Какая сталь прочнее: холоднокатаная, горячекатаная или нержавеющая?

9

Мне нужен стальной плоский пруток 1/4 "x 1 1/2" x 80 ". Я опущу детали того, для чего он мне нужен, потому что этот вопрос в основном спрашивает, какой состав дает более прочную сталь.

На сайте www.discountsteel.com представлен широкий ассортимент стальных стержней, но я не уверен, как читать оценки прочности на разрыв и твердости. Вот все продукты:

Нержавеющая сталь
холоднокатаная сталь
горячекатаная сталь

Если щелкнуть вкладку «Спецификации материала ASTM» в нижней части страниц и перейти к нижней части, вы увидите механические данные, по которым у меня возникнут следующие вопросы:

Прежде всего, что такое « минимальная прочность на растяжение»? Нержавеющая сталь 304 имеет минимум 75, но горячекатаный и холоднокатаный имеют диапазоны 58-80 и 55-70 соответственно. Почему у нержавеющей стали один номер, а у других - диапазоны? Почему это говорит минимум ? Означает ли большее число более прочную сталь?

Каков минимальный предел текучести?

Во-вторых, шкала твердости, которая использует шкалу Роквелла, которую я немного изучил. Рейтинг нержавеющей стали для 304 - 88, а для горячекатаного - B76. Для холоднокатаного проката его, кажется, разбивают на две части: горячекатаный - это B67-B80, а холоднокатаный - это B80-B90. Это смущает меня еще больше, потому что похоже, что сталь холоднокатаная горячекатаная? Почему рейтинг нержавеющей стали всего 88, в то время как остальные выглядят как диапазон и используют шкалу B? Нержавеющая сталь просто по умолчанию соответствует шкале, поскольку она просто представлена ​​необработанным числом?

oscilatingcretin
источник
Эти диапазоны существуют из-за процесса прокатки. Различные размеры проходят различные циклы деформационного упрочнения. Я мог бы помочь, если бы вы дали некоторые подробности относительно использования и загрузки. Выбор акций зависит от конкретного приложения.
Крис Кадмор
Я использую его, чтобы укрепить край двери, которую я построил, используя два слоя 3/4-
дюймового
Тогда я не думаю, что это действительно имеет значение для ваших целей - даже если безопасность является проблемой, поскольку сама дверь будет слабым местом. Нержавеющая сталь может стоить дополнительных затрат ради внешнего вида, но с любой сталью вы будете в пределах проектных параметров.
Крис Кадмор
Это на самом деле удалить лук / коробить. Недавно я попытался нанести горячекатаный стальной пруток 1/8 "x 1 1/2" x 6 'к краю, и нос в двери фактически немного сгибает сталь. Вот почему я собираюсь на 1/4 "толщину на этот раз.
oscilatingcretin
1
Да, точно! Важным свойством секции для сравнения относительной жесткости, поскольку большинство сталей одинаково жесткие, является момент инерции (I). 1/4 х 1-1 / 2 бар запаса I = 0,0703. Канал 1-1 / 2x1 / 2x1 / 8 I = 0,0796, только на 13% жестче, но при весе 5/6. Жесткость данной площади поперечного сечения увеличивается пропорционально квадрату расстояния от центральной линии, поэтому большой выигрыш в жесткости достигается за счет перемещения большей площади от центральной линии. Разница небольшая с небольшими участками, огромная для больших.
bcworkz

Ответы:

14

ОК, несколько определений:

Предел текучести - это величина усилия, необходимая для того, чтобы вызвать деформацию стали, что означает постоянную деформацию (т.е. постоянное растяжение).

Прочность на растяжение («предел прочности») - это величина силы, необходимая для того, чтобы сталь фактически сломалась. Это будет равно или больше, чем предел текучести.

Минимум просто означает, что сталь будет по крайней мере настолько прочной.

Твердость - это показатель стойкости стали к царапинам и вмятинам. Для структурного использования это, вероятно, не важно, но будет важно, если вы ищете долговечную отделку, например, столешницу верстака или опору инструмента.

Жесткость (вы не спрашивали об этом, но это другой взгляд на прочность материала) - это показатель того, насколько сильно что-то отклоняется, когда вы прикладываете к нему силу. Стальные сплавы, как правило, очень похожи в этом отношении.

Как видите, у «сильнейшего» нет конкретного определения, оно зависит от того, что вы ищете.

Вот аналогия для разницы между пределом текучести и пределом прочности: представьте, что у вас есть пружина. Вы немного потянете его, и когда отпустите, он вернется к своей первоначальной форме. Это «упругая деформация», и никаких повреждений не было. Теперь вы сильно напрягаете пружину, и она больше не возвращается к своей первоначальной форме. Материал уступил и у вас "пластическая деформация". Это может или не может рассматриваться как «сбой», в зависимости от приложения. Теперь потяните очень сильно и весенние каникулы. Это высшая сила. Очевидно, что весна провалилась сейчас.

Что касается диапазонов: «сталь» - это неспецифическое название для нескольких сплавов, и оно может быть сделано в нескольких классах, отсюда и диапазоны, которые вы нашли. Материал обычно обозначается номером сплава. «Холоднокатаная» и «горячекатаная» - это методы формирования стали, которые ничего не говорят о прочности.

Я должен также указать, что все эти свойства, которые я упомянул, относятся к самому стальному материалу. Если вы хотите знать поведение фактического куска стали, вам нужно знать как его материал, так и его форму.

моток
источник
Ах, единственная характеристика, на которую я надеялся увидеть рейтинг - это упругая деформация. Я хотел бы знать силу, необходимую даже для того, чтобы заставить металл изгибаться вообще. Казалось бы, доходность ближе всего к этому, верно? Итак, чем выше число, тем лучше? Кроме того, как насчет индикатора шкалы B и почему он не был указан для нержавеющей стали? Отличный ответ, кстати.
oscilatingcretin
2
Ну, во-первых, любая сила вызовет отклонение. Если вы остаетесь в области упругой деформации стали, ответ будет линейным: двойное усилие даст вам двойное отклонение. Во-вторых, вы говорите именно о «жесткости» - сколько отклонения вы получаете за данную силу. Что касается рейтингов Роквелла: согласно википедии есть несколько различных категорий тестирования, которые, как я предполагаю, означает «B».
Хэнк,
Что касается «лучше», это действительно зависит от того, что вы ищете, но да, более высокие цифры, как правило, будет более долговечным. Есть и другие соображения: стоимость, простота работы, доступность. В некоторых случаях вам может понадобиться более мягкий металл, например, автомобильная подвеска.
Хэнк,
1
Вся сталь имеет модуль Юнга 200 ГПа. Это твоя упругая деформация. Это настолько стандартное значение, что производители не публикуют его. Любой, кто работает со сталью, знает это.
Крис Кадмор
Я думаю, что B относится к числам твердости по Бринеллю. Это шкала, основанная на произвольном (но стандартизированном) тесте.
Крис Кадмор
11

Вся сталь имеет модуль Юнга 200 ГПа (29 000 тыс.фунтов / кв.дюйм) (это наклон прямой части графика). Предельная сила составляет от 300 до 400 МПа (взгляд графика), а выход обычно составляет около 200 МПа (где прямая становится изогнутой).

В тестовой машине вы можете растянуть и сжать стальной стержень вверх и вниз по этой прямой части графика навсегда (ну, усталость наступит). Но как только вы попадете в изогнутую часть, разгрузка пойдет по другому пути (см. Пунктирную линию).

Для структурных целей предел текучести является ограничивающим фактором. Другими словами, вы хотите, чтобы ваш дизайн был полностью ограничен эластичной (прямой) областью диаграммы Напряжение / Напряжение. Если вы идете в пластиковую область, вы постоянно деформируете материал. (Хотя авиаконструкторы хорошо разбираются в пластиковом регионе по соображениям веса). введите описание изображения здесь

Единственная причина, по которой стоит купить нержавеющую сталь, заключается в том, что вам нужно свойство нержавеющей стали (т.е. отделочные работы). Это слишком дорого. Для большинства целей достаточно нормальных мер защиты от ржавчины (таких как надлежащее покрытие и обслуживание краски или даже хромирование готовых поверхностей). Нержавеющая сталь имеет более низкий модуль Юнга и будет деформироваться больше при низких нагрузках. Тем не менее, эта «растягиваемость» делает его намного жестче (но не сильнее!). Подумайте о том, чтобы привязать сухую веточку к зеленой.

Твердость не имеет значения для структурных целей. Это становится фактором в производстве инструмента и конструкции станка, но не для простых нагрузок.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Жесткость / Эластичность.

Сначала нам нужно определить деформацию как (длина деформации) / (исходная длина). Это безразмерная величина, но вы можете использовать мм / мм или в / в, если хотите так думать. Вы также можете думать об этом как% stretch / 100 (то есть измеряется как PerUnit, а не PerCent - основание 1, а не 100)

Теперь мы определяем напряжение как приложенную силу по площади поперечного сечения. Думаю об этом. Чем больше сила, тем больше растяжка. Чем толще планка, тем больше сопротивление растяжению. Таким образом, стресс является комбинацией этих двух факторов.

Уравнением деформации является Напряжение = E * Напряжение, где E - Модуль Юнга, или Модуль упругости. Он имеет единицы давления - обычно выражается в ГПа (кн / мм ^ 2) или в кпи (фунт-фунт-сила на квадратный дюйм).

Таким образом, длина провода 1 мм ^ 2 удвоится, если он нагружен силой 200 кН - на самом деле он будет значительно раньше.

Изгиб:

Это сложно, и нам нужно выяснить второй момент площади поперечного сечения. Для прямоугольника это I = bh ^ 3/12, где b - горизонтальное измерение, а h - вертикальное измерение. Это предполагает, что нагрузка вниз. Если вы загружаете горизонтально, определите вертикальное и горизонтальное с точки зрения направления силы.

Теперь нам нужно построить функцию загрузки. Это математическая функция, которая определяет силу в каждой точке балки.

Интегрируйте эту функцию. Результатом является функция сдвига.

Интегрируйте это снова. Результатом является функция изгибающего момента.

Умножьте его на 1 / EI (модуль Юнга * Момент инерции). Этот коэффициент учитывает свойство материала и свойство геометрической формы.

Интегрируйте это снова. Результатом является функция угла отклонения (в радианах)

Интегрируйте это снова. Результатом является абсолютная функция отклонения. Теперь вы можете подключить x (расстояние от источника) и получить отклонение в любых единицах измерения, с которыми вы работали.

Крис Кадмор
источник