MEZE PEVNOSTI OCELI. VOLBA ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ
Pro výběr správného řezného nástroje (kroužková fréza, kuželový zahlubovač, korunkový nebo stupňovitý vrták) zkontrolujte v části „Mechanické vlastnosti“ tabulky hodnotu „Krátkodobé pevnosti v tahu“ pro váš materiál (Poznámka: Dále jen pevnost v tahu). Metallrent.ru
Tyto informace jsou volně dostupné, stačí zadat název nebo značku vaší oceli do vyhledávače.
Pevnost v tahu je maximální mechanické napětí, nad kterým dochází k destrukci materiálu vystaveného deformaci (v tomto případě opracování čepele řezným nástrojem).
Mez pevnosti v tahu je v tabulce mechanických vlastností označena písmeny σв (MPa) a měří se v kilogramech síly na centimetr čtvereční (kgf/cm2), uvádí se také v megapascalech (MPa). V regulační dokumentaci a normách se označuje termínem „dočasná odolnost“.
σв — dočasná pevnost v tahu (mez krátkodobé pevnosti), MPa. 1 MPa = 1 N/mm²
Pevnost oceli v tahu závisí na jakosti a pohybuje se od 300 N/mm2 pro běžnou nízkouhlíkovou konstrukční ocel do 900 N/mm2 a vyšší pro speciální a vysoce legované jakosti. Metallrent.ru
Řezný nástroj je vyroben ze speciální vysokolegované rychlořezné oceli HSS-XE od výrobce Karnasch (Německo), určené pro vrtání a zpracování otvorů v ocelích normální a vysoké kvality s pevností do 900 H/mm2.
Řezný nástroj je navíc vyztužen zpevňujícím povlakem Gold Tech, který účinně přispívá ke zvýšení odolnosti kovoobráběcího nástroje proti opotřebení.
Pro vrtání a opracování otvorů v odolných a vysoce kvalitních ocelích se doporučuje používat řezné nástroje vybavené tvrdokovovým pájením z karbidu wolframu nebo nástroje vyrobené výhradně ze speciální práškové oceli se schopností opracovat materiály s pevností až 1400 N/mm2. Metallrent.ru
V tabulce níže si můžete prohlédnout některé druhy ocelí a jejich hodnoty pevnosti v tahu. Oceli jsou rozděleny do pevnostních skupin.
Sloupec „Třída oceli“ uvádí názvy a sloupec „Mez pevnosti“ uvádí hodnoty pro tuto skupinu. Po výběru třídy oceli s označením její meze pevnosti můžete tuto hodnotu porovnat s hodnotou pro vybraný nástroj, kterou lze vidět na štítku plastového pouzdra nebo na stránce internetového obchodu Metallrent.ru kliknutím na odkaz umístěný na stránce s vybraným nástrojem.
Například pro vrtání běžné konstrukční oceli C235 s pevností v tahu až
360 N/mm2 je docela vhodné pro prstencovou frézu vyrobenou z vysoce legované speciální oceli HSS XE se schopností vrtat materiály s pevností až 900 N/mm2. Metallrent.ru
Nebo pro zahlubování zapuštěných desek z oceli C390 je vhodný kuželový zahlubovač z vysoce legované oceli HSS XE s kalicím povlakem pro zvýšení odolnosti proti opotřebení u materiálů s pevností v tahu až 900 N/mm2.
Otvor v mostní oceli 15ХСНД můžete také vyvrtat nebo vyvrtat pomocí prstencové frézy vyrobené z vysokorychlostní vysokolegované oceli HSS XE s povlakem TIN nebo BlueTek. Ale i při správné rychlosti a posuvu bude těchto otvorů vytvořeno méně než při použití nástroje s karbidovými řeznými deskami, speciálně navrženého pro zpracování silných, vysoce kvalitních ocelí s pevností až 1400 N/mm2.
A samozřejmě, pro zpracování nerezových ocelí s pevností vyšší než 510 H/mm2 je vhodnější použít řezný nástroj (jádrové vrtáky nebo kuželové zahlubovače) s vyměnitelnými karbidovými destičkami. Metallrent.ru
Pro zpracování otvorů v otěruvzdorných ocelích pro speciální účely se používá řezný nástroj speciálně určený pro tento účel. Výrobce Karnasch (Německo) vyrábí prstencové vrtáky speciálně určené pro vrtání tak pevných materiálů, jako je Hardox nebo železniční kolejnice, s názvem Hardox-Line nebo Rail-Line.
Za nejsilnější nástroj dostupný od výrobce jsou považovány plné prstencové a spirálové vrtáky vyrobené ze speciální práškové oceli. Pevnost materiálů, pro které jsou určeny, je 1400 N/mm2 nebo až 65 HRC.
TABULKA MEZNÍ PEVNOSTI PRO NĚKTERÉ DRUHY OCELI
S označením jejich použití v průmyslu
Silová skupina
Pevnost kovových konstrukcí je vlastnost kovu, na které závisí zejména jejich bezpečnost a spolehlivost. Otázka pevnosti se dlouhou dobu řešila tímto způsobem: pokud se výrobek rozbije, příště je třeba ho zesílit. Pak si ale vědci uvědomili, že je nutné změnit kvalitativní složení slitiny.
Co je to?
Pevnost v tahu je maximální hodnota napětí, které kov zažívá před začátkem lomu. Z fyzikálního hlediska se to týká tahové síly aplikované na tyčovitý vzorek určitého průřezu za účelem jeho zlomení. Mimochodem, koncept „pevnosti v tahu“, ačkoli se používá všude, není nejsprávnější.
Správnější by bylo říci „dočasný odpor“, ale protože předchozí možnost již zapustila kořeny a dokonce i v oficiální technické dokumentaci, lze toto mírné sémantické zkreslení odpustit.
Pevnostní zkoušky jsou zkoušky, které kontrolují pevnost v tahu a provádějí se na speciálních zkušebních stolicích. Jeden konec zkušebního vzorku je k nim nepohyblivě připevněn a ke druhému je připojen hydraulický nebo elektromechanický pohon. Tento pohon vytváří sílu, která se postupně zvyšuje. Působí na lámání, ohýbání nebo kroucení vzorku. A díky chytrému elektronickému řídicímu systému lze zaznamenat tažnou sílu a relativní prodloužení, stejně jako další typy deformací.
Takové testy jsou nesmírně důležité a speciálně pro ně jsou vytvářeny stroje a jsou vytvářeny podmínky, které se co nejvíce blíží produkčním. Poskytují, ne-li nejpřesnější, pak zcela spolehlivé posouzení toho, jak se kov bude chovat v kontextu provozu. A síla materiálu je hodnocena velmi přesně, konkrétně se musíte podívat na to, jak kov vydrží zatížení, aniž by se zcela zhroutil. Pokud je materiál například křehký, může se zlomit na několika místech najednou.
Jinými slovy, pevnost v tahu je maximální mechanická síla, která může být aplikována na předmět předtím, než začne selhávat. O chemické expozici se prostě nemluví, ale můžeme hovořit o některých negativních přírodních podmínkách, o určitých ukazatelích životního prostředí. Mohou vlastnosti kovu jak zlepšit, tak i zhoršit. Inženýr nemůže při navrhování používat extrémní hodnoty, protože musí předpokládat chybu spojenou s faktory prostředí, s délkou používání a tak dále.
Ocel je nejčastěji používaným konstrukčním materiálem, i když je dnes v řadě důležitých pozic podřazena plastům a kompozitům, pokud ne úplně. Pokud je výpočet pevnosti v tahu proveden správně, materiál bude odolný a bezpečný. Pevnost oceli v tahu závisí na tom, o jaké třídě mluvíme. Hodnota tohoto parametru je ovlivněna chemickým složením slitiny a také teplotními postupy, které mohou zvýšit pevnost materiálu – jsou to kalení, popouštění a žíhání.
Určité nečistoty mohou snižovat pevnostní ukazatele, a proto je lepší se jich zbavit při lití nebo válcování. Jiní naopak svůj výkon zvyšují. A přidávají se do slitiny.
Příklady legovacích přísad ve slitinách, které mění jejich vlastnosti: molybden, vanad a nikl dodávají slitině pevnost.
Metalurgové vytvářejí složité kombinace přísad, aby dosáhli specifických kombinací fyzikálních a mechanických vlastností oceli. Ale cena takových jakostí je mnohem vyšší než cena nízkouhlíkových standardních slitin. A pro některé velmi důležité součásti a konstrukční systémy je použití drahých ocelí oprávněné.
Druhy pevnosti v tahu
Trochu více o tom, co jsou zač.
Při stlačení
Tento termín označuje prahovou hodnotu stálého nebo střídavého mechanického namáhání. Při překročení tohoto limitu bude mechanické napětí stlačovat těleso vyrobené z jednoho nebo druhého materiálu. Tělo se buď zhroutí, nebo se zdeformuje. Prahová hodnota konstantního napětí odpovídá meze statické pevnosti a střídavé napětí odpovídá meze dynamické. Mechanické namáhání stlačuje tělo během krátké doby.
Při natažení
A to je již prahová hodnota stálého nebo střídavého mechanického namáhání, překročení tohoto mechanického namáhání povede k prasknutí kovového tělesa. A to se také děje v krátké epizodě. V praxi je zřejmé, že část se může nepřijatelně ztenčit a to již stačí k pochopení prahové hodnoty, není nutné čekat, až se tělo roztrhne.
Torzní
Tento termín označuje maximální smyková napětí, která se obvykle vyskytují v nebezpečném úseku hřídele a nemohou překročit povolená napětí. Pevnostní podmínku lze použít pro výpočet pevnostní zkoušky (tzv. ověřovací výpočet), výběr úseku a stanovení přípustného krouticího momentu.
Při ohýbání
Je nepřímo úměrná tvrdosti a zvyšuje se se zvyšujícím se procentem cementového kovu. To znamená, že pevnost v ohybu bude ovlivněna chemickým složením slitiny, stejně jako velikostí karbidových zrn a vlastnostmi cementových kovových vrstev.
Značný význam zde má velikost mezivrstev cementační fáze. Čím silnější je tato vrstva, tím nižší jsou lokální napětí a tím vyšší je pevnost. Čím menší je vrstva cementační fáze, tím nižší je pevnost slitiny. Proporcionalita je dobře čitelná. Pro stanovení této pevnosti v tahu je nutné použít metodu rozbití volně ležícího vzorku jednou koncentrovanou silou.
To znamená, že vzorek bude ležet na dvou podpěrách, ve středu vzorku je statické zatížení.
Vlastnosti třídy
Za účelem sjednocení ocelí podle garantovaných pevnostních limitů (nebo spíše tekutosti a pevnosti v tahu) jsou oceli rozděleny do tříd. Je jich celkem 7.
A tady je tato klasifikace:
- ocel třídy C225 je ocel s normální pevností (konvenční název);
- 3 navazující třídy (od 285 do 390 MPa) – vysokopevnostní ocel;
- zbývající tři třídy (od 440 do 735 MPa) jsou vysokopevnostní oceli.
První třída je obvykle spojena s válcovanou běžnou uhlíkovou ocelí ve stavu válcovaném za tepla. Následující třídy (od druhé do páté) jsou spojeny s válcovanou nízkolegovanou ocelí v normalizovaném nebo za tepla válcovaném stavu. Šestá a sedmá pevnostní třída je spojena s válcovanou ekonomicky legovanou ocelí, která je obvykle dodávána v tepelně optimalizovaném stavu.
Je pravda, že je možné získat válcovanou ocel druhé a třetí třídy tepelným a termomechanickým kalením. A případně řízené rolování.
Pevnostní kategorie ocelí podle GOST 977-88 jsou běžně označovány indexy „K“ a „KT“. A za indexem je číslo, které určuje požadovanou mez kluzu. Index „K“ se používá pro žíhanou ocel, normalizovanou nebo popuštěnou. „KT“ je přiřazeno ocelím, které byly kaleny a popouštěny. Například K48, K52, K60 atd.
Mez kluzu byla v textu zmíněna více než jednou, stojí za to tento ukazatel trochu dešifrovat. Je spojena s mechanickou definicí kovu, charakterizující napětí, při kterém se deformace zvýší, nesouvisející se zvýšením zatížení. Tento parametr zejména pomáhá vypočítat dovolené hodnoty napětí pro různé materiály.
Když kov překročí mez kluzu, začnou ve vzorku neopravitelné změny: krystalová mřížka se sama přeskupí a objeví se deformace plastického typu. Kov čeká na vlastní zpevnění. Zde je vhodné dodat, že pokud uhlíková přísada nepřekročí 1,2 %, zvyšuje se mez kluzu oceli, v důsledku toho se zvyšuje pevnost, tvrdost a také tepelná odolnost. Zvýší-li se procento uhlíku, technické parametry se definitivně zhorší – taková ocel se obtížně svařuje a špatně si vede při lisování. Při stejném svařování se mnohem snadněji používají slitiny s malým obsahem uhlíku.
Pokud se vrátíme k silovým třídám, je vždy důležité zvážit, o jakých produktech mluvíme. Například, šrouby, svorníky a svorníky jsou obvykle vyrobeny z uhlíkových ocelí různých pevnostních tříd. Ačkoli v zásadě i ze stejné oceli je možné konstruovat šrouby, jejichž pevnost bude odlišná. Způsoby zpracování kovů a použití/nepoužití kalení jsou prostě jiné. Z oceli 35 se vyrábí např. svorníky různých pevnostních tříd: 5.6 – jsou-li šrouby soustruženy na soustruhu (nebo frézce) a 6.6, 6.8 – používají-li se zápustkové kování a pěchovací lis. A pokud je ocel kalená, pevnostní třída se zvyšuje na 8.8.
Indikátory pro různé značky
Ocel, jak víte, je slitina železa s uhlíkem a některými dalšími inkluzemi. Protože se používá v široké škále průmyslových odvětví, existuje mnoho druhů oceli. Všechny se liší strukturou, chemickým složením, fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. Pevnost v tahu bude také odlišná a měří se v MPa.
Například, pro ocel 20 je 420 MPa, pro ocel 40 je 580 MPa, pro ocel 10 je 340, pro ocel 30 je 500, pro ocel 25 je 460 a pro ocel 45 se zvyšuje na 610. Ocel 20X má pevnost v tahu 600 MPa, ocel St3 – 390. Maximální pevnost v tahu je třídy 60S2A (1600 MPa), třídy 50HFA (1300), 60S2 (také 1300) mají vyšší hodnoty pevnosti.
Také v metalurgii se bere v úvahu bezpečnostní faktor – ukazatel, který určuje, jak konstrukce vydrží očekávané zatížení nad rámec výpočtu. To je důležité, aby nedošlo k poškození, pokud se vyskytnou konstrukční chyby nebo nepřesnosti. Nebo ne v designu, ale již při výrobě a používání.
Každý odborník řekne, že u slitin, které budou fungovat za standardních podmínek, je nesmírně důležité vyhodnotit jejich fyzikální a mechanické vlastnosti. Chemické vlastnosti nabývají na významu, pokud ocel pracuje v extrémním kontextu (z pohledu radikálně nízkých nebo naopak vysokých teplot), při vysokém tlaku nebo vysoké vlhkosti, v agresivním prostředí.
Jak chemické, tak fyzikálně-mechanické vlastnosti slitin jsou dány především jejich chemickým složením. Čím vyšší je procento uhlíku v kovu, tím více klesá jeho tažnost a zároveň se zvyšuje jeho pevnost. Toto tvrzení je však pravdivé pouze do té doby, než podíl uhlíku dosáhne 1 %, poté pevnostní charakteristiky očividně klesají.
Aby ovlivňovali vlastnosti kovu, jeho schopnosti a korekci určitých vlastností (dokonce i v rámci stejné třídy nebo skupiny jakostí), metalurgové se snaží přidat do vzorce oceli určité složky. Například, křemík se používá jako deoxidační činidlo a při výrobě feritů výrazně zvyšuje jejich pevnost. Ale plasticita zůstává stejná.
Pokud se však do kompozice přidá dusík, výrazně se sníží pevnostní parametry a také se sníží tažnost.
Nakonec to můžeme říci pevnost v tahu není běžnou vlastností oceli. Moderní výroba, jak ukazuje praxe, potřebuje stále odolnější ocelové výrobky. To platí pro stavbu budov a stavbu mostů supernov, připravených na nejvyšší zatížení. A jednou z klíčových otázek v této oblasti dnes je, jak vypočítat pevnost kovu a hodnotu napětí ocelové výztuže.