metalne konstrukcije 1 (b2k3m1)(kod tankih limova), ili naknadne obrade (kaljenje, žarenje,...

Beograd, 2020.Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti samo za nastavu na daljinu studenta Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne

mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.

Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet www.grf.bg.ac.rs

Studijski program: GRAĐEVINARSTVOModul: KONSTRUKCIJEGodina/Semestar: III godina / V semestar

Naziv predmeta: METALNE KONSTRUKCIJE 1 (B2K3M1)Nastavnik: Prof. dr Zlatko Marković

Naslov predavanja: Osnovna svojstva čelikaDatum : 7. oktobar 2020. godine

Metalne konstrukcije 1 P2-2

Najznačajnija svojstva materijala mogu da se podele na:– Fizičko-hemijska svojstva; – Tehnološka svojstva;– Mehanička svojstva;


Fizička svojstva

Najvažnija fizička svojstva materijala su:– specifična masa (težina),– temperatura topljenja,– specifična toplota,– toplota topljenja,– provodljivost toplote,– koeficijent termičkog širenja,


Fizičko-hemijska (metalurška) svojstva

Zrnasta, kristalna mikrostruktura;Pravilno rasprostranjeni atomi gvožđa - Fe;Kristalna rešetka je kubna;Ona može da bude:– prostorno centrisana ili -rešetka

(9 atoma),– površinski centrisana ili -rešetka

(14 atoma).


Ugljenik u čeliku

– Sadržaj ugljenika se kreće od 0,05-1,7%.– Konsrukcioni čelici imaju manje od 0,25% C.– Atomi C su znatno manji od atoma Fe i uglavljuju se

u kristalnu rešetku (više kod -rešetke);– U čeliku se C javlja i u vidu karbida gvožđa (Fe3C) –

cementita, ili u vidu mešavine Fe i cementita koja se naziva perlit;


Tehnološka svojstva čelika

Najznačajnija tehnološka svojstva čelika:– zavarljivost,– plastičnost,– kovnost,– istegljivost,– livnost,– otpornost na habanje,– obradljivost...


Zavarljivost

Zavarljivost može biti:– operativna,– metalurška i– konstruktivna.

Sposobnost materijala da se može spajati zavarivanjem (tehnološkim postupkom spajanja metala).

[%] 15

CN5

VMC6

MCCEV uiorn

Ako je ekvivalent ugljenika CEV < 0,45 % - čelik je zavarljiv!


Mehanička svojstva čelika

Najvažnija mehanička svojstva čelika su:– granica razvlačenja – fy

– čvrstoća pri zatezanju – fu

– modul elastičnosti – E– Poasonov koefcijent – – izduženje pri lomu – – kontrakcija – – žilavost – (CVN – Charpy V-Notch test)

Ispi

tivan

je z

atez

anje

m


Konstante materijala

Svi konstrukcioni čelici imaju iste vrednosti:Modula elastičnosti: E = 210000 MPa (N/mm2)Poasonovog koeficijenta: = 0,3Modula klizanja: G = E/(2(1+)) = 81000 MPaSpecifične mase: = 7850 kg/m3

Koeficijenta linearnogtermičkog izduženja: = 1,2 10-5 1/oC


Ispitivanje svojstava materijala

Mehanička svojstva metala (čelika) se određuju:– Ispitivanjem metala pri zatezanju (ili pritisku);– Ispitivanjem udarne žilavosti (Šarpijevo klatno);– Ispitivanjem tvrdoće metala (po Brinelu, Vikersu…).


Ispitivanje metala pri zatezanju

Određuju se najvažnija mehanička svojstva:– granica elastičnsti - fe

– granica razvlačenja - fy

– čvrstoća pri zatezanju - fu

– modul elastičnosti - E– izduženje pri lomu – 5

– kontrakcija poprečnog preska -


Uzorci (epruvete) za ispitivanje

mm25za3,11mm25za65,5

000

000

AA

Kružni presek

Pravougaoni presek

Dužina merne baze:


Dijagrami za različite čelike


Određivanje tehničke (konvencionalne) granice razvlačenja

Napon pri kojem je zaostala – plastična dilatacija 0,2%


Izduženje pri lomu

Izduženje pri lomu i kontrakcija poprečnog preseka su pokazatelji duktilosti materijala!

[%] 100

A

AAo

Kontrakcija poprečnog preseka

100

o

o


][J/cm 2

oAA

A energija udara [J]

Ao površina [cm2].

Energija udara pri lomu [J] predstavlja meru žilavosti metala.

Opit se sprovodi na različitim temperaturama (+20, 0, -20, -30,… -60oC), a rezultati definišu podkvalitet čelika.

Ispitivanje udarne žilavosti - Šarpijev test (Charpy V-notch test - CVN)


Vrste konstrukcionih čelika

Prema sadržaju ugljenika ugljenični čelici se dele na:

– niskougljenične (0,05 C 0,25 %),

– srednjeugljenične (0,25 < C 0,60 %) i

– visokougljenične (0,60 < C 1,70 %).

Ugljenični čelici su čelici kod kojih je ugljenik jedini legirajući element.

Konstrukcioni čelici mogu da budu:

− Nelegirani konstrukcioni čelici,

− Normalizovano valjani zavarljivi sitnozrni čelici,

− Termomehanički valjani zavarljivi sitnozrni čelici,

− Čelici sa poboljšanom otpornošću na atmosfersku koroziju,

− Čelici visoke čvrstoće dobijani kaljenjem i otpuštanjem.

Uticaj sadržaja ugljenika na svojstva čelika

− Ugljenik je najznačajniji legirajući element kod konstrukcionih (ugljeničnih) čelika!

− Sadržaj ugljenika u konstrukcionim čelicima je veoma mali (0,16-0,22%), ali veoma bitno utiče na njihova svojstva!

− Sa porastom sadržaja ugljenika • povećavaju se granica razvlačenja i čvrstoća pri

zatezanju (+), • smanjuju duktilnost i žilavost (-), • pogoršava se i zavarljivost (-)

(CEV > 0,45 → čelik nije zavarljiv)!Metalne konstrukcije 1 P2-18


Prateći elementi u čeliku

Samo silicijum (Si) i mangan (Mn) imaju pozitivne osobine (dezoksidanti).

Nepoželjni elementi su:– Sumpor (S) uzrokuje smanjenje žilavosti– Fosfor (P) još više smanjuje žilavost i dovodi do krupnozrne

strukture;– Azot (N) povećava tvrdoću, ali i opasnost od krtog loma i

starenja.– Kiseonik (O) smanjuje žilavost.Ovi elementi moraju se zadržati u propisanim granicama;

Pored ugljenika u čeliku se uvek nalaze i neki prateći elementi koji potiču iz procesa dobijanja čelika: Si, Mn, S, P, N, O, H.


Označavanje čelika


Označavanje čelika

Označavanje čelika je visoko standardizovano.

U Srbiji je usvojen Evropski sistem označavanja.

SRPS EN 10027-1:2003 Sistem za označavanje čelika – Deo 1: Označavanje, osnovne oznake;

SRPS EN 10027-2:2003 Sistem za označavanje čelika – Deo 2: Brojčani sistem;

SRPS CR 10260:2003 Sistem za označavanje čelika – Dodatne oznake;


Alfanumerički sistem označavanja(SRPS EN 10027-1)

Prema ovom sistemu razlikuju se dve osnovne grupe čelika:

Grupa 1: Čelici koji se označavaju na osnovu njihove primene i mehaničkih svojstava,

Grupa 2: Čelici koji se označavaju na osnovu hemijskog sastava.


Označavanje čelika - Grupa 1

Osnovna oznaka definiše vrstu, odnosno kvalitet čelika i sadrži podatke o njegovoj uobičajenoj primeni (slovni simbol) i najvažnijim mehaničkim svojstvima;Dodatne oznake definišu podkvalitet čelika (žilavost), ili način termičke obrade;Dopunska oznaka (opciona) definiše specijalne zahteve u pogledu lamelarnog cepanja, ili vrste prevlake (kod tankih limova), ili naknadne obrade (kaljenje, žarenje, normalizaciju...)


Osnovna oznaka

Pored slovne oznake na prvom mestu sadrži i numeričku oznaku u vidu trocifrenog ili četvorocifrenog arapskog broja, koja predstavlja vrednost referentnog mehaničkog svojstva u MPa (N/mm2). To je uglavnom nazivna (nominalna) minimalna granica razvlačenja čelika (fy ili ReH), ili ređe (npr. za čelike za prednaprezanje) čvrstoća pri zatezanju (fu ili Rm).


Slovni simbol na prvom mestu osnovne oznake

Primena PrimerS Konstrukcioni čelici (Structural steel) S 235P Oprema pod pritiskom (Pressure purpose) P 355L Cevovodi (Line pipe) L 360E Mehaničke konstrukcije (Engineering) E 295B Armatura - betonski čelici (Reinforcing steel) B 500Y Prednaprezanje (Presteressing steel) Y 1770R Šine (Rail) R 380

H Čelici visoke čvrstoće za hladno valjanje(High strength Cold rolled) H 400

D Pljošti proizvodi za hladno oblikovanje(Flat product for cold forming) D C03

T Ambalaža (Tinmill products) T H52

M Čelici za elektrotehniku (Electrical steel) M 140


Označavanje čelika prema hemijskom sastavu (Grupa 2)

Čelici koji se označavaju prema hemijskom sastavu (grupa 2) mogu da se podele u tri podgrupe:

1. Nelegirani (ugljenični) čelici sa sadržajem mangana < 1 % (npr. C45E);

2. Nelegirani čelici sa sadržajem mangana ≥ 1 % (npr. 18MnMo4-5);

3. Legirani čelici, kod kojih je sadržaj legirajućeg elementa 5% (npr. X4CrNi18-12).Složene alfanumeričke oznake kod legiranih čelika!X1CrNiMoN25-22-2 1.4468 (Numerička oznaka).


Numeričko označavanje čelikaOznaka Vrsta čelika

Ugljenični čelici

1.00XX Konstrukcioni čelici - osnovni čelici (Basic Steel)

1.01XX Konstrukcioni čelici - kvalitetni čelici sa Rm < 500 N/mm2 (Quallity Steel)

1.02XX Ostali konstrukcioni čelici sa Rm < 500 N/mm2 koji nisu za termičku obradu

1.03XX Čelici sa C < 012 % ili Rm < 400 N/mm2

1.04XX Čelici sa 0,12 < C < 0,25 % ili Rm 500 N/mm2

1.05XX Čelici sa 0,25 < C < 0,55 % ili 500 Rm < 700 N/mm2

1.06XX Čelici sa C > 0,55 % ili Rm 700 N/mm2

Specijalni ugljenični čelici

1.10XX Čelici sa posebnim fizičkim svojstvima

1.11XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa C < 0,5 %

1.12XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa C 0,5 %

1.13XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa posebnim zahtevima

Legirani čelici

1.2XXX Alatni čelici

1.3XXX Raznovrsni čelici (miscellaneous steel)

1.4XXX Nerđajući i vatrootporni čelici

Legenda: XX = (00-99) i XXX = (000-999)


Veze starih i novih oznaka opštih konstrukcionih čelika

Evropski sistem označavanja čelikaStari sistem označavanja čelika

JUS C.B0.002:1986Alfanumeričke oznake SRPS EN 10027-1

Brojčane oznake SRPS EN 10027-2

S 235 JR 1.0037 Č0370

S 235 JRG1 1.0036 Č0371

S 235 JRG2 1.0038 Č0361

S 235 J0 1.0114 Č0362

S 235 J2G3 1.0116 Č0363

S 275 JR 1.0044 Č0451

S 275 J0 1.0143 Č0452

S 275 J2G3 1.0144 Č0453

S 355 JR 1.0045 Č0561

S 355 J0 1.0553 Č0562

S 355 J2G3 1.0570 Č0563


Čelici za građevinske konstrukcije

1. Nelegirani konstrukcioni čelici (SRPS EN 10025-2);2. Normalizovano valjani sitnozrni čelici - sa dodatnom

oznakom N i NL (SRPS EN 10025-3);3. Termomehanički valjani sitnozrni čelici - sa dodatnom

oznakom M i ML (SRPS EN 10025-4);4. Čelici sa poboljšanom otpornošću na atmosfersku

koroziju- sa dodatnom oznakom W (EN 10025-5);5. Konstrukcioni čelici visoke čvrstoće, dobijeni

kaljenjem i otpuštanjem - sa dodatnom oznakom Q i QL (EN 10025-6);


Tehnički uslovi isporuke čelika

U okviru tehničkih uslova isporuke se definišu:– mehanička svojstva – hemijski sastav šarže i proizvoda, – način dezoksidacije, – postupak termičke obrade (ako je predviđen),– tehnološka svojstva,– specijalni zahtevi,– način porudžbine materijala,– postupak kontrole kvaliteta (ispitivanje i mesta uzimanja

uzoraka),– obeležavanje proizvoda.


Nelegirani konstrukcioni čelici (SRPS EN 10025-2) - hemijski sastav proizvoda


Nelegirani konstrukcioni čelici (SRPS EN 10025-2) nominalne granice razvlačenja proizvoda ReH

Mehanička svojstva čelika prema EC3


Nazivne (nominalne) vrednosti granice razvlačenja fy i čvrstoćepri zatezanju fu za konstrukcionečelike treba da budu određene:•usvajanjem vrednosti fy = ReH i fu= Rm direktno iz standarda za proizvode, •korišćenjem uopštenih vrednostidatih u SRPS EN 1993-1-1 (videti tabelu).


Izbor vrste i kvaliteta čelika kao osnovnog materijala za noseću konstrukciju

Na izbor utiče više faktora:– tip i značaj konstrukcije,– vrsta naprezanja i priroda opterećenja,– način proizvodnje i oblikovanja konstrukcije - detalji,– minimalna radna temperatura,– ekonomski pokazatelji.

Parametri koji utiču na izbor kvaliteta osnovnog materijala:

– otpornost na krti lom i zamor materijala

– otpornost na lamelarno cepanje.

Posebno važno za: zavarene elemente, dinamički opterećene konstrukcije, niske radne temperature i napone zatezanja!


Tehnička regulativa za izbor kvaliteta čelika

SRPS EN 1993-1-10: “Izbor osnovnog materijala u pogleduotpornosti na krti lom i lamelarno cepanje”

Dvosmeran pristup:– izbor maksimalne debljine elementa (lima) za zadate uslove, ili– izbor kvaliteta čelika za zahtevanu debljinu lima, pri zadatim

uslovima;


Maksimalna debljina elementa tz obzirom na krti lomReferentna temperatura TEd [C] Šarpijeva

energija CVN 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

Kval

itet

čelik

a

Pod-

kval

itet

čelik

a

T [C] Jmin Ed = 0,75 fy (t) Ed = 0,50 fy (t) Ed = 0,25 fy (t)

JR 20 27 60 50 40 35 30 25 20 90 75 65 55 45 40 35 135 115 100 85 75 65 60 JO 0 27 90 75 60 50 40 35 30 125 105 90 75 65 55 45 175 155 135 115 100 85 75

S235

J2 -20 27 125 105 90 75 60 50 40 170 145 125 105 90 75 65 200 200 175 155 135 115 100JR 20 27 55 45 35 30 25 20 15 80 70 55 50 40 35 30 125 110 95 80 70 60 55 JO 0 27 75 65 55 45 35 30 25 115 95 80 70 55 50 40 165 145 125 110 95 80 70 J2 -20 27 110 95 75 65 55 45 35 155 130 115 95 80 70 55 200 190 165 145 125 110 95

M,N -20 40 135 110 95 75 65 55 45 180 155 130 115 95 80 70 200 200 190 165 145 125 110

S275

ML,NL -50 27 185 160 135 110 95 75 65 200 200 180 155 130 115 95 230 200 200 200 190 165 145JR 20 27 40 35 25 20 15 15 10 65 55 45 40 30 25 25 110 95 80 70 60 55 45 JO 0 27 60 50 40 35 25 20 15 95 80 65 55 45 40 30 150 130 110 95 80 70 60 J2 -20 27 90 75 60 50 40 35 25 135 110 95 80 65 55 45 200 175 150 130 110 95 80

K2,M,N -20 40 110 90 75 60 50 40 35 155 135 110 95 80 65 55 200 200 175 150 130 110 95

S355

ML,NL -50 27 155 130 110 90 75 60 50 200 180 155 135 110 95 80 210 200 200 200 175 150 130M,N -20 40 95 80 65 55 45 35 30 140 120 100 85 70 60 50 200 185 160 140 120 100 85 S420

ML,NL -50 27 135 115 95 80 65 55 45 190 165 140 120 100 85 70 200 200 200 185 160 140 120Q -20 30 70 60 50 40 30 25 20 110 95 75 65 55 45 35 175 155 130 115 95 80 70

M,N -20 40 90 70 60 50 40 30 25 130 110 95 75 65 55 45 200 175 155 130 115 95 80 QL -40 30 105 90 70 60 50 40 30 155 130 110 95 75 65 55 200 200 175 155 130 115 95

ML,NL -50 27 125 105 90 70 60 50 40 180 155 130 110 95 75 65 200 200 200 175 155 130 115

S460

QL1 -60 30 150 125 105 90 70 60 50 200 180 155 130 110 95 75 215 200 200 200 175 155 130Q 0 40 40 30 25 20 15 10 10 65 55 45 35 30 20 20 120 100 85 75 60 50 45 Q -20 30 50 40 30 25 20 15 10 80 65 55 45 35 30 20 140 120 100 85 75 60 50

QL -20 40 60 50 40 30 25 20 15 95 80 65 55 45 35 30 165 140 120 100 85 75 60 QL -40 30 75 60 50 40 30 25 20 115 95 80 65 55 45 35 190 165 140 120 100 85 75 QL1 -40 40 90 75 60 50 40 30 25 135 115 95 80 65 55 45 200 190 165 140 120 100 85

S690

QL1 -60 30 110 90 75 60 50 40 30 160 135 115 95 80 65 55 200 200 190 165 140 120 100


Izbor kvalieta materijala u pogledu lamelarnog cepanja

Parametar Z zavisi od:– debljine šavova, – oblika i položaja šavova,– efekata debljine šavova...

Potrebna vrednost Z Zgrade Mostovi Seizmičko

opterećenje <10 - - Z15

11 do 20 - Z15 Z25 21 do 30 Z15 Z25 Z35

>30 Z25 Z35 Z45

dcba ZZZZZ

metalne konstrukcije 1 (b2k3m1)(kod tankih limova), ili naknadne obrade (kaljenje, žarenje,...

Documents