Ich brauche eine 1/4 "x 1 1/2" x 80 "Stahlflachstange. Ich werde die Details weglassen, wofür ich sie brauche, weil diese Frage im Grunde die Frage stellt, welche Zusammensetzung einen stärkeren Stahl ergibt.
www.discountsteel.com hat eine große Auswahl an Stahlstangen, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich die Bewertungen in Bezug auf Zugfestigkeit und Härte lesen soll. Hier sind alle Produkte:
Edelstahl
kaltgewalzter Stahl
Warmgewalzter Stahl
Wenn Sie unten auf den Seiten auf die Registerkarte ASTM-Materialspezifikationen klicken und nach unten scrollen, werden mechanische Daten angezeigt, für die ich die folgenden Fragen habe:
Was ist " minimale Zugfestigkeit"? Der rostfreie Stahl 304 hat ein Minimum von 75, aber das warmgewalzte und das kaltgewalzte Stahl scheinen Bereiche von 58-80 bzw. 55-70 zu haben. Warum hat Edelstahl eine einzige Nummer und die anderen haben Bereiche? Warum steht dort Minimum ? Bedeutet eine höhere Zahl stärkeren Stahl?
Was ist die Mindeststreckgrenze?
Zweitens ist die Härteskala, die die Rockwell-Skala verwendet, die ich ein wenig untersucht habe. Die Edelstahlbewertung für 304 ist 88, aber die Bewertung für warmgewalztes ist B76. Beim Kaltwalzen scheint es zweigeteilt zu sein: Warmgewalzt ist B67-B80 und kaltgewalzt ist B80-B90. Das verwirrt mich noch mehr, weil es so aussieht, als wäre der Stahl kaltgewalzt und warmgewalzt? Warum ist die Edelstahlbewertung nur 88, während die anderen eine Reichweite zu sein scheinen und die B-Skala verwenden? Wird bei Edelstahl standardmäßig nur eine Skala verwendet, da diese nur durch eine Rohzahl dargestellt wird?
Antworten:
OK, ein paar Definitionen:
Die Streckgrenze ist die Kraft, die erforderlich ist, damit der Stahl nachgibt, was bedeutet, dass er sich dauerhaft verformt (dh dauerhaft dehnt).
Die Zugfestigkeit (auch als "Endfestigkeit" bezeichnet) ist die Kraft, die erforderlich ist, damit der Stahl tatsächlich bricht. Dies ist gleich oder größer als die Streckgrenze.
Minimum bedeutet nur, dass der Stahl mindestens so stark ist.
Die Härte ist ein Maß dafür, wie widerstandsfähig der Stahl gegen Kratzer und Beulen ist. Für den strukturellen Einsatz ist dies wahrscheinlich nicht wichtig, aber es wäre wichtig, wenn Sie nach einer dauerhaften Oberfläche suchen, z. B. nach einer Werkbankplatte oder einem Werkzeuglagerpunkt.
Die Steifheit (Sie haben nicht danach gefragt, aber es ist eine andere Sichtweise auf die Stärke eines Materials) ist ein Maß dafür, wie stark sich etwas ablenkt, wenn Sie eine Kraft darauf ausüben. Stahllegierungen sind in dieser Hinsicht eher ähnlich.
Wie Sie sehen können, hat "am stärksten" keine spezifische Definition, sondern hängt davon ab, wonach Sie suchen.
Hier ist eine Analogie für den Unterschied zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit: Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Feder. Sie ziehen ein wenig daran und wenn Sie loslassen, kehrt es in seine ursprüngliche Form zurück. Dies ist eine "elastische Verformung", und es wurde kein Schaden angerichtet. Jetzt ziehen Sie fest an der Feder und sie kehrt nicht mehr in ihre ursprüngliche Form zurück. Das Material hat nachgegeben und Sie haben "plastische Verformung". Dies kann je nach Anwendung als "Fehler" angesehen werden oder nicht. Jetzt richtig fest ziehen und die Feder bricht. Das ist die ultimative Stärke. Offensichtlich ist der Frühling jetzt gescheitert.
Was die Bereiche betrifft: "Stahl" ist ein unspezifischer Name für mehrere Legierungen und kann in mehreren Qualitäten hergestellt werden, daher die Bereiche, die Sie gefunden haben. Das Material wird üblicherweise mit einer Legierungsnummer bezeichnet. "Kaltgewalzt" und "warmgewalzt" sind Methoden zum Formen des Stahls und sagen nichts über die Festigkeit aus.
Ich sollte auch darauf hinweisen, dass alle diese Eigenschaften, die ich erwähnt habe, für das Stahlmaterial selbst gelten. Wenn Sie das Verhalten eines tatsächlichen Stahlstücks kennen möchten, müssen Sie sowohl dessen Material als auch seine Form kennen.
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Jeder Stahl hat einen Elastizitätsmodul von 200 GPa (29 000 ksi) (dies ist die Steigung des geraden Teils des Diagramms). Die Endfestigkeit liegt zwischen 300 und 400 MPa (Blick auf die Grafik), und die Ausbeute liegt normalerweise bei 200 MPa (wo gerade wird gekrümmt).
In einer Testmaschine können Sie eine Stahlstange für immer auf diesem geraden Teil des Diagramms auf und ab strecken und schrumpfen (nun, Müdigkeit tritt ein). Sobald Sie jedoch in den gekrümmten Teil gelangen, folgt das Entladen einem anderen Pfad (siehe gestrichelte Linie).
Für strukturelle Zwecke ist die Streckgrenze der begrenzende Faktor. Mit anderen Worten, Sie möchten, dass Ihr Design vollständig auf den elastischen (geraden) Bereich des Spannungs- / Dehnungsdiagramms beschränkt ist. Wenn Sie in den Kunststoffbereich gehen, verformen Sie das Material dauerhaft. (Obwohl Flugzeugkonstrukteure aus Gewichtsgründen gut in den Kunststoffbereich vordringen).
Der einzige Grund, Edelstahl zu kaufen, ist, dass Sie die Edelstahl-Eigenschaft benötigen (dh Fertigarbeiten). Es ist viel zu teuer. Für die meisten Zwecke sind normale Rostschutzmaßnahmen ausreichend (z. B. ordnungsgemäße Lackabdeckung und -wartung oder sogar Verchromung für fertige Oberflächen). Edelstahl hat einen niedrigeren Elastizitätsmodul und verformt sich bei geringen Belastungen stärker. Diese "Dehnbarkeit" macht es jedoch viel härter (aber nicht stärker!). Denken Sie daran, einen trockenen Zweig gegen einen grünen zu schnappen.
Die Härte spielt für strukturelle Zwecke keine Rolle. Es wird zu einem Faktor im Werkzeugbau und in der Maschinenkonstruktion, jedoch nicht für einfache tragende Anwendungen.
BEARBEITEN:
Steifheit / Elastizität.
Zuerst müssen wir die Dehnung als (Länge der Verformung) / (ursprüngliche Länge) definieren. Dies ist eine dimensionslose Größe, aber Sie können mm / mm oder in / in verwenden, wenn Sie dies so betrachten möchten. Sie können es sich auch als% Stretch / 100 vorstellen (dh gemessen als PerUnit statt PerCent - Basis von 1 statt 100)
Nun definieren wir Spannung als auf die Querschnittsfläche ausgeübte Kraft. Denk darüber nach. Je mehr Kraft, desto mehr Dehnung. Je dicker die Stange ist, desto widerstandsfähiger ist sie gegen Dehnung. Stress ist also eine Kombination dieser beiden Faktoren.
Die Verformungsgleichung lautet Spannung = E * Dehnung, wobei E der Elastizitätsmodul oder Elastizitätsmodul ist. Es hat Druckeinheiten - üblicherweise ausgedrückt in GPa (Kn / mm ^ 2) oder Kpi (Kilopounds-Kraft pro Quadratzoll).
Ein 1 mm ^ 2-Draht wird also doppelt so lang, wenn er mit 200 Kn Kraft belastet wird. Tatsächlich bricht er lange vorher.
Biegen:
Dies ist komplex und wir müssen das zweite Moment der Querschnittsfläche herausfinden. Für ein Rechteck ist dies I = bh ^ 3/12, wobei b die horizontale Dimension und h die vertikale Dimension ist. Dies setzt voraus, dass die Last nach unten gerichtet ist. Wenn Sie horizontal laden, definieren Sie vertikal und horizontal in Bezug auf die Kraftrichtung.
Jetzt müssen wir eine Ladefunktion erstellen. Dies ist eine mathematische Funktion, die die Kraft an jedem Punkt des Trägers definiert.
Integrieren Sie diese Funktion. Das Ergebnis ist die Scherfunktion.
Integrieren Sie es erneut. Das Ergebnis ist die Biegemomentfunktion.
Multiplizieren Sie es mit 1 / EI (Elastizitätsmodul * Trägheitsmoment). Dieser Faktor berücksichtigt die Materialeigenschaft und die geometrische Eigenschaft.
Integrieren Sie es erneut. Das Ergebnis ist die Ablenkwinkelfunktion (im Bogenmaß).
Integrieren Sie es erneut. Das Ergebnis ist die absolute Auslenkungsfunktion. Jetzt können Sie x (Abstand vom Ursprung) einstecken und die Ablenkung in den Einheiten empfangen, mit denen Sie gearbeitet haben.
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