5.2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ
И СПЛАВЫ ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ
Высокопрочные материалы.
Из миллиарда тонн материалов, ежегодно производимых в мире, 99 % -
материалы конструкционные, их назначение — выдерживать некоторые нагрузки
Р. Условия их работы характеризует
напряжение а = Р/Sq, приложенное в опасном
сечении площадью Sq. Чтобы конструкция при
разгрузке возвращалась к исходным размерам, ее относительные
деформации е должны оставаться в области линейного закона упругости о
= гЕ (Е
— модуль
Юнга). Поэтому в основе инженерных расчетов лежит предел текучести
материала а0 2 ~~ напряжение, при котором
остаточное (пластическое) удлинение составит 0,2 %. Всюду в
конструкции должно быть а < а0 2 (с некоторым
заданным запасом).
Для каждого класса сталей
определенного назначения потребитель привык к известному уровню предела
текучести, который приемлемо сочетается со множеством других необходимых
технологических и эксплуатационных свойств. Когда ему предлагают
более высокий уровень а0 2
(при тех же или лучших его гарантиях и без потери
остальных качеств), такие стали рекламируют как высокопрочные.
Сегодня обычно называют высокопрочными строительные стали с пределом
текучести а0 2 > 450 МПа, арматурные - при
а0 2 ^ 600 МПа, конструкционные - начиная от
1200 МПа.
Для каждой из этих групп сталей и
комплекс свойств, и средства его достижения совершенно различны. Общий
здесь лишь «каскадный эффект» у потребителя: повышая допустимые
напряжения, экономят не столько на сечении и массе материала, сколько на
бесполезных нагрузках от собственного веса конструкции. Особенно
наглядно это в летательной технике: облегчая фюзеляж на килограмм,
экономят на мощности и весе двигателя, чтобы его поднять в воздух, на
весе запаса топлива, на весе бака для него и, наконец, опять на весе
каркаса, чтобы все это нести. Выигрыш бывает и
десятикратным.
Ниже рассмотрены лишь
высокопрочные конструкционные стали рекордного уровня прочности
а0 2 > 1500 МПа, применяемые в виде массивных
поковок. Их конкурент — композиты на основе стеклянно-Г0'
Углеродного и борного волокна (а также стальной проволоки). Их сравнивают
уже не по самой величине предела прочности ав, Н/м2,
a