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影響起重機械鋼結構材料性能的因素及私學選用方法探析.pdf

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Caaem lC 學術 的現 狀及 發 展前 景 [J]. 黑龍 江科 技信 教學 改革工作 的探索 [J]. 黑龍江科技信 [J].科 技信 息,2011(O2) 息,201l(02) 息,2010(32) [4] 付保英 . 電氣 自動化技術專業 [5]于淼 . 淺 析 電氣 自動 化 的發展 影 響起重機械 鋼 結構材 料性 能 的 因素及 科 學選用方法探析 鄢西華 (266061 青島杰瑞 工控技術有 限公 司 山東 青島 ) 摘 要:作為起重機械的支撐體系 ,鋼結構會不斷受到反復載荷的作用。這對起重機械的鋼結構材料提出了很高的要求 ,不僅需 要足夠的抗拉強度 。還需要良好的耐久性、塑性等。本文針對影響起重機械鋼結構材料性能的因素進行了分析 ,并就鋼結構材料 的科學選用進行了探討。 作為 起重 機械 的支 撐體 系,通 常而 言,鋼結 構重量 占據著 整個機 械 的 60%- 70%。由于起重 機械 的工作 性質繁重 ,工 作環 境惡 劣,因此 必須 合理選 擇材 料 以 確保鋼 結構 的整 體性 能。本文 就影 響起 重機 械鋼結構材料 性能的 因素進行 分析, 并就 起重機 械鋼 結構 材料 的科學 選用進 行了探討 。 1.影響 起重 機械鋼 結構 材料 性能 的 因素分析 影 響起重 機械 鋼結 構材 料性 能 的因 素有 很 多,主要 包括 化 學成 分、溫度 、 缺陷、硬化 、應力 、疲勞鍛煉等 。 1.1化學成分 鋼結 構材 料化學成分主要 是鐵與碳 , 此外 還包括 某 些合金 及有 害元 素,此 類 化學 元素對 于鋼 結構 材料性 能 的影響 頗 大 。例如 ,隨著碳元素含量 的逐步提高, 鋼結構材料的抗拉強度 隨之升高 ,塑性、 韌性 及冷 彎性 能迅速 降低 ,焊接 性能 也 會變 差 ,為 此 ,鋼 結 構材料 中碳 的含 量 切忌偏高 。硫元素會 同鐵發生化合作用, 形成 硫化 鐵,高 溫下 會熔化 導致 材料 出 現裂紋,屬于有害元素。 1.2缺陷與硬化 冶煉過 程 中難 免有缺 陷存 在 ,這 也 是影 響起 重機械 鋼 結構材 料 的重 要 因素 之一 常見缺 陷包括偏析 、裂紋、起層 、 非 金屬 夾雜 等。此 外,時 效硬化 也會 對 鋼 結構 材料 性能 帶來 很大 影 響,為此 , 在材料選擇時必須綜合考慮這些因素 。 1.3溫度 高溫 下鋼 結構 材料 的承 載力 、許用 應力會 顯著 降低 ,材料會出現膨脹現 象, 彈性模 量 也存 在降 低。通 常而 言,將鋼 結構材料蠕變 的起始溫度作為 高溫界限 , 我國將 350℃定為 高溫 界限。若 高溫 、應 力共 同作用 ,會使 鋼結 構材料 出現 永久 變形 。在低 溫 下,對 起 重機 鋼結 構材料 的基本 要 求是 不能存 在脆 性鍛 煉情 況, 可選擇 臨界 脆化 溫度作 為鋼 結構 材料選 56 中國機械 Machine China 用 的考 量指 標 。通 常而 言 ,超 過 0℃、 一 2O℃、一4O℃溫度 下 ,選 擇 鋼結 構材 料 時 可依據 具體 情況選 擇碳 素或 合金 結構 材 料 ,一40℃,一6O℃ 以下溫 度 下,應 選 用 船體 用結 構鋼 ,以更好 地適應 低 溫環 境 。 1.4應 力集 中 不 同部位 下,鋼 結構 材料 所受 載荷 的應力 狀態 不盡相 同,材 料載 荷 的應力 狀 態關 乎鋼 結構 的敏感 度及其 脆性破 壞 情 況 。在 鋼 結構材 料選 用 時,單純 的靜 載壓 應力 同 2、3向應力狀態存 在很大 的 差 異性 。再加 上焊接 等過 程所 帶來 的殘 余應 力,或鋼 結構 自重 所 引發 的應 力及 應力 集 中等 情況 ,均會 極大地 影 響鋼 結 構材料性 能。 1.5疲 勞斷裂 由于 起重 機械 鋼結 構會 連續 受到 反 復荷 載 的作 用 ,因此 ,即使應 力較 抗 拉 強度 更低 ,在 一定 循環 后也 會 出現疲 勞 斷裂 。 由于鋼 結 構加 工 中難 免存 在細 微 裂紋 ,高應 力 區在 反 復荷載 作用 下會 導 致 已有細微裂 紋將逐步發展為 可見裂紋 , 一 旦 該裂紋 難 以承 受荷載 時,會 導致鋼 結構構件突然斷裂 。 2.起重機械鋼結構 材料的科學選 用 2.1起重機械鋼 結構材料 的選用原則 在 起重 機械 鋼 結構材 料 的選用 時, 必須遵循如下原則:①安全性與可靠性。 以鋼 結構 及構 建重 要程度 為依 據 ,在 進 行鋼 結構 材料 的選 擇時 ,對 于重 要構 件 應 選擇 質量 上好 的材料 , 以確 保起重 機 械鋼結構 的安全性與可靠性;②經濟性 。 在 確保鋼 結 構材料 性能 的前 提下 ,應 盡 可能 降低鋼結構材料的成本;③可焊性 。 以載荷 性質 為依 據,選擇 性 能不一 的材 料 ,對于 焊接 結構 而言 ,必須 確保鋼 結 構 材料 具有 良好 的可焊 性,就 非焊 接結 構而 言,可適 當 降低 對 于材料 含碳 量 的 要求 ;④ 適溫 性 與防腐 蝕性 。 由于環境 溫度對于鋼結構材料 的影響頗大 ,為此 , 在選 擇材 料 時宜選 擇能夠 適應 高 、低 溫 環境 的材 料 ,還 應確 保其 良好 的防腐 蝕 性 。 2.2起重機械常用鋼結構材料 的強度 當前 ,我 國起 重機 械鋼 結構 材料 選 擇 時常采 用結 構鋼 ,多利 用許用 應力 法 對 鋼結 構材料 的強 度及 剛度 進行 設計 , 要 求對所 產 生載荷 應力 進行 計算 ,要 求 其必須小于材料的許用應力。近些年來 , 可 靠性 設計 的應 用越來 越廣泛 ,起 重機 械 鋼結 構可 靠性 設計越 來越 受重 視。對 于 起重機 械鋼 結 構而 言,控制 設計應 力 通 常 以鋼 材 的屈服 點作 為主 要依 據。起 重機械鋼 結構常用材料 為 Q235與 Q345, 特 別是 Q235應用 最廣。通常 屈服 強度標 準 值采 用的 是 s= -2 0,此 時可靠 率約 為 97.7%,表 明載荷應 力已經達到 了 S, 此 時 ,在 恒定 作用 下鋼 結構構 件可 靠性 為 97.7%。該值常用作材料 的屈服 強度 。 若鋼 結構 的載荷應力 采用 S= -3 0時 , 鋼結構構件 的可靠性將高達 99.999%。 2.3鋼 結構材料質量等級 的確定方法 就 A級鋼 材 而 言,其 具有合 格 的含 碳 量 ,且冷 彎實驗 也合 格 時,對于 其韌 性通 常無 要求 ,因此 ,適用 于起 重機械 中不 直接承 動 的結構 中 。就 需進 行疲 勞 驗算 的焊 接鋼 結構 而 言,必須 采用 B級 鋼材 ,具有 合格 的常 溫沖 擊韌 性保 障。 若起 重機械 的工作環 境溫度 在 O一2O℃間 時,選擇 的 Q235、Q345鋼結 構材料必 須 為 C級鋼材,具有合格的 O~C沖擊韌性保 障 ;就 Q390、Q420鋼結構材 料而 言,應 采用 D級鋼材 ,具有合格 的 一20℃的沖擊 韌性 保 障。若起 重機 長期工 作環 境溫 度 低 于 一20。C時 ,選 擇 Q235、Q345鋼材 應 為 D級鋼材 ,具有合格 的 一2O℃沖擊韌性 保 障;Q390、Q420鋼 結 構材 料 應 選 擇 E 級鋼材 ,具有合格的 一40~C沖擊韌性保障。 就 非焊 接鋼 結構 而言 ,由于其 脆性 斷裂 可 能性 叫焊 接鋼 結構低 一些 ,在材 料選 擇時可適度放寬要求 。
關 鍵 詞:
材料 性能 因素 鋼結構 機械 私學 起重 選用 方法 影響
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