Прочность стали — это сложный атрибут, охватывающий несколько механических свойств, которые вместе определяют устойчивость материала к внешним силам и напряжениям. Для его понимания требуется оценить ряд факторов: от прочности на растяжение/текучесть/сдвиг/сжатие до условий окружающей среды.
Что такое прочность стали?
Прочность стали — это общая фраза, которая не может быть точно определена количественно. Лучше всего ее определить следующим образом, и она включает в себя ряд отличительных механических свойств стали:
Прочность сталиявляется кульминацией всех механических процессов, которые приводят к общей устойчивости к напряжениям, давлениям и энергиям окружающей среды до того, как произойдет разрушение или необратимая деформация.
Для получения дополнительной информации о механических свойствах посетите наше ВведениеМеханические свойства металлов.
Типы механической прочности стали
По сути, прочность стали можно разделить на четыре отдельных показателя, каждый из которых является пределом прочности стали под действием определенной силы или напряжения, приложенного к ней. Чтобы создать коллективное наблюдение, каждую из четырех форм прочности следует рассматривать отдельно и в сочетании друг с другом.
Предел прочности: Способность стали противостоять растяжению (также известная как предел прочности на разрыв).
Растягивающее напряжение:Тянет материалы в противоположных направлениях.
Предел текучести:Точка, в которой упругое поведение металла сменяется пластической деформацией.
Эластичность:Способность материала восстанавливать свою первоначальную форму после воздействия деформирующей силы.
Пластическая деформация:Точка постоянной деформации (но не поломки).
Прочность на сдвиг:Способность стали противостоять разрыву или разрезанию по плоскостям.
Напряжение сдвига:Сила, которая исходит сбоку, посередине или с противоположных направлений, воздействует только на часть металла и может разрезать или сломать его.
Прочность на сжатие: Способность стали противостоять сдавливанию, сжатию или уменьшению размера (не так важна при оценке стальных крепежных изделий).
Сжимающее напряжение:Сила, которая сжимает сталь, укорачивая ее и расширяя в боковом направлении.
Все эти показатели прочности будут влиять друг на друга. Прочность на растяжение влияет на предел текучести и предел прочности на сдвиг, прочность на сжатие влияет на предел текучести и т. д. Крайне важно избегать оценки их в вакууме. Поскольку большинство других показателей выводятся из прочности на растяжение, в конечном итоге выгодно начать с этого.
Другие механические свойства, влияющие на прочность
Металл может быть прочным, не будучи очень твердым, если учитывать его прочность на растяжение, текучесть, сдвиг и сжатие. Здесь прочность стали зависит от ее твердости и пластичности.
Твёрдость
Взаимосвязь между твердостью и прочностью сложна, особенно потому, что они измеряют схожие параметры:
Силаизмеряет устойчивость к внешним силам и нагрузкам.
Твёрдостьизмеряет способность противостоять пластической деформации.
Та же концепция проверяется в широком спектре испытаний на твердость: какая сила требуется, чтобы вдавить предмет в материал и оставить стойкую вмятину? Казалось бы, сопротивление металла внешней силе увеличивается с его твердостью, что означает его прочность. На самом деле, большая твердость, как правило, коррелирует с более высокими пределом прочности на растяжение и пределом текучести.
Однако сталь должна выдерживать дополнительные силы, такие как растрескивание. Чрезвычайно твердая сталь может стать настолько хрупкой, что легко сломается, обозначив порог, за которым прочность больше не является преимуществом. Фактически, слишком большая твердость может ослабить сталь.
Пластичность
Эту взаимосвязь также сложно оценить количественно, поэтому начнем с определения:
Пластичность:Мера способности металла подвергаться пластической деформации без разрушения.
Пластичность измеряется двумя испытаниями:
Удлинение:Измеряет, насколько растягивается материал перед разрывом. Тест отмечает две точки на материале до того, как он растянется. После того, как он растянут до точки разрыва, точки измеряются снова, и удлинение рассчитывается по двум расстояниям.
Уменьшение площади:Измеряет, насколько площадь уменьшается от начальной точки до точки разрыва. Тесты измеряют диаметр материала до растяжения и после разрыва и вычисляют разницу.
Один из способов рассмотреть низкий предел прочности и текучести пластичной стали — это посмотреть, насколько слабо она сопротивляется пластической деформации. Но поскольку трудно сломать то, что легко гнется, она, вероятно, имеет меньшую прочность на сдвиг. Однако после деформации она становится гибкой и сопротивляется раскалыванию.
Обрабатываемость
Обрабатываемость — это степень, в которой материал может быть разрезан практически без сколов или ухудшения качества поверхности. Материал с плохой обрабатываемостью потребует больше усилий и, вероятно, приведет к повреждению, тогда как материал с высокой обрабатываемостью можно разрезать просто и с небольшим сопротивлением.
Сниженная прочность на разрыв обычно связана с хорошей обрабатываемостью; сравните сложность резки шпатлевки с обожженной глиной. Связь с прочностью на сдвиг та же: материал легко ломается вдоль своих плоскостей, если его можно обработать.
Прочность
Прочность на растяжение и пластичность — две характеристики, которые вместе составляют прочность. Материал считается прочным, если он обладает обоими качествами, то есть если он может сгибаться только при воздействии значительной силы, при этом все еще сопротивляясь разрыву. Это особенно полезно в случаях, когда металл устал или поврежден, так как пластичность замедляет скорость, с которой разрушаются мелкие трещины.
Прочность на растяжение, несомненно, играет роль в прочности. Жесткие стали часто имеют также высокие пределы текучести, поскольку прочность на растяжение и предел текучести часто взаимодействуют. Другим признаком высокой прочности на сдвиг будет способность выдерживать разрыв под действием силы.
Прочность стали — это сложный атрибут, включающий различные механические свойства, определяющие ее устойчивость к внешним силам и напряжениям. Важно понимать, как она работает, чтобы вы могли оценить ее потенциальную производительность в вашем приложении;Группа инженерной поддержки Wenqiпомогает вам учитывать различные факторы прочности, чтобы вы могли выбрать правильный материал для ваших нужд.
