładowo, w elementach o przekroju kołowym maksymalne wytężenie materiału występuje do głębokości ok. 1/4 promienia od powierzchni.

Znajomość rzeczywistego rozkładu naprężeń wewnętrznych wiąże się z prawidłowym doborem hartowności stali. Nieuzasadnione jest stosowanie stali o hartowności większej od wymaganej dla znanego stanu naprężeń i pozostaje w kolizji z kryteriami ekonomicznymi doboru stali.

Hartowność jest istotnym, ale nie jedynym kryterium doboru optymalnego tworzywa. Wybór powinien być także analizowany na podstawie kryteriów technologicznych i ekonomicznych. Do kryteriów jakości stali konstrukcyjnych, które powinien uwzględnić konstruktor, zaliczamy:

-    własności wytrzymałościowe: granica wytrzymałości na rozciąga

nie R , granica plastyczności rzeczywista R_g lub umowna Rq 2> granica sprężystości R_Q (dla określonych zastosowań stali), wytrzymałość na zmęczenie R_z dla określonego stanu naprężeń, granica pełzania    i granica wytrzymałości na pełzanie

^Rz(T)t ^{zastosowan:iaci:i} do pracy w podwyższonej temperaturze) oraz twardość,

-    własności plastyczne: wydłużenie A_p i przewężenie Z,

-    ciągliwość: udarność KC, współczynnik intensywności naprężeń Kj (dla zakresów liniowo-sprężystej mechaniki pękania), rozwarcie pęknięcia (CGD)_c (dla zakresów nieliniowej mechaniki

341