Która stal jest mocniejsza: walcowana na zimno, walcowana na gorąco lub nierdzewna?

Potrzebuję płaskiego pręta stalowego 1/4 "x 1 1/2" x 80 ". Pominąłem szczegóły tego, czego potrzebuję, ponieważ to pytanie w zasadzie pyta, która kompozycja daje mocniejszą stal.

www.discountsteel.com ma szeroki wybór prętów stalowych, ale nie jestem pewien, jak odczytać oceny dotyczące wytrzymałości na rozciąganie i twardości. Oto wszystkie produkty:

Stal nierdzewna Stal
walcowana na zimno Stal
walcowana na gorąco

Jeśli klikniesz kartę Specyfikacje materiałów ASTM u dołu stron i przewiniesz do dołu, zobaczysz dane mechaniczne, na które mam następujące pytania:

Po pierwsze, czym jest „ minimalna wytrzymałość na rozciąganie”? Stal nierdzewna 304 ma minimum 75, ale wydaje się, że walcowane na gorąco i walcowane na zimno mają odpowiednio zakresy 58-80 i 55-70. Dlaczego nierdzewna ma jeden numer, a pozostałe mają zakresy? Dlaczego mówi minimum ? Czy wyższa liczba oznacza mocniejszą stal?

Jaka jest minimalna granica plastyczności?

Druga to skala twardości, która wykorzystuje skalę Rockwella, którą trochę zaglądałem. Ocena nierdzewności dla 304 wynosi 88, ale ocena dla walcowania na gorąco wynosi B76. W przypadku walcowania na zimno wydaje się, że jest on podzielony na dwie części: walcowanie na gorąco to B67-B80, a ciągnienie na zimno to B80-B90. To mnie jeszcze bardziej dezorientuje, ponieważ wygląda na to, że stal jest walcowana na zimno walcowana na gorąco? Dlaczego ocena nierdzewności wynosi tylko 88, podczas gdy inne wydają się być zakresem i używają skali B? Czy stal nierdzewna jest po prostu domyślna dla skali, ponieważ jest po prostu reprezentowana przez liczbę surową?

OK, kilka definicji:

Granica plastyczności to siła potrzebna do spowodowania plastyczności stali, co oznacza trwałe odkształcenie (tj. Trwałe rozciągnięcie).

Wytrzymałość na rozciąganie (inaczej „wytrzymałość ostateczna”) to ilość siły potrzebnej do spowodowania pęknięcia stali. Będzie to równa lub większa niż granica plastyczności.

Minimum oznacza po prostu, że stal będzie co najmniej tak mocna.

Twardość jest miarą odporności stali na zarysowania i wgniecenia. W przypadku zastosowań konstrukcyjnych prawdopodobnie nie jest to ważne, ale byłoby ważne, jeśli szukasz trwałego wykończenia, np. Blatu stołu warsztatowego lub punktu nośnego narzędzia.

Sztywność (nie pytałeś o to, ale jest to inny sposób patrzenia na siłę materiału) jest miarą tego, jak bardzo coś ugina się, gdy na niego przyłożysz siłę. Stopy stali są pod tym względem bardzo podobne.

Jak widać, „najsilniejszy” nie ma konkretnej definicji, zależy od tego, czego szukasz.

Oto analogia do różnicy między granicą plastyczności a wytrzymałością na rozciąganie: Wyobraź sobie, że masz sprężynę. Trochę go pociągasz, a kiedy go puścisz, powraca do swojego pierwotnego kształtu. Jest to „odkształcenie sprężyste” i nie doszło do uszkodzenia. Teraz mocno naciągasz sprężynę i nie powraca ona już do swojego pierwotnego kształtu. Materiał ustąpił i masz „odkształcenie plastyczne”. W zależności od zastosowania może to, ale nie musi być uznane za „awarię”. Teraz pociągnij naprawdę mocno, a wiosna się przerwie. To najwyższa siła. Najwyraźniej teraz wiosna zawiodła.

Jeśli chodzi o zakresy: „stal” to niespecyficzna nazwa dla kilku stopów i może być wykonana w kilku gatunkach, stąd znalezione zakresy. Materiał jest zwykle oznaczony numerem stopu. „Walcowane na zimno” i „walcowane na gorąco” są metodami kształtowania stali i tak naprawdę nie mówią nic o wytrzymałości.

Powinienem również zauważyć, że wszystkie te właściwości, o których wspomniałem, dotyczą samego materiału stalowego. Jeśli chcesz poznać zachowanie rzeczywistego kawałka stali, musisz znać zarówno jego materiał, jak i jego kształt.

Cała stal ma moduł Younga 200 GPa (29 000 ksi) (jest to nachylenie prostej części wykresu). Ostateczna siła wynosi od 300 do 400 MPa (rzut oka na wykresie), a Wydajność wynosi zwykle około 200 MPa (gdzie prosta staje się zakrzywiona).

Na maszynie testowej możesz na zawsze rozciągać i zmniejszać pręt stalowy w górę iw dół tej prostej części wykresu (no cóż, zacznie się zmęczenie). Ale kiedy wejdziesz do zakrzywionej części, rozładunek będzie podążał inną ścieżką (patrz linia przerywana).

Dla celów konstrukcyjnych granica plastyczności jest czynnikiem ograniczającym. Innymi słowy, chcesz, aby twój projekt był całkowicie ograniczony do elastycznego (prostego) obszaru wykresu naprężenie / odkształcenie. Jeśli wejdziesz w obszar z tworzywa sztucznego, trwale deformujesz materiał. (Chociaż projektanci samolotów dobrze podchodzą do plastiku z powodu swojej wagi).

Jedynym powodem do zakupu stali nierdzewnej jest to, że potrzebujesz właściwości ze stali nierdzewnej (tj. Prac wykończeniowych). To zdecydowanie za drogie. Do większości celów wystarczają normalne środki ochrony antykorozyjnej (takie jak właściwe pokrycie i konserwacja farbą, a nawet chromowanie gotowych powierzchni). Stal nierdzewna ma niższy moduł Younga i deformuje się bardziej przy niskich obciążeniach. Jednak ta „rozciągliwość” czyni ją znacznie trudniejszą (ale nie silniejszą!). Pomyśl o zdjęciu suchej gałązki z zieloną.

Twardość nie ma znaczenia dla celów strukturalnych. Staje się ważnym czynnikiem przy wytwarzaniu narzędzi i projektowaniu maszyn, ale nie w przypadku prostych zastosowań związanych z przenoszeniem obciążeń.

EDYTOWAĆ:

Sztywność / elastyczność.

Najpierw musimy zdefiniować odkształcenie jako (Długość deformacji) / (długość oryginalna). Jest to wielkość bezwymiarowa, ale możesz użyć mm / mm lub in / in, jeśli chcesz o tym myśleć. Możesz również pomyśleć o tym jako% stretch / 100 (to znaczy mierzone raczej jako PerUnit niż PerCent - podstawa 1 zamiast 100)

Teraz definiujemy naprężenie jako siłę przyłożoną na pole przekroju. Pomyśl o tym. Im większa siła, tym większa rozciągliwość. Im grubszy pasek, tym większa odporność na rozciąganie. Stres jest więc kombinacją tych dwóch czynników.

Równanie deformacji to Naprężenie = E * Naprężenie, gdzie E jest modułem Younga lub modułem sprężystości. Ma jednostki ciśnienia - Zwykle wyrażane w GPa (Kn / mm ^ 2) lub Kpi (siła kilopounds na cal kwadratowy).

Tak więc drut 1 mm ^ 2 podwoi swoją długość, jeśli zostanie obciążony siłą 200 Kn - w rzeczywistości pęknie znacznie wcześniej.

Pochylenie się:

Jest to złożone i musimy ustalić drugi moment pola przekroju. Dla prostokąta jest to I = bh ^ 3/12, gdzie b jest wymiarem poziomym, a h jest wymiarem pionowym. Zakłada się, że ładunek jest skierowany w dół. Jeśli ładujesz poziomo, zdefiniuj pionowy i poziomy w kategoriach kierunku siły.

Teraz musimy zbudować funkcję ładowania. Jest to funkcja matematyczna, która określa siłę w każdym punkcie wiązki.

Zintegruj tę funkcję. Wynikiem jest funkcja ścinania.

Zintegruj to ponownie. Wynikiem jest funkcja momentu zginającego.

Pomnóż go przez 1 / EI (moduł Younga * Moment bezwładności) Ten czynnik uwzględnia właściwość materiału i właściwość geometryczną.

Zintegruj to ponownie. Wynikiem jest funkcja kąta odchylenia (w radianach)

Zintegruj to ponownie. Wynikiem jest funkcja bezwzględnego ugięcia. Teraz możesz podłączyć x (odległość od początku) i otrzymać ugięcie we wszystkich jednostkach, z którymi pracowałeś.