2

1. U V O D 1.1 Utemeljitev predmeta Na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani je bila prvotna snov tega predmeta vključena v predmet "Dvigala in prenašala". Predvsem za žerjave je značilno, da je nosilni del konstrukcije zelo pomemben in predstavlja znaten del njihove vrednosti. Ker je bil ta del naprave vedno v celoti iz jekla, se je v praksi zanj udomačilo ime "jeklena konstrukcija". Če nekoliko širše pogledamo tudi ostale strojne konstrukcije kot so: obdelovalni, preoblikovalni ali predelovalni stroji, kmetijski in gradbeni stroji, razna vozila in transportne naprave, naprave in postroji v procesni industriji, tlačne posode, tlačni cevovodi, i.t.d., lahko opazimo, da ima skoraj vsak tak stroj ali naprava nekakšno nosilno osnovo ali ogrodje. Na ali v to ogrodje so nato vgrajeni drugi podsklopi kot so: mehanizmi, pogonske in zavorne enote, različni krmilni sistemi, osvetlitev in signalizacija, zaščite, oznake, ... . Pri tem lahko omenjene sklope stroja opredelimo v nekaj stavkih: Mehanizmi: utelešajo željeno funkcionalnost stroja z elementi kot so ročice, drogovi, vzvodi, sorniki, osi, gredi, ležaji, zobniški, verižni ter jermenski prenosniki i.t.d. . Pogonske enote: pretvarjajo energijo (npr. toplotno, kemično, električno, ...) v mehansko delo, ki je potrebno za opravljanje vseh gibov mehanizma. Sem prištevamo parne stroje, motorje z notranjim izgorevanjem, elektromotorje, hidravlične aktuatorje, ... . Zavorne enote: zmanjšujejo hitrosti gibajočih se delov ali zadržujejo posamezne dele stroja oziroma naprave v relativnem mirovanju ali enakomernem gibanju (npr.: pri spustu bremen, ...). Krmilni sistemi: uravnavajo velikost posameznih gibov, njihovo zaporedje, smer in velikost hitrosti, pospeške, odpiranje in pripiranje ventilov, ... . Hladilni sistemi: hlade dele stroja, ki se preveč segrevajo, po potrebi hlade medij v napravi, hlade posamezne faze procesa, poleti hlade notranjost vozil, ... . Ogrevalni sistemi: grejejo olje ali pogonsko gorivo ob zagonu, grejejo po potrebi medij oziroma posamezne faze procesa v napravi, pozimi grejejo notranjost vozil, ... . Osvetlitev: omogoča delo s strojem oziroma na stroju tudi, ko ni naravne svetlobe ali le-ta ni zadostna. Merilne enote: zaznavajo in posredujejo velikost posameznih veličin v procesu in sami napravi. Informacijski sistemi in signalizacija: posredujejo informacije o stanju stroja oziroma naprave ter trenutnem stanju delovnega procesa, ki v njem (njej) poteka, ... . Zaščite: varujejo upravljalca stroja in druge osebe pred poškodbami (pokrovi, mreže, ščitniki, varnostno vezane vklopne tipke, svetlobni senzorji i.t.d. ). Oznake (napisi, simboli): služijo za identifikacijo stroja ter njegovih bistvenih delov, za navedbo osnovnih značilnic stroja, za prepoznavanje vhodnih in izhodnih mest, za zagotavljanje varnosti,.. .

Ogrodje stroja: je opora vsem naštetim sklopom ter omogoča njihovo pravilno razmestitev v prostoru. V veliki meri daje tudi zunanji izgled stroja oziroma naprave. Ker se pri opiranju

3

posameznih elementov lahko pojavijo velike sile, je prav prevzemanje obremenitev ena bistvenih funkcij ogrodja stroja. Obremenitve povzročajo v ogrodju napetosti, deformacije, relativne premike, .. .Posledica pretiranih napetosti so po določenem času možni lomi ogrodja, ki lahko onesposobijo celoten stroj. Veliki relativni premiki posameznih delov ogrodja spravljajo v neugoden vprijem zobnike, preprečujejo željeno točnost pozicioniranja odrezovalnih orodij in posredno doseganje željene točnosti obdelav na obdelovancih, ... . Tudi morebitni nestabilnostni in rezonantni pojavi lahko povzročijo neželjene deformacije in relativne premike ali neželjene sledi na obdelovancih. Po drugi strani ima tudi vsak element mehanizma dva obraza: svojo funkcijsko lastnost in potrebo po prenosu določenih sil. Ko gledamo na prevzem sil, predstavlja vsak tak element hkrati tudi nosilni element. Gred prenaša vrtilno gibanje okrog in vzdolž svoje osi ter hkrati prenaša torzijski moment kot obremenitev vzdolž iste osi ! Enako lahko gledamo na zobnik, jermenico, ležaj, ročico, vzvod, ... . Obstajajo tudi naprave, ki nimajo posameznih sklopov pravega stroja (nimajo pogonskega agregata, zavor, prenosnikov, ... ), vendar so obremenjene. Nosilne elemente take naprave (npr. tlačne posode, rezervoarji, silosi, cevovodi, podesti, ...) tudi prištevamo k nosilnim strojnim konstrukcijam. Predmet "Nosilne strojne konstrukcije" - kot je boljši izraz za ta predmet - naj bi torej danes obravnaval metode snovanja, dimenzioniranja in konstruiranja čimširšega spektra nosilnih elementov in ogrodij strojev ter naprav. Kadar se konstrukter, projektant ali razvojni inženir znajde pred nalogo zasnovati kakršenkoli stroj (napravo) ali le njegove (njene) nosilne elemente, mora zelo temeljito preučiti naslednje vidike tega stroja oziroma naprave:

- celotno zahtevano funkcionalnost; - mehanske statčne in dinamične obremenitve stroja vključno s procesnimi obremenitvami; - temperaturne razmere v stroju (napravi) in njegovi okolici med montažo, obratovanjem in v

času vzdrževanja; - skrajna mejna stanja stroja (naprave) in vseh njegovih nosilnih elementov; - mejno - še znosno deformabilnost nosilnih elementov (služnostno mejno stanje); - lastne frekvence stroja in njegovih delov; - nevarnosti, ki jim bo izpostavljen upravljavec stroja in (ali) njegova širša okolica vključno z

nevarnostim za okolje. Za poznane tipe strojev in naprav, ki predstavljajo razpoznavno nevarnost za posluževalce, druge ljudi in (ali) okolje so se in se še oblikujejo predpisi in standardi, ki opredeljujejo glavne obremenitve, mejne deformacije, najbolj verjetne scenarije porušitve, varnostne faktorje pri izračunu posameznih vidikov nosilnosti ter nujne varnostne komponente stroja oziroma naprave. Vsak snovalec novega stroja mora take predpise in standarde seveda dobro poznati in jih pravočasno upoštevati. V primerih pa, ko predpisov ni, niti ni najti potrebnih osnov iz druge tehnične literature, je razvojni inženir dolžan sam izpeljati ali vsaj načrtovati potrebne raziskave, meritve in temeljne študije. Za uspeh na trgu je potrebno zelo dobro poznati tudi cenovne okvire bodočega stroja (naprave). Le povsem novi in koristni izumi omogočajo nekoliko bolj prosto oblikovanje cene

4

1.2 N o v a l i i n o v i r a n i z d e l e k z a t r g Posamični ali maloserijski izdelki: z a z n a n e g a k u p c a Srednje in velikoserijski izdelki: z a n e z n a n e g a k u p c a Življenjska pot novega ali inoviranega izdelka:

- razvoj izdelka; - priprava tehnologije za izdelavo (za velikoserijski izdelek so priprave daljše); - posamična ali serijska izdelava izdelka; - medfazno preverjanje sklopov; - preskušanje celovitega izdelka; - prodaja izdelka; - uporaba in vzdrževanje izdelka; - umik izdelka iz uporabe.

Razvoj, priprava tehnologije in izdelava posamičnega izdelka za znanega kupca

- preučitev vseh funkcionalnih zahtev izdelka; - snovanje izdelka, ki izpolni vse funkcionalne zahteve ter vključuje oblikovanje in

dimenzioniranje; - izdelava projektnih in delavniških načrtov ter navodil za uporabo in vzdrževanje; - tehnološka obdelava načrtov in priprava navodil za izdelavo; - nabava gradiva in serijskih komponent; - izdelava izdelka; - funkcionalno in po potrebi tudi obremenitveno preskušanje izdelka; - morebitni popravki izdelka in dokumentiranje popravkov; - namestitev in končno preskušanje izdelka;

Razvoj in izdelava serijskega izdelka

- preučitev trga; - preučitev vseh funkcionalnih zahtev izdelka; - snovanje izdelka, ki izpolni vse funkcionalne zahteve ter vključuje oblikovanje in

dimenzioniranje; - izdelava načrtov (skic) za prototip; - nabava gradiva in izdelava prototipa; - preskušanje prototipa; - morebitni popravki prototipa in dokumentiranje popravkov; - ponovno preskušanje prototipa; - .............................; - izdelava delavniških načrtov; - tehnološka obdelava načrtov in priprava navodil za izdelavo; - poskusna serijska izdelava izdelka; - tekoča serijska izdelava;

S n o v a n j e n o v e g a a l i i n o v i r a n e g a i z d e l k a

- izpolnitev vseh funkcionalnih zahtev; - optimalna izraba prostora za celoten izdelek; - optimalna izraba prostora pri vgradnji komponent; - izbor ustreznega gradiva za novo razvite elemente in sklope izdelka; - izbor že razvitih podsklopov in elementov; - dimenzioniranje (zagotovitev zadostne odpornosti) nosilnih elementov izdelka proti

obremenitvam in njihovim kombinacijam;

5

- doseganje zadosti majhne deformabilnosti nosilnih elementov izdelka; - zagotovitev zanesljivega obratovanja izdelka kot celote; - zagotovitev možnosti za hitro in kakovostno izdelavo elementov; - zagotovitev enostavne in hitre sestave in namestitve izdelka; - omogočanje (nezahtevnega) transporta izdelka do kupca; - omogočanje dobrega (gospodarnega) vzdrževanja; - preprečitev ali vsaj zmanjšanje ekoloških tveganj; - doseganje čimvišje stopnje reciklaže; - zadovoljitev estetskih zahtev; - izpolnitev cenovnih zahtev trga; - čimvišji vpliv na dosego dobička pri prodaji; - upoštevanje povratnih informacij trga; - .....................................

VSE NAŠTETE AKTIVNOSTI SE PREPLETAJO !! Funkcionalne zahteve novega ali inoviranega izdelka izhajajo iz:

- zahteve in predstave kupcev (uporabnikov); - idej in premislekov snovalcev novih izdelkov (razgledanost v stroki, novi izumi); - zahtev ostalih subjektov v družbi.

Predstave kupca glede funkcionalnih zahtev (npr.: luški portalni žerjav s prevesnim poljem in grabilcem)

- raztovarjanje ladij do širine B (npr. 35 m), dolžine L (npr. 120 m) in globine H (npr. 20 m); - zahtevana pretovorna zmogljivost: Q (npr. 1400 ton/h); - prenos razsutega tovora na deponije na obali do razdalje B1 (npr. 40 m); - prenos razsutega tovora do vgrajenega zalogovnika, ki polni tračne transporterje do

oddaljenejših deponij ali na železniške vagone; - premik celotne naprave do naslednje ladje, ki je zasidrana ob pomolu za razsuti tovor; - prenos razsutega tovora iz bližnjih deponij v zalogovnik in odtod preko tračnih transporterjev

na železniške vagone; - zagotovitev delovanja naprave do hitrosti vetra vw (npr. 72 km/h); - .................................................................

Zunanje funkcionalne zahteve vodijo do:

- možnih izvedbenih rešitev naprave; - osnovnih gabaritov naprave; - potrebnih delovnih ciklov naprave; - potrebnih gibov naprave; - potrebnih največjih hitrosti posameznih gibov; - potrebnih največjih pospeškov posameznih gibov; - potrebnih krmilnikov posameznih delovnih ciklov; - veličin, ki jih moramo meriti; - potrebnih signalov; - potrebnih varnostnih sistemov; - ..............................

6

Izbira tehnične rešitve in notranje funkcionalne zahteve vodijo do:

- potrebnih moči pogonskih agregatov; - zasnove posameznih mehanizemskih sklopov; - izbire posameznih podsklopov in elementov (če so že razviti); - zasnove in konstrukcije posameznih podsklopov in elementov (če še niso razviti); - .........................

Zanesljivo obratovanje naprave kot celote se doseže:

- z zanesljivostjo vsakega elementa, podsklopa in sklopa, ki sestavlja našo napravo (kakovostno razviti in dimenzionirani izdelki, dobro izbrani ali kakovostno izdelani elementi);

- z usklajenostjo delovanja posameznih sistemov z drugimi sistemi; - s pravilno uporabo izdelka v okviru zahtevanega namena naprave kot to zahtevajo skrbno

pripravljena navodila; - z dobrim vzdrževanjem naprave v obratovanju ob ustrezni zalogi ali dosegljivosti rezervnih

delov za obrabljive elemente in elemente s krajšo življenjsko dobo; - .....................

Zagotovitev odpornosti proti vsem obremenitvam

- zadostna trdnost nosilnega ogrodja, ki daje oporo posameznim sklopom in zagotavlja del funkcionalnih zahtev;

- dovolj majhna deformabilnost ogrodja, s čimer je zagotovljena možnost funkcioniranja in zdržljivost mnogih drugih (predvsem mehanskih) elementov;

- globalna stabilnost naprave kot celote proti prevrnitvi in neželjenim premikom; - strukturna stabilnost vseh tlačno obremenjenih mehanskih elementov; - zadostna trdnost vseh (predvsem mehanskih) elementov; - odsotnost pretiranih nihanj in vibracij; - zdržljivost vseh detajlov proti utrujanju materiala;

- ..................................... Rešitev vseh prostorskih problemov

- dva ali več teles se ne more nahajati na istem mestu; - zagotovljen mora biti prostor za namestitev vseh sestavnih elementov naprave; - konstrukcija kot celota se ne sme zadeti v katerikoli okolišni objekt, ko se naprava ali del

naprave premika; - elementi razvite konstrukcije ne smejo priti v kolizijo z drugimi elementi te iste konstrukcije,

ko se posamezni deli naprave premikajo ali se spreminja konfiguracija posameznih sklopov; - vse ploskve elementov, ki jih bo potrebno obdelati, morajo biti dostopne za obdelavo; - vsi vari, ki so predvideni, morajo biti dostopni za kvalitetno izvedbo; - vsi elementi morajo biti dostopni za zamišljen način sestave; - predviden mora biti prostor za uporabljana orodja pri mehanski obdelavi, varjenju, površinski

zaščiti, sestavi, ...; - vsi obrabni elementi, ki jih bo potrebno menjati, morajo biti dostopni s čimmanj dodatnega

dela; - vsi elementi morajo biti ob izpolnitvi vseh funkcionalnih in obremenitvenih zahtev kar se da

majhni in lahki; - zagotovljen mora biti dostop za nadzor vseh za nadziranje predvidenih delov naprave;

2. ZNAČILNICE KOVINSKIH GRADIV, PRIMERNIH ZA NOSILNE

7

KONSTRUKCIJE, IZ ZORNEGA KOTA KONSTRUKTERJA Osnovna in najbolj pogosto uporabljana gradiva za nosilne konstrukcije v strojništvu so še vedno ogljikova splošna konstrukcijska jekla, ki vsebujejo 0,1 do 0,25 % ogljika in imajo zadosti nizek odstotek žvepla, fosforja in silicija. Naslednja zelo uveljavljena skupina so drobnozrnata nelegirana in nizko legirana jekla. V kemijski, farmacevtski in živilski industriji ter na področju kriotehnike prevladuje uporaba nerjavnih jekel. Za nosilne elemente kot so sorniki, osi, gredi, zobniki itd., kjer je potrebna velika površinska trdota in jih praviloma ne varimo, uporabljamo jekla za poboljšanje. Poleg jekel se za nosilne konstrukcije uporabljajo še nekatere aluminijeve zlitine. 2.1 Osnovni pojmi o mehanskih lastnostih konstrukcijskih jekel Konstrukcijska jekla z mejo plastičnosti do 360 MPa imajo - če so kvalitetno izdelana - v nekaterih bistvenih lastnostih dokaj idealen σ-ε diagram, ki ima za nosilne konstrukcije bistven pomen. Omenjeni diagram, iz katerega razberemo večino mehanskih lastnosti jekla, dobimo iz standardiziranega nateznega preskusa.

P – meja proporcionalnosti

E – meja elastičnosti

Y – meja tečenja

M – natezna trdnost

U – pretrg

Slika xx: σ-ε diagram mehkega konstrukcijskega jekla M e j a p r o p o r c i o n a l n o s t i je na σ-ε diagramu tista točka (P), do katere je ta diagram 'idealno' linearen. M e j a e l a s t i č n o s t i je tista največja napetost, od katere se deformirano gradivo še vrne v prvotno stanje, čim obremenitev preneha. Do te meje (na povečanem delu diagrama označena z E) ni opaznih trajnih deformacij. M e j a p l a s t i č n o s t i (oznaka ReH ; angl.: Yield point, nem.: Fliessgrenze ali Streckgrenze) je tista napetost (točka Y), pri kateri se nenadoma pojavi znaten raztezek brez prirastka (včasih celo z rahlim padcem) napetosti. Ta fenomen 'tečenja' gradiva izvira iz nenadnega zdrsa na kristalnih ploskvah. Pri nekaterih gradivih govorimo še o spodnji meji plastičnosti. Mnoga gradiva (tudi nekatera jekla) nimajo iz σ-ε diagrama tako enoznačno določljive meje plastičnosti, ki igra pri dimenzioniranju nosilnih konstrukcij zelo važno vlogo, ampak je bilo potrebno to mejo dodatno definirati. Kot določljivka meje plastičnosti se je uveljavila tista napetost, ki zapusti po razbremenitvi preizkušanca še 0.2 % trajnega raztezka (oznaka Rpl 0,2 ). Nekoliko grobo rečeno: meja plastičnosti razdeli σ-ε diagram na elastično in plastično področje. Čeprav pri dimenzioniranju skrbimo, da ostajajo napetosti (vsaj v globalu) v elastičnem področju, pa

8

prav plastično področje daje relativno veliko varnost takim konstrukcijam. Velike plastične deformacije - brez znatnih povečanj konic lokalnih napetosti v gradivu - omogočajo raznos sicer koncentriranih napetosti na širše območje ob hkratni znatni absorbciji energije. P l a s t i č n o s t (angl.: ductility) je lastnost nekaterih gradiv (med njimi so tudi ogljikova konstrukcijska jekla), da se deli - obremenjeni preko meje plastičnosti - 'vlečejo', predno se končno pretrgajo.

0 A

p L

c L

t L

p A

0L

L0 začetna dolžina območja opazovanja Lp razdalja L0 po pretrgu A0 začetni presek preskušanca Ap presek preskušanca ob pretrgu Območje opazovanja L0 = 10 d0 dolga "epruveta" L0 = 5 d0 kratka evropska "epruveta" L0 = 3,5 d0 japonska "epruveta"

Slika xx: Okrogla epruveta za natezni preskus pred in po porušitvi A0 ..... ploščina začetnega preseka preskušanca Ap ..... ploščina najmanjšega preseka preskušanca ob porušitvi L0 ...... začetna merjena dolžina preskušanca (dolžina med črticama) Lp ...... merjena dolžina preskušanca ob porušitvi (dolžina med črticama brez razmika obeh delov) Poleg okroglih imajo epruvete lahko še šestkoten, kvadraten ali, pravokoten presek, kar je odvisno od debeline polizdelka, iz katerega izrežemo epruveto. V primeru neokroglih presekov epruvet je merjena dolžina kratke evropske epruvete podana z izrazom:

00 65,5 AL ⋅=

Plastičnost (duktilnost) merimo na dva načina: a) z relativnim povprečnim t r a j n i m r a z t e z k o m preizkušanca ob porušitvi (angl.: elongation, nem.: Bruchdehnung).

1000

0⋅

−=

L

LLp

εδ

b) z relativnim trajnim z a ž e m k o m v preseku preizkušanca ob porušitvi (angl.: contraction, nem.: Brucheinschnürung).

1000

0⋅

−=

A

AA p

Aδ

Duktilna gradiva imajo raztezek δε,5 = 20 do 50 % in več. Ta veličina (δε) je opazno odvisna od oblike preskušanca. Tako je za isto gradivo δε, 3,5 > δε, 5 > δε, 10 in velja to upoštevati pri nakupu

9

polizdelkov iz jekla. Plastičnost gradiva je zelo pomembna lastnost za uporabo pri nosilnih konstrukcijah. Zaradi močne plastičnosti gradiva prihaja do preporazdelitve napetosti (ublažitve napetostnih konic) v elementih in spojih ter tudi do ublažene potrebe po zelo točnem poznavanju vseh napetostnih konic. Pri izdelavi - posebno pri kovanju, valjanju, upogibanju in vlečenju - zadostna plastičnost gradiva preprečuje pojavljanje razpok. Plastičnost kovin se praviloma veča z višanjem temperature, zato si pri preoblikovanju pogosto pomagamo z gretjem. Nasprotno pa ohlajanje gradiva opazno zniža stopnjo plastičnosti materiala. Pri izboru gradiva moramo vedno preveriti, če je pri eksploatacijski temperaturi gradivo še dovolj plastično. Ž i l a v o s t (angl.: toughness, nem.: Kerbschlagarbeit) je zmožnost gradiva, da absorbira veliko energije med plastičnim deformiranjem pred porušitvijo. Merimo jo lahko z energijo na enoto volumna, ki jo absorbira preizkušanec obremenjen do zloma. Absorbirana energija (specifična) se izračuna po enačbi:

∫ ⋅=p

dW

ε

εσ0

0

Enota za to energijo je Nm/m3 ali Nm/cm3. Rezultat praktično uveljavljene meritve žilavosti ni direktno gornja energija temveč modul žilavosti. Porabljeno delo se meri iz razlike višin kladiva (Charpijev preizkus), ki zlomi določen preizkušanec. Izmerjeno energijo delimo kar s presekom preskušanca in ne z njegovo prostornino. V standardih se zato žilavost podaja v Nm/cm2 ali kar v J/preskušanec in označuje s črko "ρ". Obstaja več tipov zarez, ki jih imajo preskušanci za žilavostni preizkus (Charpy - okrogla zareza, Charpy - ostra zareza, ISO ostra zareza, DVM proba, Schnadtova proba). Vrednost modula žilavosti je nekoliko odvisna od tipa zareze. Najbolj se je uveljavila epruveta z ostro zarezo po ISO standardu. Povprečna vrednost izmerka iz treh preskušancev ne sme biti izpod 27 J/epruveto = 35 J/mm2, pri čemer ne sme noben rezultat od treh meritev biti izpod 70 % gornje vrednosti, če želimo jeklo uporabiti za nosilne konstrukcije. Standardna epruveta za žilavostni preskus ima kvadratni presek 10 mm x 10 mm in 2 mm globoko zarezo na natezno obremenjeni stranici . Plastičnost in žilavost gradiva sta pri mehkem jeklu v dobri korelaciji. Žilavost gradiva je najbolj zaželjena lastnost pri konstrukcijah, ki so podvržene mehanskim udarcem ali termičnim šokom. T r d n o s t gradiva (angl.: ultimate strength, nem.: Festigkeit) je najvišja napetost, ki jo material še lahko prenese. Dobimo jo tako, da največjo obremenitev preizkušanca delimo z njegovim prvotnim prečnim presekom (točka M na sl.1). Pri plastičnih materialih je porušna obremenitev (ne porušna napetost) nekoliko nižja od največje (točka U na sl.1). M o d u l e l a s t i č n o s t i in s t r i ž n i m o d u l sta definirana za začetni - elastični del σ-ε diagrama. Modul elastičnosti predstavlja nagib proporcionalnega odseka krivulje.

ε

σ=E ............................................... elastični modul ( enota N/mm2)

A

F=σ .... normalna napetost v elastičnem območju

10

L

L∆=ε .... raztezek v elastičnem območju

Strižni modul predstavlja nagib proporcionalnega dela σ-ε diagrama, če bi ga narisali za strižne napetosti in strižne specifične deformacije. Običajno se ga določi računsko iz elastičnega modula in faktorja izotropne kontrakcije.

γ

τ=G .... strižni modul ( enota N/mm2 )

( )ν+⋅=

12

EG .... povezava obeh modulov

τ .... strižna napetost γ .... strižna specifična deformacija ν .... faktor izotropne kontrakcije (Poissonov količnik) Za vsa ogljikova konstrukcijska jekla je elastični modul zelo blizu vrednosti E = 206000 N/mm2 ter faktor kontrakcije ν = 0.3. 2.2 Diagram visokotrdnostnih jekel Klasična konstrukcijska jekla, o katerih smo govorili do sedaj, imajo mejo plastičnosti od 185 MPa do 360 MPa ter natezno trdnost od 370 MPa do 600 MPa. Za vsa ta jekla načeloma velja na začetku narisan diagram, vendar je že tu opazno, da se z višanjem meje plastičnosti, "skrajšuje" ε dimenzija diagrama, to je plastičnost, in pogosto tudi žilavost jekla pada z rastočo mejo plastičnosti. Razvoj konstrukcijskih jekel se ni ustavil pri meji plastičnosti 360 MPa. Tuji in tudi domači metalurgi (Jesenice, Ravne) so uspeli pridobiti ogljikova in nizkolegirana konstrukcijska jekla, ki imajo mejo plastičnosti daleč preko te meje. Vsa ta jekla imenujemo visokotrdnostna jekla. σ-ε diagram je tu ozek in visok ter nima več izrazite meje plastičnosti. Razmerje meje plastičnosti proti porušni trdnosti je opazno povečano. Prav zaradi povedanih lastnosti je potrebno biti pri uporabi teh jekel preudaren. Preudarnost je potrebna že pri odločitvi, kdaj tako jeklo sploh uporabiti. V strojnih nosilnih konstrukcujah se tako jeklo uporablja predvsem tam, kjer je lastna teža zelo pomembna in ni pretirano sunkovitih obremenitev. Za ta jekla se pogosto odločajo snovalci mostov, velikih tlačnih cevovodov, nekaterih tlačnih posod, avtodvigal ter žerjavov večje in velike nosilnosti. Konstrukter, ki uporablja visokotrdnostna jekla mora biti zelo skrben pri oblikovanju detajlov. Izogibati se mora vsem večjim zareznim učinkom ter naglim spremembam togosti nosilnega elementa. Material z nizko plastičnostjo (δε) ne more v celoti prerazporejati konic napetosti. Material z višjo mejo plastičnosti (ReH) ni nujno za vsak namen primernejši. Manj ko je jeklo duktilno (omenjeno razmerje visoko), bolj skrbno je potrebno oblikovati posamezne nosilne elemente in detajle, če želimo izkoristiti njihovo visoko nosilnost.

11

Elastični modul, strižni modul ter temperaturni razteznostni koeficient so tudi pri teh jeklih praktično enaki kot pri navadnih konstrukcijskih jeklih. Razmerje med mejo plastičnosti in porušno trdnostjo: Pri ocenjevanju jekel je zelo pomembno razmerje meje plastičnosti in trdnosti jekla: ReH : RM Nekatera austenitna jekla in pločevine, namenjene globokemu vleku imajo to razmerje opazno pod vrednostjo 0,5. Običajna konstrukcijska jekla imajo to razmerje med 0,65 in 0,80, medtem ko imajo visokotrdnostna jekla to razmerje že preko 0,80 in se pri ultra visokotrdnostnih jeklih približujejo vrednosti 1,0. Obravnavano razmerje ima za posledico, da je pri določanju dopustnih napetosti potrebno pri viosokotrdnostnih jeklih obvezno upoštevati tudi porušno trdnost in ne samo meje plastičnosti.

pl

eH

dop

R

νσ = ali

M

M

dop

R

νσ =

Ker je plM νν > je pri višjem razmerju ReH : RM lahko dopustna napetost, ki izhahja iz trdnosti nižja

od dopustne napetosti, ki izhaja iz meje plastičnosti. 2.3 Odvisnost mehanskih lastnosti od temperature Trdnost jekel, meja plastičnosti ter oba modula pri večini teh gradiv padajo z naraščanjem temperature (5 do 10 % na 100 K pri konstrukcijskih jeklih). Nad določeno temperaturo te lastnosti zelo naglo padejo in je material tedaj funkcionalno neuporaben. Za jekla, ki se uporabljajo v vročih procesnih ali termoenergetskih napravah, obstajajo v standardih tudi podatki o meji plastičnosti in trdnosti pri povišanih temperaturah do meje njihove uporabe. Zaradi nevarnosti znižanja nosilnosti konstrukcij med požarom (primer WTC 11. septembra 2001 v ZDA) vsebuje predstandard SIST ENV 1993-1-2:1999 tudi vse potrebne parametre splošnih konstrukcijskih jekel za konstrukcijo σ-ε krivulj pri povišanih temperaturah do 12000 C, ko je konec vsakršne nosilnosti tovrstnih jekel. Kadar projektiramo nosilno konstrukcijo za temperature, ki so znatno nad ali pod običajnimi temperaturami, moramo to spreminjanje vsekakor upoštevati !! Plastičnost in žilavost jekla naraščata s temperaturo vendar ne enakomerno ampak z izrazitim stopničastim prehodom pri določeni temperaturi (prehodna temperatura).

12

1 ... spodnja polica krivulje 2 ... prehodno območje 3 ... zgornja polica krivulje

Slika xx: Odvisnost modula žilavosti od temperature Meja med "plastičnim" in krhkim jeklom je ρISO,V = AV(T) = 27 J/preskušanec = 35 J/cm2 . Nad to mejo govorimo o bolj ali manj "plastičnem" (žilavem) jeklu, pod to mejo pa imamo izrazito krhko jeklo. Narisani diagram kaže, da lahko z zniževanjem temperature postane sicer žilav material nenadoma krhek. Pri ogljikovem konstrukcijskem jeklu pade raztezek δε ob porušitvi od običajne vrednosti 25 % na vsega 2 do 3 % !! Temperaturo, pri kateri žilavost preide zgoraj navedeno mejo, imenujemo prehodno temperaturo (T27J). Za vsako konstrukcijsko jeklo moramo poznati prehodno temperaturo, da se izognemo uporabi krhkega materiala pri temperaturi obratovanja konstrukcije. Krhki lom materiala (lomi se kot steklo) je izredno nevaren, ker je za lom takega materiala potrebna minimalna energija. Običajna ogljikova konstrukcijska jekla imajo prehodno temperaturo med 253 in 293 K. Zavedati se je tudi potrebno, da je material lahko tudi samo lokalno v krhkem stanju. Nepravilen tehnološki postopek varjenja, neustrezen dodajni material (elektroda) lahko povzroče, da je jeklo v območju vara ali v termično vplivani coni krhko. Nevarnost krhkega loma je povečana tudi pri dvoosnem ali troosnem nateznem napetostnem stanju v materialu. Prehodna temperatura se lahko spremeni (zviša) tudi tekom življenjske dobe konstrukcije zaradi različnih vplivov (staranje, gretje, kemijski vplivi, radiacija, ...). 2.4 Odvisnost mehanskih lastnosti od debeline gradiva Nosilne jeklene konstrukcije so izdelane večinoma iz vročevaljanih profilov in (ali) iz pločevine. Mehanski preizkusi so pokazali, da so pri debelejših pločevinah in težjih profilih (gledano statistično) dosežene nižje meje plastičnosti in trdnosti materiala. Ta vpliv je upoštevan tudi v standardih, ki opredeljujejo mehanske lastnosti materiala. Meje plastičnosti ustreznega materiala so podane po debelinskih območjih. Za navadna konstrukcijska jekla so ločeno definirana debelinska območja za mejo plastičnosti in ločeno za trdnost (glej naslednjo tabelo): Tabela xx: Debelinska območja za ReH (leva tabela) in Rm (desna tabela)

Zap. št. območja Debelinsko območje 1 0 mm < t ≤ 16 mm 2 16 mm < t ≤ 40 mm 3 40 mm < t ≤ 63 mm 4 63 mm < t ≤ 80 mm 5 80 mm < t ≤ 100 mm 6 100 mm < t ≤ 150 mm 7 150 mm < t ≤ 200 mm 8 200 mm < t ≤ 250 mm

Zap. št. obm. Debelinsko območje 1 0 mm < t < 3 mm 2 3 mm ≤ t ≤ 100 mm 3 100 mm < t ≤ 150 mm 4 150 mm < t ≤ 250 mm 5 250 mm < t ≤ 400 mm

13

Nominalna meja plastičnosti velja za najnižji debelinski razred. Za vsak naslednji debelinski razred pade meja plastičnosti za 10 ali 20 MPa. Pri nekaterih jeklih imata lahko dva sosednja debelinska razreda tudi enako mejo plastičnosti ali trdnost. Navedeno zmanjšanje meje plastičnosti moramo pri dimenzioniranju upoštevati. Debelinska območja so opredeljena tudi za druge mehanske lastnosti kot sta raztezek pri porušitvi in žilavost. 2.5 Mehanske lastnosti jekel v prečni smeri glede na smer valjanja in v smeri debeline Mehanske lastnosti pločevine so različne že v njeni lastni ravnini. Praviloma so mehanske lastnosti v smeri valjanja nekoliko višje kot pravokotno na smer valjanja. Preizkusi so pokazali, da mehanske lastnosti, ki jih ima pločevina v svoji ravnini (v smeri valjanja in v smeri, ki je pravokotna na smer valjanja), niso ohranjene v smeri debeline. Tu je znižanje znatno (tudi do 40 % in več). Stopnja zmanjšanja je izrazitejša pri debelih pločevinah. Če označimo smer valjanja s koordinato x, prečno na smer valjanja s koordinato y ter smer v smeri debeline pločevine s koordinato z, tedaj velja:

zeHyeHxeH RRR ,,, >>>

zmymxm RRR ,,, >>>

Zmanjšanje meje plastičnosti in trdnosti je posebej neprijetno pri obremenitvah pločevine pravokotno na ravnino valjanja (tako so obremenjeni nekateri varjeni spoji). V takem primeru moramo od železarne zahtevati dodatno garancijo (atest) o tej (nižji) meji plastičnosti materiala, ki sicer ni s standardom določena. Pri debelih pločevinah prihaja še do enega pojava, to je do plastnega iztrga (angl.: "lamellar tearing", nemško Terassenbruch). Izvor slojevitosti valjanih polizdelkov je "nečista" tehnologija pridobivanja jekla za ingote (vsebnost oksidov in drugih nekovinskih primesi). Zrnca teh primesi se med valjanjem zelo sploščijo in pomembno zmanjšajo kovinski nosilni prerez v ravninah, ki so vzporedne zunanjim površinam pločevine. Taka pločevina izkazuje v smeri debeline izrazit padec mehanskih lastnosti in izginjanje zažemka (kontrakcije) v okolici preloma. Zavaljane okside odkrijemo z ultrazvočnim pregledom.

Neugodna smer obremenitve debele pločevine, ki odpira zavaljane vzdolžne razpoke.

Slika xx: T-spoj s slojevito pločevino, ki je obremenjena v smeri debeline Narisanega spoja se izogibamo, kadar bi lahko bila pločevina, ki jo imamo na razpolago, slojevita. Predpisi zahtevajo za tak spoj ultrazvočni pregled in izločitev vmesne pločevine, če se dokažejo zavaljani nekovinski vključki. Včasih se vidijo razpoke šele po zunanji obremenitvi, po vnosu zaostalih napetosti z varjenjem ali po gretju končnega robu pločevine. Problem slojevite pločevine se pri jeklu, izdelanem s "čisto" tehnologijo, ne pojavlja.

14

Standard SIST EN 1993-1-10 opredeljuje: a) način, kako se zavarujemo proti neželjeni plastovitosti gradiva in b) način izbora pločevine za primer njene obremenjenosti v smeri debeline.

a) zavarovanje proti neželeni plastovitosti pločevine dosežemo s specifikacijo mehanskih lastnosti (predvsem duktilnosti) v smeri debeline pločevine po SIST EN 10164;

b) način izbora pločevine predstavlja cel postopek: Problem plastnega iztrga se lahko zanemari, če je izpolnjen naslednji pogoj:

,RdEd ZZ ≤

pri čemer sta:

EdZ zahtevana projektna Z vrednost detajla, ki izhaja iz velikosti specifičnih raztezkov v primeru

zadržanih kovinskih skrčkov po varjenju.

RdZ dosegljiva Z vrednost gradiva (zažemek nateznega preskušanca, ki izdelan z osjo v smeri

debeline) po standardu SIST EN 10164. Po tem standardu imamo jekla v naslednjih razredih po Z vrednosti: Z15, Z25 ali Z35. Kupec mora opredeliti željen razred Z vrednosti jekla ob naročilu !! Zahtevana projektna Z vrednost detajla je vsota petih vplivov, ki so tabelarično podani:

edcbaEd ZZZZZZ ++++=

15

2.5 Glavne vrste konstrukcijskih jekel Splošna konstrukcijska jekla: ISO 630 - 1980, SIST EN 10025 - 1994, (stari JUS C.B0.500: 1989, stari DIN 17100) To so toplovaljana nelegirana (osnovna in kvalitetna) ogljikova konstrukcijska jekla, za katera so predpisane kemijske ter osnovne mehanske lastnosti: natezna trdnost, meja plastičnosti, raztezek ob porušitvi (vse pri sobni temperaturi) ter žilavost pri temperaturah od –200 C do +200 C v odvisnosti od kvalitetne stopnje. Ta jekla niso predvidena za toplotno obdelavo. Pojavljajo se v polizdelkih kot so: pločevina, ploščato jeklo, vroče valjani profili, okrogle in pravokotne cevi in še kaj. Uporabljajo se za varjene, kovičene in vijačene konstrukcije pri gradnji industrijskih ter drugih stavb, pri gradnji mostov, dvigalnih konstrukcij in v strojegradnji. Vsa jekla iz te skupine imajo garantirano kemično sestavo in so variva. Vsebnost ogljika se giblje od 0.17 do 0.24 odstotka. Vsebnost fosforja in žvepla je omejena na 0.035 do 0.045 odstotka. Posamezna jekla te skupine se razlikujejo med seboj po osnovnih mehanskih lastnostih in kvalitetnih stopnjah. Imamo sedem trdnostnih stopenj (tri klasične), ki nosijo po EN oznake: S185, S235, S275, S355, E295, E335, E360, ter pet kvalitetnih stopenj (brez dodatnega znaka, z dodatnimi oznakami: JR, J0, J2 in K2) pri čemer so kvalitetne stopnje JR, J2 in K2 razcepljene na dve podstopnji. Pri kvalitetni stopnji brez dodatnega znaka ni garantirane žilavosti.Številska oznaka poleg oznake S predstavlja mejo plastičnosti (ReH). Minimalni zahtevani raztezek jekel te skupine z oznako S in z dodatno oznako je pri debelinah večjih od 3 mm med 17 in 26 % . Po stopnji pomirjenosti (kvalitetni stopnji) se garantira žilavost teh jekel pri različnih temperaturah. Pri kvalitetni stopnji brez dodatne oznake ni garantatirane žilavosti, medtem ko je pri naslednjih štirih stopnjah garantirana žilavost po vrsti pri + 200 C (JR), pri 00 C (J0) ter pri –200 C (J2 in K2). Jekla z dodatno oznako JR imenujemo tudi osnovna jekla (BS). Jekla z dodatnimi oznakami J0, J2 in K2 imenujemo kvalitetna jekla (QS). Velika vsebnost ogljika in nekaterih legirnih elementov zmanjšuje varivost jekla. Poznan je obrazec za izračun ekvivalenta ogljika, na osnovi katerega potem presojamo ali je jeklo varivo. Ekvivalent ogljika:

1556

CuNiVMoCrMnCCeq

++

++++=

Drobnozrnata konstrukcijska jekla: SIST EN 10028/T1, T2 in T3, SIST EN 10113/T1 in T2 (stari JUS C.B0.502, 1979, Stari DIN 17102 - 1983, DIN 17155 - 1983 in delno DIN 280 - 1985) Finozrnata konstrukcijska jekla so popolnoma pomirjena in tudi variva. Rast kristalnih zrn preprečuje prisotnost določenih nizko legirnih elementov kot so: Nb, V, AL, Ti, Cr, Ni, Mo, Cu in N, ki se vežejo v nitrite oziroma nitride in karbide. Posameznih (mikro)legirnih elementov (Cr, Ni, Cu) je pod 1,0 %, preostalih (Nb, Mo, Ti, Al) celo pod 0,1 %. Vsebnost ogljika je pri teh jeklih omejena na 0,20 %, vsebnost žvepla na 0,015 do 0,025 %, fosforja pa na 0,025 do 0,030 odstotka. Vsebujejo tudi Mn in Si.

16

Predstavniki te skupine so: P275N, P355N in P460N P275NH, P355NH in P460NH P275NL1, P355NL1 in P460NL1 P275NL2, P355NL2 in P460NL2 po SIST EN 10028/T1 in T3 ter S275, S355, S420 in S460 po SIST EN 10113/T1 in T2 Številska oznaka poleg črkovnega simbola pomeni mejo plastičnosti. Posamezna jekla te skupine se razlikujejo po osnovnih mehanskih lastnostih. Številska oznaka poleg oznake P oziroma S predstavlja mejo plastičnosti za debeline 16 mm. Minimalni zahtevani raztezek teh jekel je ob porušitvi od 16 do 24 %. Uporabljajo se za zmerno nizke temperature (žilavost garantirana do –500 C za jekla z oznakama P in S) ter za povišane temperature (do 4000 C za jekla z oznako P). Namenjena so za izdelavo tlačnih cevovodov in tlačnih posod, za nosilne elemente cestnih vozil in vagonov, za mostove in druge konstrukcije velike zahtevnosti. Jekla odporna proti staranju: imajo garantirano žilavost do –500 C ter mejo plastičnosti do +4000 C. Ime pove, da se tovrstnim jeklom mehanske in druge lastnosti s časom ekploatacije bistveno ne spreminjajo. Varivost je zelo dobra. Paziti je potrebno na dobro oblikovane detajle. Namen uporabe: tlačni cevovodi in tlačne posode. Jekla s povečano korozijsko odpornostjo v atmosferi: SIST EN 10 155, 1993 Pločevina za tlačne posode (kotelna pločevina): SIST EN 10028/T1 in T2 - 1993, (stari JUS C.B4.014 - 1977, stari DIN 17155) To so nelegirana in nizkolegirana jekla velike žilavosti. Pločevina iz tovrstnega jekla je namenjena predvsem za parne kotle in druge vroče tlačne posode do temperature 4000 oziroma 5000 C. Vsebnost ogljika znaša od 0,08 do 0,22 %, vsebnost žvepla do 0,025 %. Legirni elementi: Cr 0,3 do 2,5 %, Ni do 0,3 %, Cu do 0,3 %, Mo 0,08 do 1,1 %, Nb do 0,01 %, V do 0,02 % in Ti do 0,03 odstotka. Vsebujejo tudi Mn in Si. Predstavniki te skupine jekel so: P235GH, P265GH, P295GH, P355GH, 16Mo3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10 in 11CrMo9-10. Številski del oznake prvih štirih jekel predstavlja mejo plastičnosti posameznega jekla. Mehanske lastnosti so garantirane do 4000 C za jekla z oznako P ter do 5000 C za zadnja štiri našteta jekla. Garantirane so tudi trdnosti lezenja po 10 000, 100 000 in 200 000 urah.

17

Jekla za poboljšanje: SIST EN 10 083 T1 in T2, 1991, Nerjavna konstrukcijska jekla: SIST EN 10088-1, August 1995; SIST EN 10088-2, August 1995 in SIST EN 10088-3, August 1995 Stari JUS C.B0. 600, 1990 in stari DIN 17441, 1985 Nerjavna jekla po SIST EN 10088-1 vsebujejo najmanj 10,5 % kroma (Cr) in največ 1,2 % ogljika (C). Nerjavna jekla delimo na: - feritna nerjavna jekla (standardiziranih je 20 različnih jekel). - martenzitna nerjavna jekla - austenitna nerjavna jekla (standardiziranih je 37 različnih jekel) - austenitno-feritna nerjavna jekla A. Feritna nerjavna jekla smejo vsebovati največ: - 0,025 do 0,08 % C - 0,50 do 1,50 % Si - 0,50 do 1,50 % Mn - 0,030 do 0,040 % P - 0,010 do 0,015 % S (razen dveh izjem, kjer je žvepla lahko več) ter najmanj: - 10,5 do 30 % Cr Drugi legirni elementi so še: - Mo (pri enem jeklu do 4,5 %) - Nb (pri štirih jeklih do 1 %) - Ni (pri treh jeklih do 1,6 %) - Ti (pri nekaterih jeklih do 0,80 %) - Zr - Al B. Martenzitna nerjavna jekla vsebujejo do 1,2 % ogljika. Vsebnost Si, Mn, S in P je podobna kot pri feritnih nerjavnih jeklih. Glavnega legirnega elementa (Cr) je od 11,5 do 19 %. Ostali legirni elementi so še Cu, Mo, Nb, Ni in V ter Al. Martenzitna nerjavna jekla dosegajo mejo plastičnosti 800 MPa in trdnost do 1100 MPa. Raztezek je le redko preko 12 %. Feritna in martenzitna jekla se magnetijo !

18

C. Austenitna nerjavna jekla se ne magnetijo. Vsebujejo od manj kot 0,015 do 0,15 % C, od manj kot 0,5 do 4,5 % Si, od manj kot 1 do 10,5 % Mn, največ 0,025 do 0,045 % P, večinoma do 0,015 % S. Glavna legirna elementa sta: - Cr (16 do 28 %) in - Ni (3,5 do 32 %) Ostali legirni elementi so še: Cu, Mo, Nb in Ti Austenitna nerjavna jekla imajo mejo plastičnosti med 190 in 350 MPa ter natezno trdnost med 470 in 950 MP, kar prinaša odlično razmerje med njima. Tudi raztezek ob porušitvi je visok in dosega povsod vrednost preko 35 % pa tudi 45 %. Najmanjša žilavost toplotno valjane austenitne nerjavne pločevine presega 90 J. Skoraj vsa nerjavna pločevina je tudi interkristalno odporna. Označevanje: Oznake vseh nerjavnih jekel po zgoraj omenjenem evropskem standardu imajo na prvem mestu črko X ! Znotraj oznake pa so poleg številčnih oznak navedeni glavni legirni elementi. Nekateri predstavniki feritnih nerjavnih jekel: X2CrNi12 X2CrTi12 X6CrNiTi12 X6Cr13 X6CrAl13 X6CrTi12 Nekateri predstavniki austenitnih jekel X10CrNi18-8 X2CrNiN18-7 X2CrNi18-9 X2CrNi19-11 0 Posebne oznake podajajo stanje površine valjane pločevine pri izdobavi (gl. str. 16 in 17 drugega dela standarda).

19

2. 6 A l u m i n i j i n a l u m i n i j e v e z l i t i n e Meja med takoimenovanim čistim aluminijem in aluminijevimi zlitinami je pri 99,0 % čistega aluminija v sestavi. Aluminij in aluminijeve zlitine so na trgu dobljive kot: Cast aluminium - lit aluminij. Forged aluminium - kovan aluminij. Wrought aluminium - valjan, vlečen, iztiskan (s kontinuirno deformacijo preoblikovan) aluminij. Zelo so razširjeni ISO standardi, kjer so opredeljeni: strokovni izrazi, kemijska sestava, oblike polizdelkov ter mehanske lastnosti: ISO 209-1 (1989-09-01) Wrought aluminium and aluminium alloys (valjan aluminij in aluminijeve zlitine) - Part 1: Chemical composition (kemična sestava) ISO 209-2 (1989-09-01) Wrought aluminium and aluminium alloys - Part 2: Forms of products (palice, cevi, profili, vlečena žica) ISO 2092 (1981-07-01) Light metals and their alloys - code of designation based on chemical symbols Al, Mg, Ti Oznake različnih kovin namenjenih topljenju. Al99,0Cu Oznaka čistega aluminija z do 0,2 % bakra. Drugi elementi so lahko prisotni z do 0,1 %. Al99,5E Oznaka čistega aluminija primernega za električne vodnike. Al MgSi Oznaka aluminijeve zlitine, v kateri sta legirna elementa magnezij in silicij z manj kot 1 % udeležbo. Al Mg3 Oznaka aluminijeve zlitine, v kateri je legirni element magnezij s 3 % udeležbo. Al90Mg2 Oznaka aluminijeve zlitine, v kateri je 2 % magnezija in 98 % aluminija s čistoto 99,90 %. ISO 2107 (1983-05-15) Aluminium, magnesium and their alloys - temper designations (aluminij, magnezij in njune zlitine - 'temper' oznake) ISO 3134/1 (1985-06-01) Light metals and their alloys - Terms and definitions - Part 1: Materials ISO 3134/2 (1985-06-01) Light metals and their alloys - Terms and definitions - Part 2: Unwrought products (nevaljani produkti) ISO 3134/3 (1985-06-15) Light metals and their alloys - Terms and definitions - Part 3: Wrought products (valjani produkti) ISO 3134/4 (1985-06-01) Light metals and their alloys - Terms and definitions - Part 4: Castings (odlitki)

20

ISO 3522 (1984-08-01) Cast aluminium alloys - Chemical composition and mechanical properties (lite aluminijeve zlitine - kemična sestava in mehanske lastnosti) ISO 5193 (1981-09-15) Wrought aluminium and aluminium alloys - Drawn round bars - Tolerances on shape and dimensions (Symmetric plus and minus tolerances on diameter) ISO 6361/1 (1986-11-15) Wrought aluminium and aluminium alloy sheets, strips and plates - Valjani trakovi, tenka in debela pločevina iz aluminija in aluminijevih zlitin Part 1: Technical conditions for inspection and delivery Tehnični pogoji za nadzor in dobavo ISO 6361/2 (1990-02-01) Wrought aluminium and aluminium alloy sheets, strips and plates - Part 2: Mechanical properties Mehanske lastnosti ISO 6361/3 (1985-10-15) Wrought aluminium and aluminium alloy sheets, strips and plates - Part 3: Strips - Tolerances on shape and dimensions Trakovi - tolerance na obliko in dimenzije ISO 6361/4 (1988-04-01) Wrought aluminium and aluminium alloy sheets, strips and plates - Part 4: Sheets and plates - Tolerances on shape and dimensions Tenke in debele pločevine - tolerance na obliko in dimenzije ISO 6362/1 (1986-11-15) Wrought aluminium and aluminium alloy extruded rods/bars, tubes and profiles Iztisnjene (extrudirane) palice, cevi ter profili iz aluminija in aluminijevih zlitin Part 1: Technical conditions for inspection and delivery Tehnični pogoji za nadzor in dobavo ISO 6362/2 (1990-04-01) Wrought aluminium and aluminium alloy extruded rods/bars, tubes and profiles Part 2: Mechanical properties Mehanske lastnosti ISO 6362/3 (1990-12-01) Wrought aluminium and aluminium alloy extruded rods/bars, tubes and profiles Part 3: Extruded rectangular bars - Tolerances on dimensions and form Iztisnjene (ekstrudirane) pravokotne palice - tolerance na dimenzije in obliko ISO 6362/4 (1988-05-01) Wrought aluminium and aluminium alloy extruded rods/bars, tubes and profiles Part 4: Extruded profiles - Tolerances on shape and dimensions Iztisnjeni (ekstrudirani) profili - tolerance na obliko in dimenzije ISO 6362/5 (1991-12-15) Wrought aluminium and aluminium alloy extruded rods/bars, tubes and profiles

21

Part 5: Extruded round, square and hexagonal bars - tolerances on form and dimensions Iztisnjene (ekstrudirane) okrogle, kvadratne in šestrobe palice - tolerance na obliko in dimenzije ISO 6363-1 (1988-12-15) Wrought aluminium and aluminium alloy cold-drawn rods/bars and tubes Hladno vlečene palice in cevi iz aluminija in aluminijevih zlitin Part 1: Technical conditions for inspection and delivery Tehnični pogoji za nadzor in dobavo ISO 6363-2 (1993-10-01) Wrought aluminium and aluminium alloy cold-drawn rods/bars and tubes Part 2: Mechanical properties - Mehanske lastnosti ISO 6363-4 (1991-10-15 Wrought aluminium and aluminium alloy cold-drawn rods/bars and tubes Part 4: Drawn rectangular bars - Tolerances on form and dimensions Vlečene pravokotne palice - tolerance na obliko in dimenzije ISO 6363-5 (1992-11-15 Wrought aluminium and aluminium alloy cold-drawn rods/bars and tubes Part 5: Drawn square and hexagonal bars - tolerances on form and dimensions Vlečene kvadratne in šestrobe palice - tolerance na obliko in dimenzije ISO 7271 (1982-07-01) Aluminium and aluminium alloys - Foil and thin strip - Dimensional tolerances ISO 7273 (1981-09-01) Wrought aluminium and aluminium alloys - extruded round bars - Tolerances on dimensions and form Iztisnjene (ekstrudirane) okrogle palice - tolerance na obliko in dimenzije ISO 7274 (1981-09-15) Wrought aluminium and aluminium alloys - Drawn round bars - Tolerances on shape and dimensions (All minus tolerances on diameter) Vlečene okrogle palice - tolerance na obliko in dimenzije (vse tolerance na premer negativne) ISO TR 11069 (1995-09-15) Aluminium structures - Material and design - Ultimate limit state under static loading Aluminijske konstrukcije - gradivo in dimenzioniranje - Skrajna mejna stanja za statične obremenitve

22

2. 7 Izbor primerno kvalitetnega splošnega konstrukcijskega jekla po kriteriju žilavosti Zagotovitev varnosti nosilne konstrukcije napram plastifikaciji, nestabilnostim in utrujanju še ne zagotavlja tudi varnosti proti krhkemu lomu. Da bi zagotovili zadostno varnost tudi proti krhkemu lomu, je potrebno izbrati kvaliteto jekla glede na okoliščine, ki lahko vodijo do krhkega loma. Pri tem so najbolj pomembni naslednji vplivi: A. Kombiniran vpliv zaostalih nateznih napetosti v zvarnem spoju in nateznih napetosti s strani stalnih obremenitev. B. Debelina nosilnega detajla. C. Nizka temperatura. Občutljivost na vpliv A. Varjeni spoji so razvrščeni v tri skupine glede na stopnjo zaostalih napetosti in za vsako od teh treh skupin velja po ena vplivna linija. I. Skupina in prva vplivna linija: Brez zvarnega spoja ali le prečni spoji

12 −⋅=a

G

AZσ

σ

II. Skupina in druga vplivna linija: Samo vzdolžni zvarni spoji

a

G

AZσ

σ⋅= 2

III. Skupina in tretja vplivna linija: Kopičenje zvarnih spojev

12 +⋅=a

G

AZσ

σ

Pri tem imajo posamezni simboli naslednji pomen: σa ..... Dopustna natezna napetost določena glede na mejo plastičnosti σG .... Natezne napetosti vsled trajnih obremenitev Z ...... Vplivni koeficient vsled vpliva A

23

23

Nevarnost krhkega loma narašča posebno pri visokih napetostnih koncentracijah in dvoosnem ali troosnem napetostnem stanju kot je to slučaj pri kopičenju varov. Če nosilne elemente napetostno žarimo (pri 6000 do 6500 C), tedaj se lahko uporablja I. linija za vse vrste varov. Občutljivost na vpliv debeline nosilnega elementa t (B vpliv). t < 5 mm Ni vpliva

5 < t ≤ 20 mm 2

2500

9tZ B ⋅=

20 < t ≤ 100 mm ( ) 05,081,1465,0 −−⋅= tZ B

Zapisane relacije veljajo neposredno za pločevino in ploščato jeklo pravokotnega preseka pri b ≥ 1.8 t. Za ostale oblike velja nadomestna debelina t*.

8,1* d

t = nadomestna debelina za okrogle preseke

8,1* a

t = nadomestna debelina za kvadratne preseke

8,1* b

t = nadomestna debelina za pravokotne preseke pri b ≤ 1.8

Občutljivost na vpliv temperature montaže ali obratovanja nosilnega elementa (Vpliv C) Vplivna je le temperatura izpod 0 C

- 300 C ≤ T ≤ 00 C 2

1600

6TZC ⋅=

- 550 C ≤ T ≤ -300 C 10

75,3325,2 −⋅−=

TZC

Dobljeni vplivni koeficienti se aritmetično seštejejo nakar dobljena vsota odloča o ustrezni kvaliteti jekla: Z = ZA + ZB + ZC Pri Z ≤ 2 zadoščajo jekla 1. kvalitetne skupine (brez garancije žilavosti) 2 < Z ≤ 4 zadoščajo jekla 2. kvalitetne skupine (JR) 4 < Z ≤ 8 zadoščajo jekla 3. kvalitetne skupine (J0) 8 < Z ≤ 16 zadoščajo jekla 4. kvalitetne skupine (J2, K2)

24

Pri Z <= 2 ni potrebna garancija žilavosti. - črka "č" označuje jeklo (srh.: čelik) - vrsta jekla je označena s štirimi ciframi (osnovna oznaka) - zadnji simbol (včasih dva) označuje stanje jekla Osnovna oznaka jekla: - prva cifra označuje kemijsko sestavo 0 ... jekla z negarantirano kemijsko sestavo, kjer je določena samo gornja meja primesi 1 ... odločilen ogljik 2 ... odločilen silicij tu je kemijska sestava 3 ... odločilen mangan garantirana 4 ... ... 9 ... - druga cifra označuje razred natezne trdnosti 0 ... brez predpisanih mehanskih kvalitet 1 ... 330 N/mm 2 ... 340 do 360 N/mm 3 ... 370 do 390 N/mm 4 ... 400 do 490 N/mm 5 ... 500 do 590 N/mm 6 ... 600 do 690 N/mm - tretja in četrta cifra označujeta namembnost jekla 0 do 19 jekla za termično obdelavo 20 do 29 jekla za cementiranje 30 do 39 jekla za poboljšanje 40 do 59 orodna jekla 60 do 69 jekla s posebnimi fizikalnimi lastnostmi 70 do 79 kemijsko in v ognju odporna jekla - dopolnilna oznaka se nanaša na stanje v kakršnem se dobavlja konkreten polizdelek (pločevina, profili, trakovi, ...) 0 ... brez termične obdelave 1 ... žarjeno 2 ... žarjeno na najboljšo obdelovalnost 3 ... normalizirano 4 ... poboljšano

25

5 ... hladno oblikovano 6 ... brušeno Iz gornjih pojasnil je že mogoče sestaviti okvirne oznake za navadna ogljikova konstrukcijska jekla. Konkretne oznake pa so: č.0361 č.0362 č.0363 č.0461 č.0462 č.0463 č.0561 č.0562 č.0563 V standardu JUS C.B0.500 je za vsako ogljikovo konstrukcijsko jeklo podana kemijska sestava, stanje dezoksidacije, stanje dobave, (ISO R148), premer trna za popolni pregib D. Mejna žilavost 35 J/cm - kar je malo nad mejo krhkega materiala - je zahtevana pri +20 C (jekla č.0361, č.0461 in č.0561), pri 0 C (jekla č.0362, č.0462 in č.0562) ter pri -20 C (jekla č.0363, č.0463 in č.0563). Paziti na temperaturo obratovanja nosilne konstrukcije. �