Właściwości wytrzymałościowe stali

Właściwości wytrzymałościowe stali zmieniają się ze wzrostem temperatury (rys. 1). W zakresie temperatur od 500°C do 600°C moduł sprężystości maleje, tak że praktycznie biorąc stal w temperaturze powyżej 600°C traci właściwości sprężyste. Podobnie przebiega zmiana granicy plastyczności. Natomiast współczynnik rozszerzalności tylko nieznacznie wzrasta w zależności od składu chemicznego stali. Przy ogrzewaniu pręta mającego możliwość swobodnego odkształcania się, następuje jego wydłużenie proporcjonalne do temperatury, które wyraża się wzorem Przy obniżeniu się temperatury do temperatury początkowej pręt wraca do pierwotnej długości. W ciągu całego procesu ogrzewania i stygnięcia w pręcie występowały odkształcenia, jednak bez powstawania naprężeń wewnętrznych.

Odmienne zjawisko zachodzi w pręcie, którego możliwość odkształcenia zostaje ograniczona (rys. 2). Po wydłużeniu się pręta o odcinek b, przy dalszym wzroście temperatury w pręcie zaczną powstawać naprężenia. Wydłużenie o wielkości b zostanie osiągnięte przy temperaturze Wzrost temperatury powyżej wywołuje w pręcie początkowo naprężenia sprężyste, a po przekroczeniu granicy plastyczności odkształcenia trwałe, co ma miejsce po osiągnięciu temperatury t2. Po przekroczeniu t3 > 500°C naprężenia w pręcie zaczynają obniżać się, gdyż stal traci właściwości sprężyste natomiast odkształcenia wzrastają nadal. Wobec ograniczenia wydłużenia się pręta nastąpi jego plastyczne spęcznienie. Po ostygnięciu pręta do temperatury początkowej pierwotna długość pręta zmniejszy się o wielkość odkształceń plastycznych, jakie powstały w najwyższej temperaturze podczas procesu ogrzewania. W pręcie naprężenia wewnętrzne znikną.

Przy ogrzewaniu pręta obustronnie utwierdzonego powstaną w nim naprężenia na granicy plastyczności po osiągnięciu temperatury i, określonej wydłużeniem pręta przy W pręcie zamocowanym granica plastyczności zostaje osiągnięta już po przekroczeniu temperatury ~100°C. Po ogrzaniu pręta powyżej 100°C w pręcie powstają trwałe odkształcenia, jak i w poprzednim przypadku. Po obniżeniu temperatury, na skutek niemożliwości przesunięcia się podpór, nie może nastą-pić skrócenie pręta i powstaną w nim naprężenia własne. Wielkość tych naprężeń będzie zależała od wielkości trwałych odkształceń, jakie powstały w okresie ogrzewania. W połączeniach spawanych nagrzewa się nie cały przekrój elementu, lecz “jedynie krawędzie na których układa się spoinę. W takich przypadkach o wielkości i rozkładzie naprężeń własnych decyduje, poza parametrami spawania, sztywność własna spawanego elementu. Wyodrębniając przykładowo strefę na-grzania do wysokiej temperatury, jak to pokazano na rys. 3, otrzymamy układ pręta zamocowanego w sprężystym podłożu. Pod wpływem rozciągających naprężeń własnych w wyodrębnionej strefie w przekroju elementu powstaną również naprężenia, wynikające z mimośrodowego działania siły. W rzeczywistości w szerokim pręcie ze spoiną ułożoną na krawędzi, rozkład naprężeń będzie miał przebieg stopniowy, lecz zawsze na osi spoiny naprężenia własne będą występowały na granicy plastyczności (rys. 4). Po ukończeniu spawania naprężenia własne w każdym przekroju pręta znajdują się w równowadze: 2oA – 0 2oX – 0 IP = 0. Przy niesymetrycznym układzie spoin względem środka ciężkości przekroju, powstają odkształcenia spawanego elementu. Formę odkształceń można przewidzieć uwzględniając, że na osi spoiny powstają siły rozciągające.