เหล็กชนิดใดที่แข็งแกร่งกว่า: เหล็กแผ่นรีดเย็นเหล็กแผ่นรีดร้อนหรือสแตนเลส

ฉันต้องการเหล็กแท่งแบนขนาด 1/4 "x 1 1/2" x 80 "ฉันจะละเว้นรายละเอียดของสิ่งที่ฉันต้องการเพราะคำถามนี้ถามโดยทั่วไปว่าองค์ประกอบใดที่ทำให้เหล็กแข็งแกร่งขึ้น

www.discountsteel.com มีแถบเหล็กหลากหลาย แต่ฉันไม่แน่ใจว่าจะอ่านเรตติ้งที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานแรงดึงและความแข็ง นี่คือผลิตภัณฑ์ทั้งหมด:

เหล็ก
แผ่นรีดเย็นสแตนเลสเหล็กแผ่นรีด
ร้อน

หากคุณคลิกแท็บข้อมูลจำเพาะวัสดุ ASTM ที่ด้านล่างของหน้าและเลื่อนไปที่ด้านล่างคุณจะเห็นข้อมูลทางกลที่ฉันมีคำถามต่อไปนี้:

ก่อนอื่น " ความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ " คืออะไร สแตนเลส 304 มีอย่างน้อย 75 แต่เหล็กแผ่นรีดร้อนและเหล็กแผ่นรีดเย็นมีช่วง 58-80 และ 55-70 ตามลำดับ ทำไมสเตนเลสถึงมีหมายเลขเดียวและอื่น ๆ มีช่วง? ทำไมมันถึงบอกว่าน้อยที่สุด ? ตัวเลขที่สูงขึ้นหมายถึงเหล็กที่แข็งแกร่งขึ้นหรือไม่

ความแข็งแรงของผลผลิตขั้นต่ำคืออะไร?

อย่างที่สองคือระดับความแข็งซึ่งใช้สเกลร็อคเวลล์ซึ่งฉันได้ดูไปเล็กน้อย คะแนนสแตนเลสสำหรับ 304 คือ 88 แต่คะแนนสำหรับเหล็กแผ่นรีดร้อนอยู่ที่ 76 บาท สำหรับรีดเย็นดูเหมือนว่าจะถูกแบ่งออกเป็นสอง: รีดร้อนคือ B67-B80 และดึงเย็นคือ B80-B90 สิ่งนี้ทำให้ฉันสับสนมากขึ้นเพราะดูเหมือนว่าเหล็กแผ่นรีดเย็นจะถูกรีดหรือไม่ ทำไมคะแนนสเตนเลสถึง 88 ในขณะที่รุ่นอื่น ๆ อยู่ในช่วงและใช้งานสเกล B สเตนเลสเป็นเพียงค่าเริ่มต้นเป็นสเกลเนื่องจากมีเพียงจำนวนดิบหรือไม่

ตกลงคำจำกัดความไม่กี่:

ความแข็งแรงของผลผลิตคือปริมาณของแรงที่ใช้ในการทำให้เหล็กให้ผลผลิตซึ่งหมายถึงการเสียรูปถาวร (เช่นยืดอย่างถาวร)

ความต้านทานแรงดึง (aka "ultimate strength")คือปริมาณของแรงที่ใช้ในการทำให้เหล็กแตกจริง สิ่งนี้จะเท่ากับหรือมากกว่าความแข็งแรงของผลผลิต

ขั้นต่ำก็หมายความว่าเหล็กจะมีความแข็งแรงอย่างน้อย

ความแข็งเป็นตัววัดว่าเหล็กกล้าทนต่อการขูดขีดและการบุ๋มได้อย่างไร สำหรับการใช้งานโครงสร้างนั้นอาจไม่สำคัญ แต่จะสำคัญหากคุณกำลังมองหาพื้นผิวที่คงทนเช่นด้านบนของโต๊ะทำงานหรือจุดแบริ่งเครื่องมือ

ความแข็ง (คุณไม่ได้ถามเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่มันเป็นอีกวิธีหนึ่งในการดูความแข็งแกร่งของวัสดุ) คือการวัดว่ามีอะไรเบี่ยงเบนไปมากแค่ไหนเมื่อคุณบังคับมัน โลหะผสมเหล็กมีแนวโน้มที่จะคล้ายกันในเรื่องนี้

อย่างที่คุณเห็น "แข็งแกร่ง" ไม่มีคำจำกัดความเฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณกำลังมองหา

นี่คือการเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างผลผลิตและความต้านทานแรงดึง: ลองจินตนาการว่าคุณมีสปริง คุณดึงมันออกมาเล็กน้อยและเมื่อคุณปล่อยมันไปจะกลับคืนสู่รูปร่างดั้งเดิม นี่คือ "การเสียรูปแบบยืดหยุ่น" และไม่มีความเสียหายเกิดขึ้น ตอนนี้คุณดึงสปริงอย่างแรงและมันจะไม่กลับมาเป็นรูปร่างดั้งเดิมอีกต่อไป วัสดุได้ให้ผลและคุณมี "การเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก" สิ่งนี้อาจเป็นหรือไม่ถือเป็น "ความล้มเหลว" ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน ตอนนี้ดึงยากจริงๆและฤดูใบไม้ผลิแตก นั่นคือจุดแข็งที่สุด เห็นได้ชัดว่าฤดูใบไม้ผลิล้มเหลวในขณะนี้

สำหรับช่วง: "เหล็ก" เป็นชื่อที่ไม่เฉพาะเจาะจงสำหรับโลหะผสมหลายชนิดและสามารถผลิตได้ในหลายเกรดดังนั้นจึงเป็นช่วงที่คุณพบ วัสดุมักจะถูกกำหนดด้วยหมายเลขโลหะผสม "เหล็กแผ่นรีดเย็น" และ "เหล็กแผ่นรีดร้อน" เป็นวิธีการสร้างเหล็กและไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับความแข็งแรง

ฉันควรจะชี้ให้เห็นว่าคุณสมบัติเหล่านี้ทั้งหมดที่ฉันได้กล่าวไว้มีไว้สำหรับวัสดุเหล็กเอง หากคุณต้องการทราบพฤติกรรมของชิ้นส่วนเหล็กจริงคุณต้องทราบทั้งวัสดุและรูปร่างของมัน

เหล็กทั้งหมดมีโมดูลัสของ Young ที่ 200 GPa (29,000 ksi) (นี่คือความชันของส่วนตรงของกราฟ) Ultimate Strength วิ่งจาก 300 - 400 MPa (ดูกราฟ) และ Yield มักจะอยู่ที่ประมาณ 200 MPa (ตรงที่กลายเป็นโค้ง)

ในเครื่องทดสอบคุณสามารถยืดและย่อเหล็กเส้นขึ้นและลงที่ส่วนตรงของกราฟตลอดไป (ก็จะทำให้ความเหนื่อยล้าลดลง) แต่เมื่อคุณเข้าสู่ส่วนโค้งการขนถ่ายจะไปตามเส้นทางอื่น (ดูที่เส้นประ)

สำหรับวัตถุประสงค์โครงสร้างความแข็งแรงของผลผลิตเป็นปัจจัย จำกัด กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณต้องการให้การออกแบบของคุณถูก จำกัด ให้อยู่ในขอบเขตยืดหยุ่น (ตรง) ของแผนภูมิความเครียด / ความเครียด หากคุณเข้าสู่ภูมิภาคพลาสติกคุณจะเปลี่ยนรูปวัสดุอย่างถาวร (แม้ว่านักออกแบบอากาศยานจะเข้าไปในพื้นที่พลาสติกด้วยเหตุผลเรื่องน้ำหนัก)

เหตุผลเดียวในการซื้อสแตนเลสคือเพราะคุณต้องการคุณสมบัติสแตนเลส มันแพงเกินไป เพื่อวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่มาตรการป้องกันการเกิดสนิมตามปกตินั้นเพียงพอ (เช่นการทาสีและการบำรุงรักษาที่เหมาะสมหรือแม้แต่การชุบโครเมี่ยมสำหรับพื้นผิวสำเร็จรูป) สแตนเลสมีโมดูลัสของ Young ที่ต่ำกว่าและจะทำให้เสียโฉมมากขึ้นเมื่อรับน้ำหนักต่ำ อย่างไรก็ตาม "ความยืดหยุ่น" นี้ทำให้รุนแรงมากขึ้น (แต่ไม่แรงขึ้น!) คิดเกี่ยวกับหักกิ่งแห้งและสีเขียว

ความแข็งไม่เกี่ยวข้องกับวัตถุประสงค์ของโครงสร้าง มันกลายเป็นปัจจัยในการสร้างเครื่องมือและการออกแบบเครื่องจักร แต่ไม่ใช่สำหรับการใช้งานโหลดแบริ่งอย่างง่าย

แก้ไข:

ความแข็ง / ยืดหยุ่น

ก่อนอื่นเราต้องกำหนดสายพันธุ์เป็น (ความยาวของการเสียรูป) / (ความยาวดั้งเดิม) นี่เป็นปริมาณที่ไร้มิติ แต่คุณสามารถใช้ mm / mm หรือ in / in หากคุณต้องการคิดแบบนั้น คุณอาจคิดว่ามันเป็น% stretch / 100 (นั่นคือวัดเป็น PerUnit แทนที่จะเป็น PerCent - ฐาน 1 มากกว่า 100)

ตอนนี้เรากำหนดความเครียดเป็นแรงที่ใช้กับพื้นที่หน้าตัด ลองคิดดู แรงยิ่งยืดมากขึ้น แถบที่หนายิ่งความต้านทานยืดมากขึ้น ดังนั้นความเครียดเป็นการรวมกันของสองปัจจัยนี้

สมการการเสียรูปคือ Stress = E * Strain โดยที่ E คือโมดูลัสของ Young หรือโมดูลัสของความยืดหยุ่น มันมีหน่วยของแรงดัน - แสดงโดยทั่วไปใน GPa (Kn / mm ^ 2) หรือ Kpi (แรง Kilopounds ต่อตารางนิ้ว)

ดังนั้นสาย 1 มม. ^ 2 จะยาวเป็นสองเท่าหากโหลดด้วยแรง 200 Kn - จริง ๆ แล้วมันจะแตกได้ดีก่อนหน้านั้น

ดัด:

นี่ซับซ้อนและเราต้องหาโมเมนต์ที่สองของพื้นที่หน้าตัด สำหรับสี่เหลี่ยมผืนผ้านี่คือ I = bh ^ 3/12 โดยที่ b คือมิติแนวนอนและ h คือมิติแนวตั้ง นี่จะถือว่าโหลดลงด้านล่าง หากคุณกำลังโหลดในแนวนอนให้กำหนดแนวตั้งและแนวนอนในแง่ของทิศทางแรง

ตอนนี้เราต้องสร้างฟังก์ชั่นการโหลด นี่คือฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ที่กำหนดแรงทุกจุดบนคาน

รวมฟังก์ชั่นนั้น ผลลัพธ์คือฟังก์ชันเฉือน

รวมเข้าด้วยกันอีกครั้ง ผลที่ได้คือฟังก์ชั่นช่วงเวลาดัด

คูณด้วย 1 / EI (โมดูลัสของ Young * ช่วงเวลาแห่งความเฉื่อย) ปัจจัยนี้คำนึงถึงคุณสมบัติของวัสดุและคุณสมบัติทางเรขาคณิต

รวมเข้าด้วยกันอีกครั้ง ผลลัพธ์คือฟังก์ชัน Deflection Angle (เป็นเรเดียน)

รวมเข้าด้วยกันอีกครั้ง ผลลัพธ์คือฟังก์ชันการเบี่ยงเบนแบบสัมบูรณ์ ตอนนี้คุณสามารถเสียบ x (ระยะทางจากจุดกำเนิด) และรับการโก่งตัวในหน่วยใดก็ได้ที่คุณทำงานด้วย