Metal

Procesul de fabricare al otelului
- minereu de fier (parte utila – oxizi si hidroxizi de fier; steril – alti oxizi plus roca)
- fonta este un aliaj Fe-C (1.7 % - 6.67%); otelul este aliaj Fe-C (<1.7%); otelul se obtine din oxidarea fontei – procesul de
afanare (afanarea are loc in convertizoare , cuptoare electrice in care sunt introduce fonta plus Fe vechi, se oxideaza si se
obtine otelul)
- calmarea otelului – urmareste o imbunatatire a structurii interioare a otelului, prin amestecarea alaturi de fonta si Fe vechi a
unor cantitati limitate de siliciu si adaosuri de vanadiu, aluminiu, titaniu
- turnarea se poate face continuu (otelul calmat) si discontinuu (in lingatiere) – lingouri
- laminarea se face la cald sau la rece (table subtiri); este trecerea succesiva a materialului prin valturi pana la atingerea
formei finale dorite; ordoneaza structura interioara a otelului
Clasificarea otelurilor in functie de destinatia elementelor
- otel de uz general; otel cu comportare buna la coroziune; otel criogen; cu limita de curgere ridicata; cu eficienta sporita la
sudare; aliate pentru elemente special
Otel de uz general
- otel slab aliat livrat sub forma de produse laminat la cald (bande de otel, platbanda, otel lat, profil I, U, L, T, elemente de
reazem), procent scazut de carbon (<0.25%)
Marca otelului
- deosebeste tipurile de otel in functie de calitate, rezistenta la rupere, tratare
- destinatia tipului de otel : OL – otel laminat, livrat sub forma de prefabricate prelucrate la cald, utilizate pe scara larga pentru
confectionarea elementelor metalice; OLT – otel laminat pentru tevi; OT – otel laminat turnat in piese; OLC – otel laminat de
calitate – folosit la elemente special, are o rezistenta mai mare
- rezistenta minima la rupere – pentru OL, OLT si OT, grupajul de doua cifre reprezinta rezistenta minima de rupere in
daN/cm2, pentru OLC, grupajul de doua cifre reprezinta cantitatea de carbon in sutiumi de procente
- clasa de calitate – indica compozitia chimica a acelui tip de otel precum si caracteristicile mecanice de rezistenta si
tehnologice, garantate la livrarea produsului : clasa 1 – asigura compozitia chimica (caract mecanice de rezistenta); clasa 2 –
asigura conditiile clasei 1 si rezilienta la temp de 20 grade C (rezilienta este o caracteristica cu trimitere directa la modul de
cedare ductil sau casant al unui material); clasa 3 – clasa 1 plus energia de rupere la 0 grade C; clasa 4 – clasa 1 plus energia
de rupere la – 20 grade C
- gradul de calmare : oteluri necalmate (n), oteluri semicalmate (sk), calmate (k), calmate forte (kf)
- oteluri de uz general : OL 34, OL 47, OL 44, OL 52 - sudabile
Otel rezistent la coroziunea atmosferica (ORCA)
- oxidarea unui otel depinde de trei factori : nivelul de agresivitate al agentilor corozivi, compozitia chimica si aliajele ce pot
conferi otelului un anumit grade de rezistenta la coroziune, tratamentul anticoroziv aplicat pe suprafata elem metalice
- in mediile puternic corozive se recomanda utilizarea unui otel patinabil cu o compozitie chimica atenta stabilita si elemente
de aliere de tip Cu, Ni, Cr, P, pierderile de material fiind mult mai redus pentru timp indelungat
Oteluri cu granulatie fina pentru constructii sudabile (OCS)
- procent de carbon redus (0.22 %), granulatia fina este obtinuta prin aliere; aceste oteluri sunt de obicei livrate su b forma de
table cu grosimi intre 4-100 mm
Oteluri criogene
- sunt oteluri cu comportare ductile si la temperature scazute (-30, -60 grade C) pentru recipient si rezervoare utilizate pentru
stocarea gazelor lichefiate
Oteluri de calitate pentru destinatii special
- aliate cu Cr, Mo, Ni
Elemente de imbinare
Imbinari cu nituri
- niturile sunt element de imbinare cu cap si tija care se introduce in gaurile elem ce urmeaza a se imbina, diametrul tijei este
cu 1 mm mai mare decat diametrul gaurii; otelul din tija va umple in intregime spatial interior al gaurilor si se va forma al
doilea cap; se foloseste otel deformabil cu palier lung de curgere
Imbinari demontabile
- se folosesc suruburi cu cap hexagonal si tija partial sau total filetata, lucreaza cu saibe si piulite; alegerea suruburilor se face
stabilind grupa surubului, aceasta cuprinde doua numere cu un punct intre ele, primul nr reprezinta 1/10 din rezistenta
minima de rupere a otelului iar cel de-al doilea reprezinta in procente 1/10 din raportul rez la curgere si rez minima de
rupere
- la suruburile obisnuite eforturile sunt preluiate prin forfecarea tijei si presiunea pe peretii gaurilor elementelor de imbinat,
sau intindere tijei; la cele de inalta rezistenta, solicitarea este de intindere in tija.
Imbinari sudate
- sunt simple, cu o mare versatilitate in ceea ce priveste dimensiunea, forma, tipul, locul imbinarii si raspunde bine la cerintele
de rezistenta; ca dezavantaj – cedarea casanta
- sudarea reprezinta topirea locala a otelului din piesele ce urmeaza a fi sudate, cu sau fara adaos de material; se realizeaza
folosind electrozi cu diverse tipuri de invelisuri si dimensiuni ale diametrelor cuprinse intre 2.5 – 6 mm iar ca lungime 300 –
450 mm
- tipurile cele mai intalnite de procedee sudare sunt : sudarea oxigaz, sudarea in arc electric
Comportarea otelului
Oteluri cu palier de curgere
- cu procent mic de C, nealite sau slab aliate
- datorita structurii interne, va exista o zona de stricta proportionalitate apoi se atinge curgerea pentru deformatiile specifice
aprox 0.25%, urmeaza un palier de curgere a carui lungime depinde de tipul otelului
- acest palier de curgere se datoreaza lunecarilor care apar datorita tensiunii tangentiale care se dezvolta in interior, lunecari
in lungul planurilor cu densitate mare de atomi
- de cele mai multe ori dupa palierul de curgere urmeaza o intarire a materialului astfel incat pentru a se obtine deformatii
mai mari este nevoia de cresterea fortei de tractiune
Oteluri fara palier de curgere
- oteluri aliate, oteluri cu procent de C ridicat; pentru aceste material se considera o limita de curgere conventionala tehnica
atunci cand deformatiile remanente ating valori de 0.2%
- odata cu cresterea temperaturii are loc o scadere a modului de elasticitate longitudinal la temp de 500 grade C, valoarea
acestuia scade la 70 % din valoarea initiala; peste 500 C scaderea e accentuate, elem metalic isi pierde capacitatea de
rezistenta
Comportarea elastica
- un element metalic supus unor solicitari se deformeaza avand la inceput comportare elastic si mai apoi pentru o crestere
semnificativa a solicitarilor, poate intra in domeniul post-elastic
- deformarea metalelor se datoreaza modificarii valorii fortelor de legatura si prin urmare, a distantei dintre atomii retelel
cristaline
- daca in urma solicitarilor, distantele dintre atomii retelei cristaline raman la un nivel corespunzator unor forte de legatura
sufficient de mari, atunci odata cu indepartarea solicitarilor exterioara, reteaua cristalina revine la forma initiala; suntem in
domeniul elastic, mai exact in domeniul de proportionalitate
- in acest domeniu, sunt valabile legile lui Hooke din teoria elasticitatii, limita superioara se numeste limita de
proportionalitate (reprezinta in general la otelurile de constructii cam 80 % din limita de curgere, insa poate sa scada si la 50-
60 %
Comportarea plastica a metalelor
- pentru solicitari exterioare puternice la nivelul retelei cristaline iau nastere tensiuni sufficient de mari care pot produce
modificari ale acestei retele; tensiunea tangentiala care ia nastere pe directia de alunecare denumita tensiune tangentiala
de alunecare produce lunecarea unor zone cristaline pe directive sau dupa planuri de maxima densitate a atomilor (plan de
lunecare)
- domeniul plastic incepe cu un palier de curgere in situatia otelurilor cu procent redus de C sau de aliaj; palierul reprezinta
cresterea deformatiilor pentru acelasi nivel de solicitare exterioara, la capatul palierului urmeaza din nou o crestere de
tensiune
- pentru otelurile cu procent ridicat de C sau oteluri aliate, densitatea atomilor interstitiali este mai mare, acestia opunandu-
se continuu dezvoltarii lunecarii dintre planuri, prin urmare, trecerea dintre domeniul elastic sic el plastic se face continuu
fara a exista un palier distinct de curgere
Factori de care depinde comportarea plastica a metalelor
Ecruisarea
- ecruisarea are avantajul ca mareste limita elastic pentru un element solicitat dincolo de limita de curgere insa isi miscoreaza
deformatia specifica la rupere, comportarea ulterioara a elementului apropiindu-se mai mult de comportarea casanta
Efectul Bauschinger
- efectul Bauschinger observant la comportarea metalelor conduce la reduceri succesive ale rezistentei elementelor metalice
pentru cicluri alternante de solicitare la valori ale acestor sarcini exterioare care depasesc limita de curgere
Imbatranirea
- se datoreaza fenomenului de precipitare a carburilor, apare in timp la elementele puternic solicitate, la diferente de timp
mari, solicitari alternante, etc.
Ruperea elementelor metalice
Concentratori de tensiune
- discontinuitatile geometrice (fisuri, crapaturi, crestaturi) intr-o piesa metalica conduce la o distribuite a tensiunilor in
elemental respective cu o concentrare pe zonele imediat apropiate acestor discontinuitati
- la otelurile cu palier de curgere are loc o redistribuire a tensiunilor, ruperea avand loc dupa plastificarea intregii sectiunii
- pentru otelurile fara palier de curgere, fenomenul de distribuire nu are loc, ruperea se produce casant, dupa deplasarea
plastica foarte redusa a materialui din imediata vecinatate a orificiului
- ruperea poate sa fie casanta sau ductila, la otelurile cu palier de curgere, ruperea se produce cu gatuirea probei, se formeaza
acel sistem de rupere cupa-con
Metode de calcul utilizate pentru structure metalice
- metoda de calcul utilizate la constructiile metalice este metoda starilor limita, se mai numeste metoda coeficientilor partiali
de siguranta
- pentru SLS se vor face verificari la : deformatiile remanente excesive din intindere sau inconvoiere; pierderea generala sau
locala a stabilitatii elementelor; iesirea din lucru a elementelor supuse la incarcari repetate datorita fenomenului de
oboseala
Imbinari
- tipuri de imbinari : prinderi, imbinari de solidarizare, imbinari de montare, innadiri
- prinderile : fixarea elementelor intre ele respectiv fixarea pe elementele de baza; imbinarile de solidarizare : fixarea
elementelor component intre ele; imbinarile de montare – ansamblarea la fata locului a unor tronsoane, ansambluri
prefabricate; innadiri – sunt utilizate pentru situatiile in care datorita limitarilor impuse de livrarea profilelor de baza nu se
pot obtine in mod direct lungimile necesare
Imbinari nituite
- alaturi de imbinarile sudate, imbinarile cu nituri se incadreaza in clasa imbinarilor nedemontabile; avantajele utilizarii sudurii
au determinat ca in ultima perioada niturile sa nu mai fie utilizate pentru prinderea elementelor in constructii
- o imbinare nituita este alcatuita din : elemente ce se solidarizeaza (tevi, platbande, profile laminate) si nituri
- niturile reprezinta elem de imbinare alcatuit dintr-o tija cilindrica avand la o extremitate un cap format care se mai numeste
si cap de asezare
- niturile sunt introduce dup ace sunt incalzite la 1000-1500 grade C; dupa introducerea in gaura, capatul liber este preset cu
ajutorul unor prese sau ciocan pneumatic, forma capului fiind data de buterola; spatial interior in urma baterii este umplut,
astfel ca diametrul final de lucru al nitului este egal cu diametrul gaurii
- la terminarea baterii nitului, temperature metalului este mai mare ( > 600 grade C), prin urmare, procesul de racier confera
avantajul pretensionarii tijei datorate contractiei otelului
Deformatii si eforturi in imbinarile nituite
- dupa natura incarcarilor si dupa modul de dispunere a niturilor, imbinarile pot fi solicitate : in planul de imbinare,
perpendicular pe planul de inclinare
Elemente constructive pentru realizarea imbinarilor nituite
- grosimea totala a pachetului de table ce urmeaza a fi consolidate, nu va depasi 5 diametre de nit
- stabilirea diametrului minim : d = (√5 tmin) – a; tmin – grosimea min a tablei din pachet, a – coef de siguranta (0.2 imbinari
de rezistenta, 0.4 – etanseitate, 0.6 – eclise)
- se va urmari pentru imbinarile solicitate in planul lor, pe cat posibil, capacitatea la forfecare a tijei nitului sa aiba valori
apropiate de cap presiunii pe peretii gaurii ( Ncap, f = Ncap, pr)
- distanta maxima intre nituri sa nu depaseasca 10d
Imbinari cu suruburi
- au o larga utilizare : imbinari de montaj, la pozitie, demontabile pentru structure provizorii, prinderi, fixari pe elemente
structurale sau nestructurale
- avantajele suruburilor fata de nituri : rezistenta otelurilor din care sunt facute suruburile este mai mare decat cea a niturilor;
modul de montare este mai usor; spatial necesar strangerii suruburilor este mai mic; posibilitatea de demontare
- tipuri de suruburi : obisnuite – fabricate din oteluri carbon; SIRP (suruburi de inalta rezistenta pretensionate – otel aliat)
Suruburi obisnuite
- surubul este un element pentru o imbinare, alcatuit dintr-o tija cilindrica, cu un cap hexagonal la o extremitate si cu un sant
elicoidal (filet) la cealalta extremitate
- imbinarile cu suruburi sunt de doua feluri : pasuite (sunt folosite suruburi precise si semiprecise), nepasuite (suruburi
grosolane)
- modul de fabricare consta in formarea la rece sau la cald a capului hexagonal si filetarea prin strungire folosind masini de
rolare pentru cealalta extremitate a tijei; filetului poate fi pe intreaga lungime a tijei sau partial
- la imbinarea cu suruburi obisnuite, piulita se strange cu o cheie universal, in tija surubului rezultand la final un effort de
intindere de cativa zeci de N/mm2 care permite alipiera coresp a pieselor si impiedica desfacerea piulitei (alte masuri – saiba
resort > Grower<, contrapiulita, cui despicat
Imbinari cu SIRP
- calitatea otelului util pentru confectionarea suruburilor, piulitelor si saibelor se obtine printr-un tratament termic special si
prin aliere cu Ni-Cr, Cr-Mo; acestea au caract mecanice net superioare , cu rezistenta si duritate foarte crescuta
- imbinarile cu SIRP lucreaza diferit fata de imbinarile cu suruburi obisnuite, transmiterea eforturilor facandu-se prin
intermediul frecarii intre piesele imbinate, mult mai puternic stranse intre ele
- eficienta unei imbinari cu SIRP consta in indeplinirea a doua conditii : strangerea puternica a piulitelor pe tijele suruburilor;
prelucrarea suprafetelor in contact ori frecarea intre piese sa fie cat mai mare
- saibele utilizat ela astfel de imbinari au dublu rol : primul de a mari suprafata de dezvoltare a ef de frecare si al doilea de a
permite rotirea, strangerea piultei pe tija filetului fara sa apara blocaje
- pretensionarea suruburilor este controlata cu ajutorul mom de strangere Mr (valori in tabele) si sunt controlate cu ajutorul
cheilor dinamometrice
- atingerea valorilor de pretensionare in tija se poate realiza si cu o cheie obisnuita respectandu-se unghiurile de strangere
Imbinarile sudate
- sudura reprezinta procedeul tehnologic prin care are loc imbinarea a doua sau mai multe piese metalice, utilizand topirea
locala, presiunea sau ambele variante, cu sau fara adaos de material
- procedee de sudare : prin topire – marginile pieselor de imbinat sunt aduse in stare lichida prin incalzire locala, cu sau fara
adaos de material; prin presiune – imbinarea se obtine sub actiunea unei forte de presiune transmisa pieselor de sudat, cu
sau fara incalzire locala a pieselor
Procedee de sudare prin topire
- sudarea cu arc electric descoperit (manual) – imbinarea elementelor metalice are loc prin topirea locala a marginilor datorita
arcului electric ce ia nastere intre electrod si piesele de imbinat
- electrod – vergea metalica cu invelis special, cu dublu rol – conductor de energie, material de adaos; se topeste la
temperature foarte mari, prin solidificarea acestei topituri se formeaza cusatura sau cordonul de sudura; invelisul are rol de
stabilizare si protective a arcului electric
- sudarea cu arc electric sub strat de flux (automat, semiautomat) – electrod – sarma neinvelita; piesele metalice se acopera
cu un strat care reprezinta o pulbere minerala (flux); stratul are rolul invelisului de la electrozii obisnuiti; viteza de sudare
este de zece ori mai mare decat procedeul anterior
- sudarea cu arc electric in mediu de gaz protector – gaz inert, active, sudura cu plasma
- sudare manuala cu gaz – topirea metalelor are loc in urma incalzirii acestora cu flacara deschisa produsa prin arderea unor
gaze special in oxigen; calitatea sudurii este inferioara
- sudare electrica in baie de zgura – folosita pentru imbinarea pieselor cu grosimi mai mari de 40-50 mm
Procedee de sudare prin presiune
- sudare electrica prin puncte, prin linii; este folosit un current de intensitate foarte mare care produce topirea locala a
materiualului, grosimea tablelor trebuie sa fie mai mari de 0.1 mm, insa grosimea totala a pachetului sa nu depaseasca 10
mm
- sudare prin frecare