Teräksen lujuus on monimutkainen ominaisuus, joka sisältää useita mekaanisia ominaisuuksia, jotka yhdessä määrittävät materiaalin kestävyyden ulkoisia voimia ja rasituksia vastaan. Sen ymmärtäminen edellyttää useiden tekijöiden arvioimista veto-/saanto-/leikkaus-/puristuslujuudesta ympäristöolosuhteisiin.
Mikä on teräksen lujuus?
Teräksen lujuus on yleinen ilmaus, jota ei voida tarkasti mitata. Se määritellään parhaiten seuraavasti ja sisältää useita teräksen mekaanisia ominaisuuksia:
Teräksen lujuuson kaikkien mekaanisten toimintojen huipentuma, joka johtaa yleiseen kestävyyteen ympäristön rasituksia, paineita ja energioita vastaan ennen rikkoutumista tai peruuttamatonta muodonmuutosta.
Lisätietoja mekaanisista ominaisuuksista on Johdanto-osiossaMetallien mekaaniset ominaisuudet.
Mekaanisen teräksen lujuuden tyypit
Pohjimmiltaan teräksen lujuus voidaan jakaa neljään erilliseen mittariin, joista jokainen on teräksen murtumispiste siihen kohdistetun ominaisvoiman tai jännityksen alaisena. Kollektiivisen havainnon luomiseksi jokainen neljästä voimamuodosta tulee nähdä erikseen ja yhdessä toistensa kanssa.
Vetolujuus: Teräksen kyky vastustaa irtoamista (tunnetaan myös äärimmäisenä vetolujuutena).
Vetojännitys:Vetää materiaaleja vastakkaisiin suuntiin.
Tuottovoima:Kohta, jossa metallin elastinen käyttäytyminen väistää plastisen muodonmuutoksen.
Elastisuus:Materiaalin kyky palautua alkuperäiseen muotoonsa sen jälkeen, kun se on kokenut muotoaan muuttavan voiman.
Muovin väsähtäminen:Pysyvän muodonmuutoksen (mutta ei rikkoutumisen) kohta.
Leikkauslujuus:Teräksen kyky vastustaa murtumista tai viipaloimista sen tasoilla.
Leikkausjännitys:Sivulta, keskeltä tai vastakkaisista suunnista tuleva voima, joka vaikuttaa vain osaan metallia ja voi viipaloida tai rikkoa sen.
Puristuslujuus: Teräksen kyky vastustaa puristamista, puristamista tai koon pienentämistä (ei niin merkityksellistä teräskiinnittimiä arvioitaessa).
Puristusstressi:Voima, joka työntää terästä yhteen lyhentääkseen sitä ja levittääkseen sitä sivusuunnassa.
Kaikki nämä vahvuudet vaikuttavat toisiinsa. Vetolujuus vaikuttaa myötölujuuteen ja leikkauslujuuteen, puristuslujuus vaikuttaa myötölujuuteen ja niin edelleen. On tärkeää välttää niiden arviointia tyhjiössä. Koska useimmat muut mittarit johdetaan vetolujuudesta, on viime kädessä edullista aloittaa siitä.
Muut lujuuteen vaikuttavat mekaaniset ominaisuudet
Metalli voi olla vahva olematta kovin kova, jos sen veto-, myötö-, leikkaus- ja puristuslujuudet otetaan huomioon. Tässä teräksen lujuuteen vaikuttavat sen kovuus ja sitkeys.
Kovuus
Kovuuden ja lujuuden välinen suhde on monimutkainen, etenkin koska ne mittaavat samanlaisia asioita:
Vahvuusmittaa vastustuskykyä ulkopuolisille voimille ja rasituksille.
Kovuusmittaa kykyä vastustaa plastista muodonmuutosta.
Samaa konseptia testataan useilla kovuustesteillä: kuinka paljon voimaa tarvitaan painamaan esine materiaaliin ja jättämään pysyvän painauma? Vaikuttaa siltä, että metallin vastustuskyky ulkoiselle voimalle kasvaa sen kovuuden myötä, mikä tarkoittaa sen vahvuutta. Todellisuudessa suurempi kovuus korreloi korkeampien veto- ja myötölujuksien kanssa.
Teräksen on kuitenkin kestettävä lisävoimia, kuten halkeilua. Äärimmäisen kova teräs voi muuttua niin hauraaksi, että se rikkoutuu helposti, mikä merkitsee kynnystä, jossa lujuus ei ole enää etu. Itse asiassa liian suuri kovuus voi heikentää terästä.
Taipuisuus
Tätä suhdetta on myös vaikea ilmaista määrällisesti, joten aloitamme määritelmällä:
Taipuisuus:Mitta metallin kyvystä läpikäydä plastinen muodonmuutos rikkoutumatta.
Mukavuus mitataan kahdella testillä:
Pidentymä:Mittaa kuinka pitkälle materiaali venyy ennen rikkoutumista. Testi merkitsee materiaaliin kaksi pistettä ennen venytystä. Kun se on venytetty murtumispisteeseensä, pisteet mitataan uudelleen ja venymä lasketaan kahdella etäisyydellä.
Pinta-alan pienentäminen:Mittaa kuinka paljon alue pienenee aloituspisteestään murtumispisteeseensä. Testit mittaavat materiaalin halkaisijan ennen venytystä ja rikkoutumisen jälkeen ja laskevat eron.
Yksi tapa tarkastella sitkeän teräksen alhaista vetolujuutta ja myötölujuutta on nähdä, kuinka vähän se vastustaa plastista muodonmuutosta. Mutta koska on vaikea rikkoa jotain, joka taipuu helposti, sillä on todennäköisesti pienempi leikkauslujuus. Kun se on kuitenkin vääntynyt, se on joustava ja vastustaa halkeilua.
Koneistettavuus
Koneistettavuus on aste, jolla materiaalia voidaan leikata ilman, että se halkeilee tai huononee pinnan laatua. Huono työstettävyys materiaali vaatisi enemmän voimaa ja todennäköisesti johtaisi vaurioihin, kun taas korkean koneistettavuuden materiaali voidaan leikata yksinkertaisesti ja pienellä vastuksella.
Pienentynyt vetolujuus liittyy tyypillisesti hyvään koneistettavuuteen; vertaa kittin leikkaamisen vaikeutta paistettuun saveen. Yhteys leikkauslujuuteen on sama: materiaali murtuu helposti tasoiltaan, jos se voidaan työstää.
Kovuus
Vetolujuus ja sitkeys ovat kaksi ominaisuutta, jotka yhdessä muodostavat sitkeyden. Materiaalia pidetään sitkeänä, jos sillä on molemmat ominaisuudet, eli jos se voi taipua vain, kun siihen kohdistuu huomattava voima, mutta silti se kestää murtuman. Tämä on erityisen hyödyllistä tapauksissa, joissa metalli on väsynyt tai vaurioitunut, koska sitkeys hidastaa pienten halkeamien murtumista.
Vetolujuudella on epäilemättä rooli sitkeyteen. Kovilla teräksillä on usein myös korkea myötöraja, koska veto- ja myötöraja toimivat usein yhdessä. Toinen merkki suuresta leikkauslujuudesta on kyky kestää murtumista voiman vaikutuksesta.
Teräksen lujuus on monimutkainen ominaisuus, joka sisältää erilaisia mekaanisia ominaisuuksia, jotka määrittävät sen kestävyyden ulkoisia voimia ja jännityksiä vastaan. On tärkeää ymmärtää, miten se toimii, jotta voit arvioida sen mahdollista suorituskykyä sovelluksessasi.Wenqin suunnittelutukitiimiauttaa sinua harkitsemaan erilaisia lujuustekijöitä, jotta voit valita oikean materiaalin tarpeisiisi.
