9MK1-P2

Metalne konstrukcije 1 P2-1

Prednosti čeličnih konstrukcijaPrednosti čeličnih konstrukcija

Vi k d i h ičkih k k i ik• Visoke vrednosti mehaničkih karakteristika,• Male dimenzije i težine elemenata,• Industrijalizovana proizvodnja – visok kvalitet,• Laka manipulacija, transport i montaža,p j p• Lakše i jeftinije fundiranje,• Manja osetljivost na seizmičke uticaje,Manja osetljivost na seizmičke uticaje,• Fleksibilnost i adaptibilnost,• Mogućnost demontaže i trajna vrednost• Mogućnost demontaže i trajna vrednost,• Laka i jednostavna sanacija i rekonstrukcija.


Nedostaci čeličnih konstrukcijaNedostaci čeličnih konstrukcija

Osetljivost na dejstvo korozije.Osetljivost na dejstvo požara.j j pPotreba za kvalifikovanijom radnom snagom.


Dobijanje čelikaDobijanje čelika

Č• Čelik je legura gvožđa (Fe) i ugljenika (C).• Sadržaj ugljenika bitno utiče na svojstva čelika.j g j j• Gvožđe se u prirodi nalazi u vidu ruda kao što su:

magnetit (FeMg3O4), hematit (Fe2O3), sideritmagnetit (FeMg3O4), hematit (Fe2O3), siderit (FeCO3), i pirit (FeS2).

• Sirovo gvožđe se dobija u visokim pećima• Sirovo gvožđe se dobija u visokim pećima preradom rude gvožđa na visokim temperaturama.D lj d č lič d i žđ• Daljom preradom u čeličanama od sirovog gvožđadobija se čelik.


Osobine sirovog gvožđaOsobine sirovog gvožđa

• Specifična masa gvožđa je 7870 kg/m3

• Tačka topljenja gvožđa je 1528 oC.p j j g j• Sadrži oko 5% C.• Zbog visokog sadržaja C sirovo gvožđe je krto i• Zbog visokog sadržaja C sirovo gvožđe je krto i

nije pogodno za upotrebu u konstrukcijama.


Šematski prikaz tehnologije proizvodnje čelika


Postupci za dobijanje čelikap j j1. Postuci produvavanja:Tomsov postupak - Produvavanje vazduhom• Visok procenat azota (čelik je krt i podložan starenju);LD postupak - Produvavanje kiseonikom

Sadržaj a ota je natno manji (čelik je boljeg k aliteta);• Sadržaj azota je znatno manji (čelik je boljeg kvaliteta);• Kapacitet peći je veći (420 t), a vreme odlivanja manje;2. Postupci u plamenim pećima:2. Postupci u plamenim pećima:Simens-Martinov postupak - oksidacioni plamen• Veliki utrošak energije (mešavina zemnog gasa i vazduha);• Manji sadržaj azota, veće vreme odlivanja;Postupak u elektro pećima - električni luk (T=3500 oC)• Postupak je skup i koristi se za dobijanje kvalitetnih i• Postupak je skup i koristi se za dobijanje kvalitetnih i

visokolegiranih čelika.• Kapacitet peći je 200t, a vreme odlivanja je 1,5 sat;


Izlivanje tečnog sirovog čelika u kalupe

Livenje u kalupe

Kontinualno livenje


Oblici osnovnih proizvoda čeličana

P i di č lič k i t k t i i di i dProizvodi čeličana se ne koriste kao gotovi proizvodi za izradučeličnih konstrukcija.

Oni su u stvari poluproizvodi koji se dodato prerađuju (najčešće deformacijom).


Prerada čelika deformacijomj

Postupci obrade su:p• valjanje,• kovanje,• presovanje i • izvlačenje.

Najviše se primenjuje valjanje (90%).

Valjanje može biti:ć t j ć lj i i di• u vrućem stanju - vruće valjani proizvodi,

• u hladnom stanju - hladno valjani (oblikovani) proizvodi.


Valjanje u vrućem stanju

• Valjanje u vrućem stanju (vruće valjanje) seValjanje u vrućem stanju (vruće valjanje) se najčešče primenjuje.

• Poluproizvodi se zagrevaju na 1200 1300 oC• Poluproizvodi se zagrevaju na 1200-1300 C –testasto stanje.Z j i l t ( l f b ik t) št k• Zagrejani element (polufabrikat) se propušta krozseriju valjaka (i preko 70).

• Valjci mogu da budu ravni ili profilisani.• Vrućim valjanjem se pobljšava kvalitet čelika

(usitnjavaju se zrna njegove strukture).


Valjci za vruće valjanjeValjci za vruće valjanje


Šematki prikaz dobijanja ć lj ih i dvruće valjanih proizvoda


Standardni vruće valjani proizodiStandardni vruće valjani proizodi

Mogu da se podele na četiri grupe:

Š• Štapasti proizvodi,

• LimoviLimovi,

• Profilisani nosači,

• Šuplji profili.


Jednakokraki ugaonici Raznokraki ugaonici

T profili Z profili

Štapasti proizvodi

T- profili Z- profili

Pljošti čelik Široki pljošti čelikPljošti čelik Široki pljošti čelik

Okrugli čelik Kvadratni čelik


LimoviLimovi

Prema debljini se dele na:Prema debljini se dele na:• fine limove t < 3 mm• srednje limove i 3 < t < 4 75 mm• srednje limove i 3 < t < 4,75 mm• grube limove t > 4,75 mm.

Prema obradi površine dele se na:• glatke (ravne),• rebraste,• bradavičaste i• perforirane.


p

Rebrasti limoviRebrasti limovi

U obliku romba U obliku suze


Profilisani nosačiProfilisani nosači

1 U fili1. U profili2. I profili sa uskim nožicama: • I (IPN) i • IPE profili.p3. I profili sa širokim nožicama:• HEAHEA• HEB• HEM• HEM• HD


U profili i I profili sa uskim nožicamaU profili i I profili sa uskim nožicama

U-profili U-profili sa paralelnim nožicama

I-profili IPE-profili


HEA- profili HEB-profili

I profili sa pširokim

nožicamanožicama

HEM profili HD profili HEM-profili HD- profili


Šuplji profiliŠuplji profili

Kružni Kvadratni Pravougaoni


Hladno oblikovani proizvodiHladno oblikovani proizvodi

Dobijaju se:

• hladnim valjanjem ravne trake• hladnim valjanjem ravne trake

• previjanjem ravne trake pritiskom (u posebnim alatima)

Dele se na:Dele se na:

• hladno oblikovane profile (otvorenog ili zatvorenog preseka)

• hladno oblikovane profilisane limove


a) hladno oblikovani profili (HOP) otvorenog preseka;

b) hl d blik i fili t kb) hladno oblikovani profili zatvorenog preseka;

c) hladno oblikovani profilisani limovi;


Ostali proizvodiOstali proizvodi

• Automatski zavareni profili;• Saćasti i olakšani nosači;• Užad i kablovi• Rešetkasta gazišta (“rost”)• Rešetkasta gazišta ( rost )• Istegnuti metal


Automatski zavareni profiliAutomatski zavareni profili


Saćasti i olakšani nosači


Saćasti nosačiSaćasti nosači


Užad i kabloviUžad i kablovi


Istegnuti metal i rešetkasta gazištaIstegnuti metal i rešetkasta gazišta


Materijal za spajanje


Osnovna svojstva čelika

- Fizičko-hemijska svojstvah i k j- Mehanička svojstva

- Tehnološka svojstva


Fizička svojstvaFizička svojstva

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


Fizičko hemijska svojstvaFizičko-hemijska svojstva

Z k i l ik kZrnasta, kristalna mikrostruktura;Pravilno rasprostranjeni atomi gvožđa;Kristalna rešetka je kubna;Ona može da bude:Ona može da bude:• prostorno centrisana ili α-rešetka,

ši ki i ili š k• površinski centrisana ili γ-rešetka.


Ugljenik u čelikuUgljenik u čeliku

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

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

cementita ili u vidu mešavine Fe i cementita koja secementita ili u vidu mešavine Fe i cementita koja senaziva perlit;


Mehaničke karakteristike čelikaMehaničke karakteristike čelika

Najvažnije karakteristike za proračun konstrukcija;• granica razvlačenja – fyg j fy

• čvrstoća na zatezanje – fu

• modul elastičnosti E• modul elastičnosti – E• Puasonov koefcijent – ν• izduženje pri lomu – δ• kontrakcija (žilavost) – ψ• zapreminska masa – γ


Neke bitne konstante materijalaNeke bitne konstante materijala

E = 210000 MPa (21000 kN/cm2)ν = 0,3G = E/(2(1+ν)) = 81000 MPa (8100 kN/cm2)γ = 7850 kg/m3γ = 7850 kg/mα = 1,2 10-5 1/oC


Tehnološka svojstva čelikaTehnološka svojstva čelika

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


Zavarljivostj

Sposobnost materijala da se može spajati zavarivanjem ( h l ški k j j l )

Zavarljivost može biti

(tehnološkim postupkom spajanja metala).

Zavarljivost može biti• operativna

t l šk i• metalurška i• konstruktivna

[%]CNVMCMCCE uiorn ++

++++= [%]

1556CCE +++=

Ako je ekvivalent ugljenika CE < 0 45 % - čelik je zavarljiv!Metalne konstrukcije 1 P2-38

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

Ispitivanje svojstava materijalaIspitivanje svojstava materijala

Određivanje mehaničkih karakteristika:Određivanje mehaničkih karakteristika:• Ispitivanje metala na zatezanje ili pritisak• Ispitivanje udarne žilavosti• Ispitivanje tvrdoće metala


Ispitivanje metala na zatezanjeIspitivanje metala na zatezanje

Određuju se najvažnije mehaničke karakeristike:• granica elastičnsti - feg fe

• granica razvlačenja - fy

• čvrstoća na zatezanje f• čvrstoća na zatezanje - fu

• modul elastičnosti - E• izduženje pri lomu – δ5

• kontrakcija poprečnog preska - ψ


Uzorci (epruvete) za ispitivanjeUzorci (epruvete) za ispitivanje

mm25za65,5 000 ≥⋅= ll Amm25za3,11 000 <⋅= ll A


Dijagrami σ ε za različite čelikeDijagrami σ−ε za različite čelike


Određivanje granice razvlačenjaOdređivanje granice razvlačenja

Opšti konstrukcioni čelik Visokovredni čelikMetalne konstrukcije 1 P2-43

p

Izduženje pri lomuIzduženje pri lomu

− ll 100⋅=o

o

l

llδ

Kontrakcija poprečnog preseka

[%] 100⋅−

=A

AAoψ

Izduženje pri lomu i kontrakcija poprečnog

A

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


Ispitivanje udarne žilavosti - Šarpijev testp j p j

][J/cm 2

AA

=ϕoA

A energija udaraA energija udara,

Ao površina.

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

Opit se sprovodi na različitim temperaturama, a rezultati definišu kvalitet čelika.


Vrste konstrukcionih čelikaVrste konstrukcionih čelika

Ugljenični čelici su čelici kod kojih je ugljenik jedini legirajućielement.

Prema sadržaju ugljenika ugljenični čelici se dele na:

• niskougljenične (0 05 ≤ C ≤ 0 25 %)niskougljenične (0,05 ≤ C ≤ 0,25 %),

• srednjeugljenične (0,25 < C ≤ 0,60 %) i

Pored ugljenika u čeliku se uvek nalaze i neki prateći elementi

• visokougljenične (0,60 < C ≤ 1,70 %).

o ed ug je a u če u se uve a a e e p ateć e e e tkoji potiču iz procesa dobijanja čelika.Najčešće su to: Si, Mn, S, P, N, O, H.


j

Prateći elementi u čelikuNepoželjni elementi su:• Sumpor (S) uzrokuje smanjenje žilavosti• Sumpor (S) uzrokuje smanjenje žilavosti• Fosfor (P) još više smanjuje žilavost i dovodi do

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

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

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

Ovi elementi moraju se zadržati u propisanim granicama;

(dezoksidanti).


Documents

9MK1-P2