Прочность и жесткость металла: в чем разница?

07.01.2020 - Статьи

Сталелитейная промышленность является одной из крупнейших в мире и является неотъемлемой частью многочисленных смежных отраслей, таких как строительство, транспорт, энергетика и производство. Сталь широко используется по своей прочности, но она также должна соответствовать определенным требованиям по жесткости, в зависимости от конечного продукта, из которого она изготовлена. Но, термины жесткость и прочность довольно часто путают.

Прочность: Прочность — это мера напряжения, которое может быть приложено к материалу до того, как он окончательно деформируется (предел текучести) или разрушается (предел прочности). Если приложенное напряжение меньше предела текучести, материал возвращается к своей первоначальной форме после снятия напряжения. Если приложенное напряжение превышает предел текучести, происходит пластическая или постоянная деформация, и материал больше не может вернуться к своей первоначальной форме после снятия нагрузки.

Жесткость: Жесткость относится к тому, как компонент изгибается под нагрузкой, и все еще возвращается к своей первоначальной форме после снятия нагрузки. Поскольку размеры компонентов остаются неизменными после снятия нагрузки, жесткость связана с упругой деформацией.

Материал может иметь высокую прочность и низкую жесткость. Если металл легко трескается, он имеет низкую прочность, но при низкой жесткости он может деформироваться при высокой нагрузке. Жесткость зависит от модуля упругости, также известного как модуль Юнга, который является постоянным для данного металла. Поскольку модуль Юнга для стали в три раза больше, чем у алюминия, алюминиевая деталь под нагрузкой будет прогибаться в три раза больше, чем стальная деталь с аналогичной нагрузкой. Толщина и форма формируемой детали также способствует ее жесткости.

Вся сталь имеет примерно одинаковую жесткость, но имеет различную прочность в зависимости от используемых легирующих металлов. Нержавеющая сталь выпускается более чем в 100 марках, которые создаются путем добавления сплавов, таких как хром, кремний, никель, углерод, азот и марганец, для придания таких свойств, как термостойкость, прочность, гибкость и пластичность. Мартенситные или полуаустенитные стали являются наиболее прочными благодаря добавлению таких элементов, как алюминий, медь и ниобий.

В качестве примера важности различия между прочностью и жесткостью рассмотрим стандарты корпоративной средней экономии топлива (CAFE). Производители автомобилей отвечают требованиям CAFE, используя более легкие и высокопрочные стальные компоненты, которые обеспечивают улучшенную экономию топлива. Эти новые марки стали, называемые усовершенствованными высокопрочными сталями (AHSS), делают конструкцию кузова автомобиля прочнее, но легче по весу. Производители автомобилей также рассматривают менее жесткий алюминий как более легкую альтернативу стали. В случае аварии, прочность, безусловно, является критическим соображением безопасности в компонентах автомобиля, но и жесткость зависит от функции части кузова автомобиля. Если стальная деталь на автомобиле заменяется идентичной (по форме, толщине) алюминиевой деталью, она может больше деформироваться из-за своей меньшей жесткости. Однако, регулируя конструкцию (форму, толщину) алюминиевой детали, можно получить необходимую прочность и жесткость при одновременном снижении массы детали.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *