Повышенная пластичность и прочность

Все о транспорте газа

Характеристики определяются: нагружениями, напряжениями, деформациями (упругими, пластическими).

1. Предел прочности (временное сопротивление) – напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.
Прочность – свойство твердых тел сопротивляться разрушению и необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок.
2. Условный предел текучести – напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2% от начальной длины образца.
Предел текучести – наименьшее напряжение, при котором, не смотря на продолжающуюся деформацию образца, не происходит заметного увеличения нагрузки.
3. Предел длительной прочности – наибольшее напряжение, которое вызывает за определенное время при данной температуре разрушение образца. – предел длительной прочности за 1000 ч. при 7000С.
4. Условный предел ползучести – напряжение, которое вызывает за определенное время при данной температуре заданное удлинение образца или скорость ползучести. – предел ползучести при допуске на деформацию 0,2% за 100 ч. испытания при 7000С.
Ползучесть – деформация металла с определенной скоростью при нагружении металла постоянно действующим напряжением ниже предела текучести в течение длительного времени при высокой температуре. Жаропрочность – сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки.
5. Предел выносливости – наибольшее значение максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения. Цикл нагружения – совокупность переменных значений напряжений за один период их изменения. 108,107.
Постепенное накопление повреждений в металле под действием циклических нагрузок, приводящее к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойство металлов сопротивляться усталости называют выносливостью.
Условный предел пропорциональности – отступление от линейной зависимости между напряжениями и деформациями достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой деформации с осью напряжений, увеличивается на 50% от своего значения на линейном (упругом) участке.
Условный предел упругости – напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05% от начальной длины образца.

1.2. Методы дефектоскопии, применяемые для контроля качества материалов деталей турбин и компрессоров: лопаток, дисков, роторов.


Методы делятся на разрушающие и неразрушающие.
Физические методы, неразрушающие:
1. Магнитная дефектоскопия используется для определения поверхностных трещин и непроваров. Метод основан на том, что в участках, в которых создаются подобные дефекты, возникают поля рассеивания; они обнаруживаются спец. приборами или по изменению расположения наносимого на поверхность магнитного порошка после наложения или при наложении магнитного поля.
2. Ультразвуковая дефектоскопия основана на различиях в отражении (рассеивании) направленного ультразвукового луча от внутренних, в том числе глубоко расположенных в детали, несплошностей.
3. Радиационная дефектоскопия основана на различиях в поглощении ионизирующих излучений средами с различной плотностью. Используют рентгеновскую и гамма дефектоскопию.
4. Травление поверхности. На поверхность наносятся слабые растворы соляной (HCl), азотной (HNO3) кислот или царской водки, в местах дефектов проявляются черные полоски – сеточка.
5. Метод снятия серных отпечатков. В местах неоднородностей сера меняет цвет.
6. Визуальный. Осмотр поверхности, как правило, обработанной, с помощью дополнительных источников света.
Разрушающие методы – испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб – статические. Испытания на ударный изгиб, на определение динамических свойств при переменных циклических нагрузках.
Макроскопический метод – дает общую картину строения металла в больших объемах. Исследования проводят на специально шлифованных образцах, которые после этого подвергают травлению. Выявляется форма и расположение зерен, наличие деформированных кристаллов, волокон, пузыри, раковины, трещины, неоднородности сплава.
Микроскопические методы – изучает микроструктуру, мельчайших пороков. Образец шлифуют, полируют, подвергают травлению. Для испытания применяют оптические и электрические микроскопы, рентгеноструктурный анализ. Метод основан на интерференции лучей, рассеянных атомами вещества. Контроль производится по анализу рентгенограммы.

1.3. Область применения углеродистых и легированных сталей в турбостроении. Обозначения сталей и других металлических материалов.


По области применения стали, делят на конструкционные ( 1%) с суммарным содержанием 1.4. Влияние легирования хромом, никелем, молибденом, ванадием, вольфрамом на жаропрочность и жаростойкость сталей.


Добавление в сталь хрома увеличивает сопротивляемость коррозии, повышает прочность и твердость, сохраняют вязкость.
Добавление никеля повышает прочность, ударную вязкость, жаропрочность, коррозионную ст ойкость, прокаливаемость.
Вольфрам повышает твердость, прочность, сопротивляемость высоким температурам.
Ванадий увеличивает плотность, делает зерно мельче, увеличивает прочность и твердость.
Кобальт увеличивает ударную вязкость, жаропрочность, магнитные свойства.
Молибден увеличивает упругость, прочность, сопротивляемость высоким температурам, коррозионную стойкость, окалиностойкость.
Медь улучшает антикоррозийные свойства.
Титан увеличивает прочность, сопротивляемость коррозии, повышает обрабатываемость.
Алюминий – увеличивает жаростойкость, вместе с кремнием повышает коррозионную стойкость.
Ниобий увеличивает сопротивляемость коррозии.
Цирконий делает сталь мелкозернистой.

1.5. Баббиты, бронзы и латуни в турбостроении.


Применяются в качестве антифрикционных материалов, например в подшипниках скольжения.
Баббиты – сплавы олова или свинца с сурьмой, медью, кадмием, цинком. Марка баббита (Б83) – указывает содержание олова в %. Б83 – олова 83%, сурьмы – 4%, меди – 6%, свинец – менее 0,3%. Рабочая температура 800С. При 100 -1200С ухудшение прочностных показателей. Хорошая прирабатываемость, малый коэффициент трения, образование коллоидных растворов
Латунь – медь и цинк.
Бронзы – медь со всеми элементами кроме цинка и никеля.
Мельхиоры – сплав меди и никеля.
Нейзильберы – медь, никель, цинк.
Алюминиевые бронзы – высокие антикоррозийные и механические свойства (зубчатые колеса, втулки, колеса).
Оловянистые бронзы – подшипники скольжения, арматура.
В качестве антифрикционных в ТС применяют серый чугун, оловянистую и свинцовую бронзы, порошковые материалы и баббиты.

1.6. Применение никелевых, титановых и алюминиевых сплавов в газотурбостроении.


Титан – легкий и очень прочный металл, устойчив к коррозии (повышает коррозионную стойкость до 40%), хорошо сваривается, имеет высокую удельную прочность. При высокой температуре поглощает водород (водородная хрупкость). N, O2, C – вредные примеси. Хорошо обрабатывается давлением, имеет хорошую пластичность, уменьшает массу детали.
Введение алюминия увеличивает жаропрочность, термическую стабильность, коррозионную стойкость.
Алюминий – повышенная коррозионная стойкость, легко обрабатывается давлением, хуже резанием. Используется для изготовления конструкций не несущих нагрузки. Хорошая свариваемость. Дюралюминий – легирующие элементы: медь, марганец, магний. Ковочные сплавы – медь, марганец и кремний. Высокопрочные алюминиевые сплавы – медь, марганец, цинк.
В настоящее время на основе алюминия получают сплавы из порошков – спечные сплавы, .полученные распылением жидкого алюминия. Такие сплавы хорошо деформируются, обрабатываются резанием, имеют высокую удельную прочность, коррозионную стойкость – перспективно изготовлять лопатки компрессоров.
Никелевые сплавы – нимоники – высокая коррозионностойкость, механические свойства для работы в агрессивных средах, жаропрочные (ХН77Т до 850оС, ХН77ТЮР).

1.7. Связь видов термообработки заготовок и деталей с их механическими свойствами.


Термообработка – тепловая обработка для изменения свойств материала.
Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемым к полуфабрикатам (отливкам, поковкам, прокату) и готовым изделиям, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
1. Отжиг – нагревание до высоких температур, выдержка и медленное остывание, для повышения пластичности.
I рода – устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками.
Отжиг II рода – подготовительная термообработка – понижая прочность и твердость, улучшает обработку резанием средне и высокоуглеродистой стали. Измельчает зерно, снимает внутренние напряжения, уменьшает структурную неоднородность, повышает пластичность и вязкость. В некоторых случаях (крупные отливки) является окончательной термообработкой.
2. Закалка – термическая обработка, заключается в быстром нагревании стали до температуры выше критической и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Не является окончательной операцией термообработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергается отпуску. Инструментальную сталь обычно подвергают З и О для повышения твердости, износостойкости и прочности, а конструкционную сталь – прочности, твердости, получения достаточно высокой пластичности и вязкости, а для ряда деталей и высокой износостойкости.
3. Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже критической, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Окончательная операция. Полностью устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Служит для уменьшения хрупкости и повышения пластичности. Температура позволяет изменять свойства: прочность, вязкость, предел упругости, выносливости.
Термомеханическая обработка – позволяет повысить механические свойства стали по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске. Заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой (термообработкой). Повышается прочность и пластичность, мельчают зерна, уменьшаются внутренние напряжения.


1.8. Виды химикотермической обработки деталей и их влияние на механические свойства материала.


Химикотермической обработкой называют поверхностное насыщение металла соответствующими элементами (углеродом, азотом, алюминием, хромом, бором и бромом и т.д.), повышающими твердость, износостойкость, коррозионностойкость. Диффузионный процесс, протекающий в твердом состоянии, требующий высоких температур и длительных выдержек.
1. Цементация – насыщение поверхностного слоя углеродом. Увеличивает твердость поверхности, износостойкость и сопротивление коррозии, повышает предел выносливости..
2. Азотирование – диффузионное насыщение азотом поверхностного слоя сильно повышает твердость, износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и т.д.
3. Нитроцементация – диффузионное насыщение одновременно углеродом и азотом поверхностного слоя при 8500С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака повышает твердость и износостойкость стальных изделий.
4. Цианирование – = нитроцементация но при 820-9500С в расплавленных солях, содержащих группу СN (углерод и азот).
5. Борирование – повышает износостойкость (абразивную), твердость, коррозионностойкостью, окалиностойкостью, теплостойкостью.
6. Диффузионная металлизация – поверхностное легирование различными элементами– жаростойкость, коррозионностойкость, повышенная износостойкость и твердость.

Реферат: Физические основы пластичности и прочности металлов

“Технология конструкционных материалов”

Физические основы пластичности и прочности металлов”

1. Физические основы прочности металлов

2. Физические основы пластичности металлов

3. Теоретическая и техническая прочность

Основными механическими свойствами являются прочность, пластичность, упругость, вязкость, твердость.

Зная механические свойства, конструктор при проектировании обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность машин и конструкций при их минимальной массе.

Пластичность и прочность относятся к важнейшим свойствам твердых тел.

Оба эти свойства, взаимно связанные друг с другом, определяют собой способность твердых тел противостоять необратимому формоизменению и макроскопическому разрушению, т. е. разделению тела на части в результате возникающих в нем под воздействием внешних или внутренних силовых полей микроскопических трещин.

Для технолога очень важное значение имеет пластичность, определяющая возможность изготовления изделий различными способами обработки давлением, основанными на пластическом деформировании металла.

Материалы с повышенной пластичностью менее чувствительны к концентраторам напряжений и другим факторам охрупчивания.

По показателям прочности, пластичности и т. д. производят сравнительную оценку различных металлов и сплавов, а также контроль их качества при изготовлении изделий.

В физике и технике пластичность — способность материала получать остаточные деформации без разрушения и сохранять их после снятия нагрузки.

Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка и др.

Прочность твёрдых тел, в широком смысле — свойство твёрдых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок. В узком смысле — сопротивление разрушению.

Цель настоящей работы – изучить физические основы пластичности и прочности металлов.

1. Физические основы прочности металлов

Прочность является фундаментальным свойством твердых ,тел. Она определяет способность тела противостоять без разрушения действию внешних сил. В конечном счете, как известно, прочность определяется величиной и характером межатомной связи, структурной и атомно-молекулярной подвижностью частиц, составляющих твердое тело. Механизм этого явления остается нерешенным и в настоящее время. Остается невыясненным вопрос о природе прочности, о сущности процессов, протекающих в материале, находящемся под нагрузкой. В вопросах прочности не только нет законченной физической теории, но даже по самым основным представлениям существуют расхождения во взглядах и противоположные мнения.

Конечной целью изучения механизма разрушения должно быть выяснение основных принципов создания новых материалов с заданными свойствами, улучшения существующих материалов и рационализация способов их обработки.

Прочностью называют свойство твердых тел сопротивляется разрушению, а также необратимыми изменениями формы. Основным показателем прочности является временное сопротивление, определяемое при разрыве цилиндрического образца, предварительно подвергнутого отжигу. По прочности металлы можно разделить на следующие группы:

непрочные (временное сопротивление не превышает 50 МПа) – олово, свинец, висмут, а также мягкие щелочные металлы;

прочные (от 50 до 500 МПа) – магний, алюминий, медь, железо, титан и другие металлы, составляющие основу важнейших конструкционных сплавов;

высокопрочные (более 500 МПа) – молибден, вольфрам, ниобий и др.

К ртути понятие прочности неприменимо, поскольку это жидкость.

Временное сопротивление металлов указано в таблице 1.

Временное сопротивление, МПа

Временное сопротивление, МПа

Большинство технических характеристик прочности определяют в результате статического испытания на растяжение. Образец, закрепленный в захватах разрывной машины, деформируется при статической, плавно возрастающей нагрузке. При испытании, как правило, автоматически записывается диаграмма растяжения, выражающая зависимость между нагрузкой и деформацией. Небольшие деформации с очень большой точностью определяются тензометрами.

Чтобы исключить влияние размеров образцов, испытания на растяжение проводят на стандартных образцах с определенным соотношением между расчетной длиной l и площадью поперечного сечения F .

Наиболее широко применяют образцы круглого сечения: длинные с l /d = 10 или короткие с l /d = 5 (где d – исходный диаметр образца).

На рис. 1, а приведена диаграмма растяжения малоуглеродистой отожженной стали. При нагрузке, соответствующей начальной части диаграммы, материал испытывает только упругую деформацию, которая полностью исчезает после снятия нагрузки.

До точки а эта деформация пропорциональна нагрузке или действующему напряжению

где Р – приложенная нагрузка; Fo – начальная площадь поперечного сечения образца.

Нагрузке в точке а, определяющей конец прямолинейного участка диаграммы растяжения, соответствует предел пропорциональности.

Теоретический предел пропорциональности – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между напряжением (нагрузкой) и деформацией

Так как при определении положения точка а на диаграмме могут быть погрешности, обычно пользуются условным пределом пропорциональности , под которым понимают напряжение, вызывающее определенную величину отклонения от линейной зависимости, например tg альфа изменяется на 50% от своего первоначального значения.

Прямолинейную зависимость между напряжением и деформацией можно выразить законом Гука:

где эпсилон = (дельта l/lо ) 100% – относительная деформация;

дельта l – абсолютное удлинение, мм;

l – начальная длина образца, мм.

Рис.1 Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали (а) и схема определения условного предела текучести σ0,2 (б)

Читайте также:  Принципиальная схема инвертора

Коэффициент пропорциональности Е (графически равный tg aльфа), характеризующий упругие свойства материала, называется модулем нормальной упругости.

При заданной величине напряжения с увеличением модуля уменьшается величина упругой деформации, т. е. возрастает жесткость (устойчивость) конструкции (изделия). Поэтому модуль Е также называют модулем жесткости.

Величина модуля зависит от природы сплава и изменяется незначительно при изменении его состава, структуры, термической обработки.

Например, для различных углеродистых и легированных сталей после любой обработки Е = 21000 кгс/мм 2 .

Теоретический предел упругости – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию:

Если действующее напряжение в детали (конструкции) меньше σуп , то материал будет работать в области упругих деформаций.

Ввиду трудности определения σуп практически пользуются условным пределом упругости , под которым понимают напряжение, вызывающее остаточную деформацию 0,005-0,05% от начальной расчетной длины образца. В обозначении условного предела упругости указывают величину остаточной деформации, например σ0,005 и т. д.

Для большинства материалов теоретические пределы упругости и пропорциональности близки по величине. Для некоторых материалов, например меди, предел упругости больше предела пропорциональности.

Предел текучести – физический и условный- характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям.

Физический предел текучести – напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке

Ha диаграмме растяжения пределу текучести соответствует горизонтальный участок с – d, когда наблюдается пластическая деформация (удлинение) – «течение» металла при постоянной нагрузке.

Большая часть технических металлов и сплавов не имеет площадки текучести. Для них наиболее часто определяют условный предел текучести – напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2% от начальной расчетной длины образца (рис. 1, б):

При дальнейшем нагружении пластическая деформация все больше увеличивается, равномерно распределяясь по всему объему образца.

В точке В, где нагрузка достигает максимального значения, в наиболее слабом месте образца начинается образование «шейки» – сужения поперечного сечения; деформация сосредоточивается на одном участке – из равномерной переходит в местную.

Напряжение в материале в этот момент испытания называют пределом прочности.

Предел прочности (временное сопротивление разрыву) – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения:

По своей физической сущности σв характеризует прочность как сопротивление значительной равномерной пластической деформации.

За точкой В (см. рис. 1, а) в связи с развитием шейки нагрузка уменьшается, в точке k при нагрузке Pk происходит разрушение образца.

Истинное сопротивление разрушению – максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца

где FK – конечная площадь поперечного сечения образца в месте разрушения.

Несмотря на то что нагрузка Рк δ10 .

Относительное удлинение металлов характеризует таблица 2.

Относительное сужение. У пластичных материалов относительное сужение более точно характеризует их максимальную пластичность – способность к местной деформации и нередко служит технологической характеристикой при листовой штамповке и т. д.

3. Теоретическая и техническая прочность

Техническая (реальная) прочность металлов в 10-1000 раз меньше, чем их теоретическая прочность, определяемая силами межатомного сцепления. Например, для железа теоретически вычисленное значение сопротивления отрыву SОТ = 2100 кгс/мм 2 .

Техническая прочность железа: SОТ = 70 кгс/мм 2 , σв = 30 кгс/мм 2 . Такое большое различие объясняется тем, что теоретическая прочность соответствует идеальной бездефектной кристаллической решетке металла.

В реальных металлах всегда имеются дислокации и другие дефекты кристаллической решетки, включения, микротрещины и т. п., понижающие прочность и инициирующие разрушение (рис. 3).

Рис.3 Зависимость прочности от количества дислокаций и других дефектов кристаллической решетки (схема И. А. Одинга): 1 – чистые, отожженные металлы; 2 – сплавы, упрочненные легированием, термической обработкой, пластической деформацией (наклеп) и т. п.

Минимальную прочность имеют чистые, отожженные металлы при плотности дислокаций около 10 7 -10 8 см -2 . С уменьшением количества дислокаций сопротивление деформированию, т. е. прочность металла, возрастает и может достигать теоретического значения.

Убедительные доказательства справедливости этого положения были получены при исследовании металлических усов – нитевидных кристаллов толщиной 0,5-2 мкм и длиной до 10 мм с практически бездефектной (бездислокационной) кристаллической структурой. Усы железа толщиной 1 мкм имеют предел прочности σв = 1350 кгс/мм 2 , т. е. почти теоретическую прочность. Ввиду малых размеров усы применяют ограниченно. Увеличение размеров усов приводит к появлению дислокаций и резкому снижению прочности. Правее точки 1 (см. рис. 3) с увеличением количества дислокаций (дефектов) прочность металлов возрастает.

Это используют при таких способах упрочнения, как легирование, термическая обработка, холодная пластическая деформация и т. д.

Основными причинами упрочнения являются увеличение количества (плотности) дислокаций, искажения кристаллической решетки, возникновение напряжений, измельчение зерен металла и т. д., т. е. все то, что затрудняет свободное перемещение дислокаций.

Предельная плотность дислокаций для упрочнения составляет примерно 10 12 см -2 . При большей плотности в металле образуются субмикроскопические трещины, вызывающие разрушение.

Вопросы пластичности и прочности твердых тел имеют первостепенное значение для многих отраслей техники. Пластичность и прочность данного материала определяют в конечном счете возможность использования его в строительных сооружениях, в деталях машин, в конструкциях приборов, в инструментах для механической обработки твердых тел и во многих других случаях. Эти же свойства определяют также возможность механической обработки данного материала давлением (ковкой, прокаткой, штамповкой, резанием) и задают мощности применяемых для этой цели машин.

В настоящее время следует проблему прочности и пластичности твердых тел рассматривать с позиций двух областей интересов – физической и технической.

Первая из них включает: а) выяснение физической природы пластичности и прочности твердых тел на основе изучения элементарных процессов, протекающих при деформировании и разрушении, б) систематическое накопление и обобщение новых фактов и закономерностей поведения твердых тел в условиях, встречающихся на практике. Во вторую область интересов входят все задачи, связанные с применением твердых тел в технике с общим феноменологическим описанием их силового и деформационного поведения при разных видах напряженного состояния и в многообразных условиях эксплуатации с применением этих сведений для расчета прочности и пластичности деталей машин и сооружений на базе формальных теорий прочности и пластичности.

Исследования природы прочности и пластичности твердых тел необходимы для создания строгой физической теории их пластического деформирования и разрушения. Построение такой теории состоит в первую очередь в решении задачи об отступлении строения твердых тел от идеально правильного под воздействием механических факторов и о влиянии нарушений идеального строения твердых тел на их пластичность и прочность.

Совершенно очевидно, что отсутствие физической теории, опирающейся на многообразие экспериментальных фактов, которые удалось накопить в итоге многолетней работы над проблемой, по-прежнему будет тормозить решение ряда возможных практических вопросов. Главнейшие из них состоят в следующем: в разработке принципов создания новых материалов с заданными свойствами, в улучшении существующих материалов, в определении путей дальнейшей рационализации их обработки. Огромное народнохозяйственное значение этих задач очевидно. Между тем до настоящего времени существует заметный разрыв между запросами техники в отношении прочности и пластичности материалов для разнообразных условий их работы в машинах и конструкциях и возможностями теории для отыскания путей решения стоящих задач. Сейчас, в лучшем случае, мы располагаем лишь набросками возможной теории отдельных явлений, а также некоторыми экспериментальными основами теории, охватывающими далеко не полностью стоящие перед нами вопросы.

Список литературы

1. Александров, А. В. Основы теории упругости и пластичности: учебник для вузов. – М. : Высшая школа, 1990. – 399 с. – ISBN 5-06-000053-2.

2. Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 2 изд., М., 1971.

3. Зубчанинов, В. Г. Основы теории упругости и пластичности: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / В. Г. Зубчанинов. – М.: Высшая школа, 1990. – 368 с.: ил. – ISBN 5-06-000706-5.

4. Инденбом В. Л., Орлов А. Н., Проблема разрушения в физике прочности, “Проблемы прочности”, 1990, № 12, с. 3;

5. Г.В.Курдюмов. Физические основы прочности и пластичности твердых тел. – М.: – 1975.

6. Механические свойства материалов, пер. с англ., под ред. Г. И. Баренблатта, М., 1966;

7. Основы теории упругости и пластичности: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / В. Г. Зубчанинов. – М. : Высшая школа, 1990. – 368 с. : ил. – ISBN 5-06-000706-5.

8. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.

9. Соколовский В. В., Теория пластичности, 3 изд., М., 1969.

10. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. С. 86. ISBN 5-7038-1340-9.

11. Численные методы в теории упругости и пластичности: учеб. пособие для ун-тов. / Б.Е. Победря. – М.: Мгу, 1981. – 343 с

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог
Наша группа

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

хром ( Cr ) — Х
никель ( Ni ) — Н
молибден ( Mo ) — М
титан ( Ti ) — Т
медь ( Cu ) — Д
ванадий ( V ) — Ф
вольфрам ( W ) — В
азот ( N ) — А
алюминий ( Аl ) — Ю
бериллий ( Be ) — Л
бор ( B ) — Р
висмут ( Вi ) — Ви
галлий ( Ga ) — Гл
иридий ( Ir ) — И
кадмий ( Cd ) — Кд
кобальт ( Co ) — К
кремний ( Si ) — C
магний ( Mg ) — Ш
марганец ( Mn ) — Г
свинец ( Pb ) — АС
ниобий ( Nb) — Б
селен ( Se ) — Е
углерод ( C ) — У
фосфор ( P ) — П
цирконий ( Zr ) — Ц

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Механические свойства

Механические свойства характеризуют поведение материалов под действием нагрузки. В рамках данной статьи рассмотрим 5 основных механических свойств материалов: прочность, упругость, пластичность, хрупкость и твердость.

Что такое Прочность?

Прочностью называется способность разнообразных материалов без разрушения воспринимать напряжение под внешним воздействием различных сил. Прочность зависит не только от того, какой материал, но и имеет зависимость от типа состояния напряжения — например, это может быть сжатие, растяжение или изгиб. Также непосредственное влияние на прочность оказывают условия, при которых материал эксплуатируется — воздействия извне, температура окружающей среды.

Испытания на прочность

Существует понятие предела прочности, который является основной количественной характеристикой прочности и численно равен разрушающему напряжению для конкретного материала. Предел прочности для каждого материала определяется средним результатом серии испытаний, так как основные материалы, используемые в строительстве, характеризуются неоднородностью.

Если происходит статическая нагрузка для выявления прочности проводится испытание образцов определенного стандарта (как правило речь идет об образцах, имеющих сечение круглой формы, реже прямоугольной), диаграмма таким образом отражает зависимость относительного удлинения от величины действующего на образец напряжения.
Прочность материала различных конструкций обосновывается при сравнении тех напряжений, которые возникают в конструкции при внешнем воздействии, также с учетом таких показателей как пределы прочности и текучести.
О так называемой усталости материала (в частности, металла) говорят если при большом числе циклически повторяющихся внешних напряжений разрушение происходит даже при напряжениях меньших чем предел прочности. В этом случае рассчитывается циклическая прочность, т.е. обоснование прочности материала, проводящееся с учетом нагрузки, которая меняется с определенным циклом.

Читайте также:  Ременной привод от электродвигателя

Упругость

Если материал самопроизвольно восстанавливает форму, после того как внешняя сила прекращает действовать, то такое механическое свойство называется упругостью материала. Если после снятия внешней нагрузки, деформация полностью исчезает, то следует говорить об обратимой упругой деформации.

От чего зависит упругость?

Упругость материала непосредственно связана с силами взаимодействия, происходящими между отдельными атомами. В твёрдых телах при температуре равной абсолютному нулю и при отсутствии какого-либо внешнего воздействия атомы занимают положения, называемые равновесными. Потенциальная энергия тела увеличивается при воздействии внешнего напряжения, и атомы смещаются из равновесного положения. Соответственно, когда прекращается внешнее напряжение, конфигурация неравновесных атомов деформированного материала постепенно становится неустойчивой и возвращается в равновесное состояние. Помимо силы притяжения и отталкивания, которые действуют на каждый атом материала со стороны остальных, существуют и угловые силы, они непосредственно связаны с валентными углами, наблюдающимися между прямыми, которые соединяют атомы между собой. Естественно, это характерно исключительно для макроскопических тел и молекул, содержащих много атомов. Угловые силы уравновешиваются при равновесных значениях валентных углов. Когда говорят о количественной характеристике упругости материала, то используется модуль упругости, зависящий от напряжения воздействующего на материал и определяется производной зависимости напряжения от деформации, что применимо для области упругой деформации.

Пластичность

Пластичностью называется механическое свойство материалов под влиянием внешней нагрузки изменять форму и размер, а после того как нагрузка перестает действовать — сохранять ее в измененном виде.
Пластичность является важным свойством, учитывающееся когда происходит выбор материала несущей конструкции, либо же определения технологии (методики) изготовления разнообразных изделий. Для конструкций важно сочетание высокой пластичности материала и большого показателя упругости. Эта комбинация свойств предотвращает внезапное разрушение материала. В целом пластичность в физике материалов противопоставляется как упругости, так и хрупкости — пластичный материал сохраняет форму, которую придают ему внешние воздействия.

Пластичность — важное механическое свойство

Изучение пластичности важно при прогнозировании долговечности и прочности какой-либо конструкции, так как пластичность зачастую предшествует разрушению и важно рассмотреть деформационные процессы, возникающие в материале. Измерение пластичности, являющейся важным свойством металлов, очень важно при обработке под давлением — ковке и прокатке. Это свойство металлов непосредственно зависит от тех условий, в которых происходит деформирование — температуры, давления и т.д. Пластичность металлов влияет на такие характеристики как удлинение (абсолютное и относительное) и сужение материала. При удлинении происходит увеличение длины образца под воздействием происходящего растяжения, а при сужении, соответственно, от растяжения образца происходит уменьшение площади поперечного сечения.

Хрупкость

Хрупкость относится к механическим свойствам материалов противоположным пластичности. Те процессы, которые повышают пластичность, соответственно, снижают хрупкость, и наоборот. Материалы, отличающиеся хрупкостью при статическом испытании разрушаются без пластической деформации. Это характерно, например, для стекла. Если при статическом испытании материал характеризуется пластичностью, но при динамическом испытании разрушается, то речь идет о так называемой ударной хрупкости. Причиной ударной хрупкости могут быть пределы текучести (то есть зависимость скорости деформации и сопротивления) и пределы прочности (изменение сопротивления разрушению). Хрупкое разрушение материала происходит если сопротивление деформации равно или больше сопротивления отрыву. Соответственно, пластичность материала уменьшается, если рост сопротивления деформации происходит быстрее роста сопротивления разрушению.

Фактором, от которого непосредственно зависит хрупкое состояние материала является однородность напряженного состояния. Материал переходит от пластичности к хрупкости при неоднородном напряженном состоянии. Расчет сопротивления хрупкому разрушению является важным обоснованием прочности конструкции.

Твёрдость

Механическое свойство материала при внешнем воздействии не испытывать пластической деформации называется твёрдостью. В первую очередь оно зависит от механических характеристик материала, в частности структуры, модуля упругости, предела прочности и т.д. Количественную связь твердости от данных характеристик устанавливает общая физическая теория упругости.

Методы, с помощью которых экспериментально устанавливают твердость бывают как статическими (например, в поверхность вдавливается твердый предмет или же она царапается), так и динамическими. К статическим методам также относятся измерения твёрдости по Бринеллю (вдавление шарика в поверхность), Виккерсу (вдавление алмазного наконечника) и Роквеллу (для материалов с высокой твердостью используется алмазный конус, с низкой — шарик из стали). Также к статическим методам относится склерометрия — царапание алмазной структурой в виде конуса, пирамиды, или же карандашом различной твердости — оценивается нагрузка, которую необходимо приложить, чтобы создать царапину, а также размеры созданной царапины.

При динамических методах установления твердости материала благодаря ударной нагрузке наносится отпечаток шариком (по принципу маятника) и величина твердости характеризуется тем, как материал сопротивляется деформации от удара или же параметрами отскока шарика от поверхности, в том числе затуханию маятниковых колебаний.

Факторы, влияющие на пластичность металла

1. Влияние состава. Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Сплавы твердые растворы обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения. Компоненты сплава также влияют на его пластичность. С повышением содержания углерода в стали плас­тичность уменьшается. При содержании углерода свыше 1,5 % сталь с трудом поддается ковке. Кремний понижает пластичность стали. По­этому кипящая малоуглеродистая сталь (08кп, Юкп) с малым содержани­ем кремния применяется при изготовлении деталей холодной штампов­кой глубокой вытяжкой. В легированных сталях хром и вольфрам уменьшают, а никель и ванадий повышают пластичность стали. Сера, соединяясь с железом, образует сульфид железа Ре8, который в виде эвтектики располагается по границам зерен и при нагревании до 1000 °С расплавляется. В результате связь между зернами нарушается и сталь становится хрупкой. Такое явление называется красноломкостью. Мар­ганец, образуя тугоплавкое соединение МпЗ, нейтрализует вредное дей­ствие серы. Фосфор увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вяз­кость стали, вызывая ее хладноломкость.

2.Влияние температуры. По мере повышения температуры нагрева пластичность металлов обычно возрастает, а прочность уменьшается. Однако в углеродистых сталях при температурах 100—400 °С пластич­ность уменьшается, а прочность возрастает. Этот интервал температур называют зоной хрупкости или синеломкости стали, наличие которой объясняется выпадением- мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения при деформации.

3.Скорости деформации — изменение степени деформации е в еди­ницу времени

Деформированное состояние характеризуется схемой главных дефор­маций, т. е. деформаций в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствуют (рис. 4.2, д, е, ж). Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций позволяет судить о характере главных напряжений и дефор­маций при различных видах обработки давлением и пластичности метал­ла: чем больше сжимающие напряжения и меньше напряжения и дефор­мации растяжения, тем выше пластичность обрабатываемого металла. Повысить сжимающие напряжения при обработке давлением можно, например, оказывая боковое давление на металл жесткими стенками инструмента.

3. Холодная и горячая обработка металлов давлением

1. Наклеп и рекристаллизация металлов. При деформировании ме­таллов повышается плотность дефектов кристаллического строения и возрастает сопротивление их перемещению. С увеличением степени дефор­мации пределы прочности и текучести, а также твердость увеличиваются, а пластичность и вязкость снижаются; возрастают остаточные напряже­ния. Упрочнение металлов при пластической деформации называется наклепом. В результате упрочнения пластические свойства металлов могут снизиться настолько, что дальнейшая деформация вызывает разрушение.

При наклепе металл переходит в термодинамически неустойчивое со­стояние с повышенным запасом внутренней энергии, поэтому он стремит­ся самопроизвольно перейти в более равновесное состояние. При нагре­ве наклепанного металла до температур, составляющих 0,2—0,3 от тем­пературы плавления Тпл (возврате), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внутренние напряжения без изменения мик­роструктуры и свойств деформированного металла.

При нагреве деформированных металлов выше 0,4ТПЛ образуются новые равноосные зерна и свойства металла возвращаются к их исход­ным значениям до деформации. Процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в деформированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьшением прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств, называется рекристал­лизацией. Наименьшая температура, при которой начинается процесс рекристаллизации и разупрочнения металла, называется температу­рой рекристаллизации. Величина зерна после рекристаллизации зависит от степени и скорости деформации, а также температуры и длительности нагрева.

2. Холодная и горячая деформация. В зависимости от температурно-скоростных условий при деформировании могут происходить два противо­положных процесса: упрочнение, вызываемое деформацией, и разупрочне­ние, обусловленное рекристаллизацией. В соответствии с этим различают холодную и горячую деформацию. Холодное деформирование произво­дится при температурах ниже температуры рекристаллизации и со­провождается наклепом металла. Горячее деформирование протекает при температурах выше температуры рекристаллизации. При горячей де­формации также происходит упрочнение металла (горячий наклеп), но оно полностью снимается в процессе рекристаллизации. При ней плас­тичность металла выше, а сопротивление деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации. Деформация, после которой про­исходит только частичное разупрочнение, называется неполной горячей деформацией.

4. Влияние обработки давлением на структуру и механические свойства металлов и сплавов

1.Изменение структуры литого металла при деформации. Структура слитков, которые обычно являются исходными заготовками при обработке давлением, неоднородна (рис. 4.1, б). Основу ее составляют зерна первичной кристаллизации (дендриты) различной величины и фор­мы, на границах которых скапливаются примеси и неметаллические вклю­чения. В структуре слитка имеются также поры, газовые пузыри. Высо­кая степень деформации при высокой температуре вызывает дробление зерна, а также частичное заваривание пор.

2.Полосчатость. Зерна и межкристаллические прослойки с повышен­ным содержанием неметаллических включений вытягиваются в направ­лении наибольшей деформации. В результате структура металла приоб­ретает полосчатое (волокнистое) строение (рис. 4. 1, в). Волокнистость оказывает влияние на механические характеристики, вызывает их анизо­тропию. В поперечном направлении ударная вязкость на 50—70 %, относительное сужение — на 40 %, относительное удлинение — на 20% меньше, чем вдоль волокон. Наличие полосчатой микроструктуры и ани­зотропии свойств в деформированном металле необходимо учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить в них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль, а перерезывающие усилия — поперек волокон, а также, чтобы они не перерезались при обработке резанием. При необходимости повысить пластичность металла в поперечном направ­лении следует произвести обжатие заготовки в направлении, перпендику­лярном прежнему, т. е. вдоль волокон. Желательно, чтобы у поверхности детали волокна повторяли ее очертания (рис. 4. 1, г). В этом случае повы­шаются прочность и другие служебные свойства детали.

Как сделать складную чердачную лестницу своими руками: пошаговые инструкции и мастер-классы

Уже давно прошли времена, когда на чердак хозяевам домов приходилось подниматься по громоздкой приставной лестнице. Современные варианты для чердака хороши тем, что занимают минимум места как в сложенном, так и разложенном состоянии, и о наличии такой конструкции за красиво отделанным чердачными люком догадаться сложно даже внимательному человеку.

И однозначно радует глаз такая замечательная альтернатива винтовым конструкциям и стремянкам, как складная лестница чердачная – своими руками вы ее можете изготовить с правильными креплениями, с крепким пружинным механизмом и ничуть не хуже современных дорогих рыночных изделий. И даже лучше!

Содержание

Вот самый простой вариант изготовления такой лестницы из буквально подручных материалов:

Преимущества и недостатки складных лестниц

Складная чердачная лестница должна легко прятаться и складываться под потолком, а поэтому ее принято делать покороче, с небольшим количеством секций. Ведь каждая лишняя ступенька в этом плане – это дополнительный вес и объем.

Такие лестницы хороши прежде всего тем, что позволяют значительно экономить пространство. При этом они совершенно не портят потолок жилого помещения. Ведь вход на чердак зачастую располагаются как раз в одной из обитаемых комнат дома. При этом такие лестницы достаточно функциональны, прочны и компактны. А пользоваться ими – проще простого: достаточно взять в руки специальный стержень с крючком на конце и зацепиться за кольцо.

Далее левой рукой легко достаете нижнюю ступеньку крайней секции, дотягиваетесь до пола и распрямляете все остальные составляющие лестницы. Точно также, проделав все в обратном порядке, вы легко складываете лестницу назад и убираете в потолок. Причем многие современные чердачные лестницы ко всему еще и раскладывается-складывается при помощи электропривода, что вообще невероятно удобно:

Еще одно достоинство — безопасность. Спускаться и подниматься по такой лестнице намного безопаснее, чем по приставной: она не сломается под ногами и ножки неожиданно не «уедут».

И, наконец, легкость. Самые легкие складные чердачные лестницы изготавливают из нержавеющей стали и алюминия, благодаря чему на чердачное перекрытие не оказываются серьезные нагрузки. Как вы понимаете, в виду особенностей конструкции такая лестница может быть сделана только из металла.

Почему лучше сделать лестницу самому?

Готовые промышленные лестницы, которые сегодня активно предлагает рынок, достаточно удобны, насколько можно судить из имеющихся отзывов на них. Но ставить их к чердакам, на которые часто приходится подниматься (например, там находится наша мастерская или мини-библиотека), мы не рекомендуем.

Почему? Потому что такие лестницы нередко на практике оказываются довольно хлипкими – это ведь не hand-made изготовление, а массовое производство, и делать их слишком прочными нет нужды ни одному производителю. На любой товар всегда рассчитывается максимально пограничная нагрузка, которая зачастую не учитывает достаточно много факторов и форс-мажоров. А этот самый случай, когда вы в спокойном состоянии и почти без дополнительно веса в руках осторожно спускаетесь или поднимаетесь. Поскользнетесь, упадете или достаточно полный родственник решит поднять на чердак тяжелую коробку – ждите неприятностей.

А еще такие лестницы нередко делают довольно крутыми, и спускаться по ним неудобно с чем-то в руках – одной вам нужно придерживаться. И спускаться только лишь спиной вперед. Поэтому вполне естественно, что многие домашние умельцы, которые сами построили свой дом или баню, не видят никакого смысла покупать хрупкие и дорогие складные лестницы на чердак. Зачем, если их можно сделать своими руками, причем отличного качества и куда большей надежности?

Причем в этом случае у вас куда больше выбор как в плане материала для изготовления лестницы, так и самих крепежных элементов. Главное – это правильно рассчитать размеры будущей конструкции, чтобы потом она легко и компактно складывалась над люком, ничто не задевало проем и не создавало проблемы.

Читайте также:  Генератор двойного резонанса

Еще одна частая причина того, что многие берутся сооружать такие лестницы самостоятельно, заключается в том, что у большинства промышленных вариантов обычно очень тонкие и хрупкие ступеньки – буквально скрипят под ногами.

Итак, для того, чтобы сделать такую лестницу для кровли своими руками, вам понадобятся деревянные обрезки. Определитесь сначала с размерами будущего проема чердака, а вторым шагом изготовьте крышку и раму люка. К нему потом вы будете крепить лесенку. С каждой стороны при этом желательно оставить зазоры по 7-8 миллиметров. Технические параметры вот какие:

Виды складных чердачных лестниц

Итак, а теперь разберемся, каких видов бывают чердачные складные лестницы.

Конструкция #1 — раздвижные лестницы

Раздвижные лестницы состоят обычно из двух секций, одна из которых крепится прямо к крышке люка, а вторая раздвигается уже вертикально при помощи специальных направляющих. Когда вы складываете такую лестницу, одна секция при этом как бы наползает на другую, что достаточно удобно. Единственный минус – это громоздкость всей конструкции, которая требует широкого проема в чердачном перекрытии.

Конструкция #2 — раскладные с пружинным механизмом

Наиболее популярны сегодня – раскладные лестницы, иначе называемые секционные. Состоят такие из трех-четырех секций, которые легко выпрямляются в лестничный марш. Соединены они между собой специальным пружинным механизмом.

Раскладные конструкции считаются самыми сложными по своему устройству, так как у них много крепежных элементов и их правильно нужно присоединять к отверстию люка. Такие лестницы изготавливаются как из дерева, так и из металла.

Конструкция #3 — телескопические лестницы

Следующий вид – это телескопическая конструкция. Она замечательно себя показывает в тех случаях, когда чердак посещается довольно часто. Например, когда его специально утеплили, чтобы сделать жилым, хотя до полноценной мансарды еще не дошло. Т.е., мы говорим о техническом чердаке, как гардеробная или мастерская, а в этом случае жилой мансарды лучше поставить винтовую лестницу из дерева или металла и обязательно с перилами.

В телескопической конструкции блоки выдвигаются поочередно, при этом занимая как можно меньше пространства. И хороши такие лестницы особенно тем, что их можно выдвинуть практически на любую длину, что особо ценно для высоких потолков. Но подобные приспособления не пригодны для детей и старшего поколения в доме, которым достаточно трудно дотянуться до нижней секции и вообще справиться со всей конструкции.

Конструкция #4 — упрощенные складные лестницы

Эти виды складных лестниц не прячутся за люком на чердаке, но их легко убирают в угол или за интерьерную декорацию. Например, вот такой более редкий вид, который обычно изготавливается самостоятельно, тоже имеет право на жизнь:

А такие варианты складных лестниц довольно популярны за рубежом:

Но оба этих варианта обладают немалыми минусами, одни из которых способны привносить дискомфорт в интерьер жилого помещения, откуда идет выход на чердак, и через месяц-другой такие конструкции уже надоедают хозяевам своей бестолковостью до оскомины. А поэтому мы все-таки предлагаем вам разобраться подробнее с более практичными складными лестницами, которые легко складываются и прячутся за крышкой люкой.

Как определить параметры будущей лестницы?

Итак, дадим вам несколько советов по выбору чердачной лестницы.

  • Совет №1. Когда вы выбираете параметры для будущей лестницы, учитывайте механизм люка: при его открытии и закрытии он может слегка выдвигаться вперед и назад.
  • Совет №2. Если потолок в комнате достаточно высокий, и превышает 3,5 метра, лучше ставить маршевую или приставную конструкцию, либо винтовую лестницу, которые будут более безопасными в данном случае.
  • Совет №3. Учтите при изготовлении люка, что чем проем больше, тем больше тепла будет уходить на чердак.
  • Совет №4. Еще один момент, на который вам стоит обратить внимание – это то, как будет открываться люк. Например, в готовых рыночных вариантах чаще всего он открываются медленно, благодаря специальным пружинам, и уж точно никому не сваливается на голову. Обязательно проработайте этот момент, тем более что специальные детали сегодня приобрести не сложно.
  • Совет №5. Крутизна лестницы всегда определяется ей только ее углом. Чем больше выступ ступени, тем больше количество этих ступенек и тем меньше их высота. Но это вовсе не значит, что по такой лестнице вам удобно будет подниматься и спускаться. Поэтому самый удобной назовем высоту ступенек в 20 сантиметров, которая больше всего подходит под стандартную человеческую стопу.

Вот очень полезное видео, которое поможет вам избежать многих ошибок при монтаже такой лестницы:

Какие нужны крепежные элементы и материалы?

Что касается основного материала, самой доступной окажется деревянная лестница, но здесь важно особое внимание уделить прочности крепежа. Для изготовления такой лестницы вам нужны будут два длинных и два коротких бруска, а также кусок фанеры толщиной в 10 миллиметров.

Давайте рассмотрим этот момент подробнее. Все конструкции, которые помогают открывать лестницу с люком низ, отличаются только наличием дополнительных механизмов и амортизации. Амортизация, в свою очередь, облегчает закрывание и открывание лестницы. И все необходимые шарнирные элементы вы можете купить в любом магазине. Но вполне подойдут для устройства такой лестницы простые металлические полосы, просверленные в нескольких местах, а дороже всего вам обойдется для обустройства лестницы алюминиевая раздвижная система.

Нехитрое и практичное крепление:

Более сложная система:

А вот какие требования предъявляются к крепежу всей лестницы. Первое – это способность выдержать вес всей конструкции, а также вес человека, который будет по ней подниматься и спускаться. И не только статические нагрузки стоящего на ней человека с его определенным весом, но и динамические, которые бывают на много больше статических. Например, человек оступился и резко встал на ступеньку пониже, или пошатнулся и налег на лестницу всем своим весом, но резко и внезапно.

И, наконец, отметим возможность легко управлять конструкцией. Как вы понимаете, такая лестница весит прилично и важно, чтобы вы потом посмотри легко ее открывать. И при закрытии, вам придется поднимать весь вес сразу, а потому предусмотрите специальные пружины, которые облегчат вам весь процесс со временем – вы будете благодарны такому такой хитрости.

Инструкция по изготовлению складной лестницы

Итак, давайте разберемся шаг за шагом как изготовить складную лестницу для вашего чердака. Вам понадобятся такие инструменты: ножовка, лестница, шарниры, два бруса, болты, саморезы, шуруповерт и металлический крюк.

Сам процесс можно разделить на несколько шагов:

  • Шаг 1. Закрепите верхний брус к проему при помощи петель, а нижний при помощи саморезов. Сам крепеж должен оказаться с обратной стороны лестницы.
  • Шаг 2. А теперь все соединяем при помощи самых обычных болтов, диаметром 6 или 8 миллиметров. Меньший диаметр может не выдержать нагрузки, больший – просто не нужен. Помните, что саморезы здесь вообще нельзя использовать – они не выдержат нагрузку и на определенный день просто вырвут все крепление системы.
  • Шаг 3. Теперь делим лестницу на три части, отмеряем 2/3 и производим распил, как раз между ступеньками.
  • Шаг 4. Распиленные части снова соединяем, но уже петлями.
  • Шаг 5. Бруски большей длины прибейте с обратной стороны так, чтобы они получились наискосок, для прочности.
  • Шаг 6. Теперь сама лестница поставляется под люком и прижимается верхним бруском к стене. Закрепите этот брусок при помощи болтов.
  • Шаг 7. Теперь займитесь крючком. Важно, чтобы лестница легко складывалась и прижималась к стене. А крючок прикрутите к стене напротив петли и зацепите его на нее.

Посмотрите на фото, так будет более понятно:

Поверьте, на практике все окажется намного проще!

Чердачная лестница своими руками: стандартные размеры и процесс изготовления

В настоящее время каждый застройщик старается максимально использовать всю доступную площадь своего дома. Однако забраться на чердак без лестницы практически невозможно. Чердачная лестница своими руками – оптимальный вариант для безопасного подъема на чердак.

Лестница для чердака может располагаться как внутри помещения, так и снаружи. Конечно, когда лестница расположена внутри, ей намного удобнее пользоваться – не нужно выходить на мороз зимой или мокнуть под дождем осенью.

Гармонично вписывается в интерьер Фото: в доме значительно комфортнее

Различают несколько видов чердачных лестниц, а именно:

  • складные;
  • стационарные;
  • переносные.

Стационарная

Стационарные лестницы с перилами и широкими маршами являются самыми удобными, однако их применение ограничивается из-за невозможности эксплуатации на малых площадях.

Переносной вариант

Переносные лестницы используются в основном как временный вариант и служат для доступа в помещения, которые эксплуатируются редко. Основной минус такой лестницы – низкая безопасность.

Складная модель

Складные чердачные лестницы являются средним звеном между стационарными и переносными. По удобству они почти не уступают стационарным, но занимают значительно меньше места. По безопасности они значительно превосходят переносные конструкции.

Выбор в пользу того или иного вида зависит от нескольких факторов:

  • площади помещения, где будет расположена лестница;
  • назначения чердачного помещения;
  • возможного угла наклона.

Выбор за вами

Стандартные размеры

Существует целый ряд нормативов, которым должна соответствовать чердачная лестница:

  • оптимальная ширина марша должна быть порядка 65-110 см;
  • высота не должна превышать 3,5 м. Связано это не только с тем, что жесткость конструкции значительно уменьшается, но и с тем, что падение с такой высоты может повлечь за собой серьезные травмы;
  • число ступенек обычно не должно превышать 15;
  • между ступенями принято делать расстояние порядка 19 см;
  • толщина ступеней обычно составляет 18-22 мм;
  • стандартный угол наклона составляет 60-75 градусов. Маленький угол требует много пространства, а большой — опасен при эксплуатации;
  • складная лестница должна выдерживать 150 кг нагрузки;
  • ступени следует устанавливать параллельно полу и они должны быть не скользкими.

Процесс изготовления

Изготовить чердачные лестницы своими руками совсем не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Конечно такой красоты, какой обладают промышленные модели вы не добьетесь, однако попробовать стоит. Чертежи чердачных лестниц своими руками которые можно сделать, можно просто найти на нашем сайте.

Один из чертежей

Далее в данной статье будет рассмотрен вопрос, как сделать лестницу на чердак своими руками.

Люк – основа любой чердачной лестницы

Сделать люк можно своими руками, применяя следующие материалы:

  • бруски 50×50 мм;
  • фанера.

Простой люк

Порядок работ следующий:

  • определяемся с местом и размерами будущего люка;

Обратите внимание!
К габаритным размерам люка следует добавить по 7-8 мм, чтобы крышка закрывалась легко и без скрипа.

  • разрезаем брус на 4 части необходимых размеров;
  • выпиливаем на концах брусьев пазы;
  • смазываем пазы клеем и соединяем брусья, усиливаем место соединения саморезами;

Прямой угол обязателен

  • чтобы диагональ не ушла, прикручиваем косынки;
  • закрепляем фанеру;
  • примеряем люк в проем;
  • чтобы хорошо закрыть люк, врежем в крышку защелку;
  • для открытия люка будем использовать ручку, которая вставляется в отверстие и нажимает на защелку.

Люк должен открываться легко

Необходимые инструменты и материалы

Для самостоятельного изготовления лестницы на чердак своими руками обязательно наличие всего списка:

  • ножовка по дереву;
  • пистолет с монтажной пеной;
  • набор отверток или шуруповерт с комплектом бит;

Почти полный комплект

  • разнообразные саморезы, анкера;
  • рулетка;
  • карточные петли;
  • бруски толщиной 20-30 мм.

Инструменты для разметки

Это только основные инструменты, которые понадобятся для самостоятельного изготовления, если уже есть готовая приставная деревянная лестница длиной на 30 см больше, чем необходимо до уровня проема.

Простая конструкция

В качестве примера рассмотрим как сделать чердачную лестницу своими руками.

Инструкция позволит понять принцип работ:

  • на готовую цельную лестницу из дерева закрепляем 2 бруска по ширине, на нижнюю и верхнюю части. Причем верхний брусок крепим на петли, а нижний крепим жестко;
  • распиливаем лестницу на 2 части. отмерив 2/3 длины. Верхняя часть будет более длинная, нижняя короткая;
  • для придания жесткости по диагонали закрепляем 2 рейки;
  • соединяем обе части лестницы петлями;
  • с помощью анкеров закрепляем верхний брусок под люком;

Схема всей конструкции

  • чтобы нижняя часть не раскрывалась, ее закрепляют крючком. Петля располагается на косоуре над местом распила.
  • готовая лестница для чердака прижимается к поверхности стены и фиксируется.

Готовая конструкция

Основным недостатком, которым обладает данная конструкция чердачной лестницы, является ее внешний вид и то, что видно все крепежи и бруски. Однако, даже такая лестница на чердак своими руками созданная значительно упростит трудности с подъемом и спуском с чердачного помещения.

Складная конструкция на тетивах

Для изготовления конструкции следует выполнить несколько этапов:

  • поделим полную высоту на 3 части. Первая часть будет соответствовать размерам люка, вторая немного меньше, а третья будет покрывать оставшееся расстояние до пола;

Примерные габариты

  • отмеряем угол люка с помощью малки;
  • переносим угол на доски, тем самым отмечаем ступени;
  • на месте будущего шарнира между секциями высверливаем отверстия;
  • шлифуем все грани;
  • распиливаем доски в тех местах, где будут ставиться шарниры;
  • нарезаем и шлифуем ступени;
  • под ступени делаем небольшие выемки в тетивах;
  • вставляем ступени в выемки, сажая их на клей и скрепляя саморезами;
  • соединяем секции специальными петлями. Для этого обязательно разместить секции на ровной поверхности;

Хорошо видны петли

  • проверяем работоспособность каждой секции;
  • собираем всю конструкцию и монтируем в проем;

Проверяем работу

  • в случае необходимости проводим финишную подгонку элементов;
  • разбираем всю систему на детали;
  • тщательно шлифуем и обрабатываем лаком все поверхности;
  • после высыхания лака собираем всю конструкцию и пользуемся.

Вполне приличный вариант

Обратите внимание!
Выполнять работу на высоте рекомендуется с напарником.
Это не только поможет избежать травм, но и значительно ускорит весь процесс!

Цена лестницы, изготовленной своими руками значительно ниже цены заводской конструкции, поэтому если финансовый вопрос стоит остро – обязательно попробуйте сделать все сами.

Сделано своими силами

Вывод

Приобретение готовой лестницы на чердак является самым простым вариантом, однако при наличии необходимых инструментов и начальных навыков совсем не трудно сделать ее самому. В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Добавить комментарий