Stålstyrke er en kompleks egenskap, som omfatter flere mekaniske egenskaper som sammen bestemmer materialets motstand mot ytre krefter og påkjenninger. For å forstå det krever det å evaluere en rekke faktorer, fra strekk/flyte/skjær/trykkstyrke til miljøforhold.
Hva er stålstyrke?
Stålstyrke er en generell setning som ikke kan kvantifiseres nøyaktig. Det er best definert som følger og inkluderer en rekke distinkte mekaniske egenskaper for stål:
Stålstyrkeer kulminasjonen av all mekanisk atferd som resulterer i en generell motstand mot påkjenninger, press og energier fra omgivelsene før brudd eller irreversibel deformasjon finner sted.
For mer informasjon om mekaniske egenskaper, besøk vår Introduksjon tilMekaniske egenskaper av metaller.
Typer mekanisk stålstyrke
I bunn og grunn kan styrken til stål deles inn i fire forskjellige metrikker, som hver er stålets bruddpunkt under den spesifikke kraften eller spenningen som påføres det. For å skape en kollektiv observasjon bør hver av de fire styrkeformene sees separat og i sammenheng med hverandre.
Strekkstyrke: Ståls evne til å motstå å bli trukket fra hverandre (også kjent som ultimate strekkstyrke).
Strekkspenning:Trekker materialer i motsatte retninger.
Strekkgrense:Punktet der metallets elastiske oppførsel gir plass til plastisk deformasjon.
Elastisitet:Et materiales evne til å sprette tilbake til sin opprinnelige form etter å ha opplevd en deformerende kraft.
Plastisk deformasjon:Punkt med permanent deformasjon (men ikke brudd).
Ren styrke:Ståls evne til å motstå brudd eller skjæring langs planene.
Skjærspenning:Kraft som kommer fra siden, midten eller motsatte retninger, som virker på bare en del av metallet, som kan kutte eller bryte det.
Trykkfasthet: Ståls evne til å motstå å bli klemt, komprimert eller redusert i størrelse (ikke like relevant ved vurdering av stålfester).
Komprimerende stress:Kraft som presser stål sammen for å forkorte det og spre det i sideretning.
Disse styrkene vil alle ha innvirkning på hverandre. Strekkfasthet påvirker flyte- og skjærstyrke, trykkfasthet påvirker flytestyrke og så videre. Det er viktig å unngå å vurdere dem i et vakuum. Siden de fleste andre beregninger er avledet fra strekkfasthet, er det til syvende og sist fordelaktig å starte der.
Andre mekaniske egenskaper som påvirker styrke
Et metall kan være sterkt uten å være veldig hardt hvis dets strekk-, flyte-, skjær- og trykkstyrker tas i betraktning. Det er her stålets styrke påvirkes av dets hardhet og duktilitet.
Hardhet
Forholdet mellom hardhet og styrke er komplekst, spesielt fordi de måler lignende ting:
Styrkemåler motstand mot ytre krefter og påkjenninger.
Hardhetmåler evnen til å motstå plastisk deformasjon.
Det samme konseptet blir testet på tvers av et bredt spekter av hardhetstester: hvor mye kraft kreves for å presse en gjenstand inn i et materiale og etterlate en varig fordypning? Det ser ut til at et metalls motstand mot en ytre kraft øker med hardheten, noe som indikerer dets styrke. I virkeligheten har større hardhet en tendens til å være korrelert med høyere strekk- og flytegrenser.
Stålet må imidlertid tåle ytterligere krefter, som sprekkdannelse. Et ekstremt hardt stål kan bli så sprøtt at det lett går i stykker, og markerer terskelen der styrke ikke lenger er en fordel. Faktisk kan for mye hardhet svekke stål.
Duktilitet
Dette er også et vanskelig forhold å kvantifisere, så vi starter med en definisjon:
Duktilitet:Mål på et metalls evne til å gjennomgå plastisk deformasjon uten å gå i stykker.
Duktilitet måles ved to tester:
Forlengelse:Måler hvor langt et materiale strekker seg før det går i stykker. Testen markerer to punkter på materialet før det strekkes. Når den er strukket til bruddpunktet, måles punktene igjen og forlengelsen beregnes av de to avstandene.
Reduksjon av areal:Måler hvor mye området reduseres fra utgangspunktet til bristepunktet. Testene måler diameteren på materialet før strekking og etter brudd og beregner forskjellen.
En måte å se på duktilt ståls lave strekk- og flytegrense er å se hvor lite det motstår plastisk deformasjon. Men fordi det er vanskelig å bryte noe som bøyer seg lett, har det sannsynligvis en mindre skjærstyrke. Når den først har vridd seg, er den fleksibel og motstår splittelse.
Maskinerbarhet
Maskinerbarhet er graden som et materiale kan kuttes med liten eller ingen flising eller forringelse av overflatekvaliteten. Et materiale med dårlig maskinbarhet vil trenge mer kraft og sannsynligvis føre til skade, mens et materiale med høy maskinbarhet kan kuttes enkelt og med liten motstand.
Redusert strekkfasthet er typisk forbundet med god maskinbarhet; sammenligne vanskeligheten med å kutte kitt med bakt leire. Forbindelsen med skjærstyrke er den samme: Et materiale brytes lett langs planene hvis det kan bearbeides.
Seighet
Strekkfasthet og duktilitet er to egenskaper som sammen utgjør seighet. Et materiale anses som tøft hvis det har begge egenskapene, det vil si hvis det bare kan bøye seg når det utsettes for en betydelig kraft samtidig som det motstår brudd. Dette er spesielt gunstig i tilfeller hvor metallet er utmattet eller skadet, da duktiliteten reduserer hastigheten som små sprekker brytes med.
Strekkstyrke har utvilsomt en rolle i seighet. Tøffe stål har ofte høye flytegrenser også fordi strekk- og flytegrense ofte samarbeider. Et annet tegn på høy skjærstyrke vil være evnen til å tåle brudd under kraft.
Stålstyrke er en kompleks egenskap som involverer ulike mekaniske egenskaper som bestemmer motstanden mot ytre krefter og påkjenninger. Det er viktig å forstå hvordan det fungerer slik at du kan evaluere den potensielle ytelsen i søknaden din;Wenqis ingeniørstøtteteamhjelper deg å vurdere ulike styrkefaktorer slik at du kan velge riktig materiale for dine behov.
