Jak ovlivňuje materiální věda o kotevních šroubách z uhlíkové oceli jejich pevnost v tahu a trvanlivost?

V oblasti stavebního inženýrství a těžkých strojů, Kotva z uhlíkové oceli je klíčová připojení a fixační složku a její výkon přímo určuje bezpečnost a servisní životnost struktury. Uhlíková ocel je jeho základní materiál a synergie jeho chemického složení, mikrostruktury a technologie zpracování formuje mechanické vlastnosti a trvanlivost kotevního šroubu.
1. Chemické složení: „Gen mapa“ pevnosti v tahu
Pevnost v tahu uhlíkové oceli je nelineárně pozitivně korelována s obsahem uhlíku (C%). Podle standardu ASTM A36 je obsah uhlíku typického kotevního šroubu uhlíkové oceli řízen v rozmezí 0,25%-0,29%a tento poměr zasáhne rovnováhu mezi pevností a tažností. Když obsah uhlíku přesáhne 0,3%, tvrdost materiálu se zvyšuje, ale křehkost se výrazně zvyšuje, což může způsobit křehké zlomeniny kotevního šroubu při dynamickém zatížení. Současně může přidání prvku manganu (MN) (0,6%-1,2%) zlepšit vazbu hranice zrna prostřednictvím posilování pevného roztoku uhlíkem a zvýšit pevnost v tahu o 15%-20%.
Ověření případu: Průmyslová rostlina používá kotvy z uhlíkové oceli s obsahem C 0,27% a obsah MN 0,9%. Jeho maximální pevnost v tahu dosáhne 580 MPA, což je o 34% vyšší než u běžných nízkohlíkových ocelových kotev, úspěšně odolává vysokofrekvenční vibrační zatížení zvedacího zařízení.
2. mikrostruktura: „Neviditelný štít“ trvanlivosti
Trvanlivost uhlíkové oceli závisí na odporu její mikrostruktury vůči korozi a únavě. Prostřednictvím kontrolovaného procesu chlazení a kontrolovaného chlazení (TMCP) lze poměr ferit k perlitu optimalizovat tak, aby vytvořil jemnozrnnou strukturu (velikost zrn dosahuje ASTM stupně 8 nebo vyšší). Jemná zrna nejen zlepšují houževnatost materiálu, ale také snižují akumulaci dislokací na hranicích zrn a zpožďují zahájení trhlin. Kromě toho může přidat množství stopových množství mědi (Cu, 0,2%-0,5%) a chromu (CR, 0,3%-0,6%) tvořit hustý oxidový film, čímž se sníží míra koroze na méně než 0,02 mm/rok.
Experimentální údaje: Po srovnání s testem SPAR SPRAY (standard ASTM B117) je oblast rezance uhlíkových ocelových šroubů obsahujících CR/Cu po 720 hodinách po 720 hodinách pouze 1/5 životnosti uhlíkové oceli a životnost v mořském prostředí se prodlužuje na více než 30 let.
V. Budoucí směr: průlom v inteligentní vědě o materiálech
S vývojem projektu a výpočetních materiálových věd materiálu a vědy o výpočetních materiálech vstupují do fáze inženýrství nové vysoce pevné a tvrdé uhlíkové oceli (jako je ocel nano-bainite a střední manganská ocel). Přesně kontrolou distribuce uhlíku a změny fáze se očekává, že pevnost v tahu nové generace kotevních šroubů překročí 800 MPA při zachování vynikající odolnosti proti korozi.