Qual aço é mais forte: laminado a frio, laminado a quente ou inoxidável?


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Preciso de uma barra plana de aço de 1/4 "x 1 1/2" x 80 ". Omitirei os detalhes do que preciso, porque essa pergunta é basicamente perguntar qual composição produz um aço mais forte.

www.discountsteel.com possui uma grande variedade de barras de aço, mas não sei como ler as classificações em relação à resistência à tração e à dureza. Aqui estão todos os produtos:

Aço
laminado a frio de aço inoxidável Aço laminado a
quente

Se você clicar na guia Especificações do material ASTM na parte inferior das páginas e rolar para a parte inferior, verá dados mecânicos para os quais tenho as seguintes perguntas:

Primeiro, o que é " resistência mínima à tração"? O aço inoxidável 304 tem um mínimo de 75, mas os laminados a quente e a frio parecem ter faixas de 58-80 e 55-70, respectivamente. Por que o aço inoxidável tem um único número e os outros têm faixas? Por que diz mínimo ? Um número maior significa aço mais forte?

O que é força mínima de escoamento?

O segundo é a escala de dureza que usa a escala Rockwell, que eu observei um pouco. A classificação de aço inoxidável para 304 é 88, mas a classificação para laminados a quente é B76. Para laminados a frio, parece ser dividido em dois: laminados a quente é B67-B80 e trefilados a frio é B80-B90. Isso me confunde ainda mais porque parece que o aço é laminado a frio laminado a quente? Por que a classificação de aço inoxidável é apenas 88, enquanto os outros parecem ser uma faixa e usam a escala B? O aço inoxidável é padronizado para uma escala, pois é representado apenas por um número bruto?


Esses intervalos existem por causa do processo de laminação. Tamanhos diferentes passam por diferentes ciclos de endurecimento por deformação. Talvez eu possa ajudar se você forneceu alguns detalhes sobre o uso e o carregamento. A escolha do estoque é específica da aplicação.
Chris Cudmore

Eu estou usando-o para reforçar a borda de uma porta personalizada eu construí usando duas camadas de 3/4" MDF Ele não vai suportar carga..
oscilatingcretin

Então não acho que isso realmente importe para seus propósitos - mesmo que a segurança seja um problema, pois a porta em si será o ponto fraco. O aço inoxidável pode valer o custo extra, pelo que parece, mas você estará dentro dos parâmetros de design de qualquer aço.
22613 Chris Cudmore

Na verdade, é para remover o arco / urdidura. Recentemente, tentei aplicar uma barra de aço laminada a quente de 1/8 "x 1 1/2" x 6 'na borda e o arco na porta realmente dobra um pouco o aço. É por isso que eu estou indo para um 1/4" espessura desta vez.
oscilatingcretin

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Sim, exatamente! A propriedade de seção importante a ser comparada em relação à rigidez relativa, uma vez que a maioria dos aços é igualmente rígida, é o momento de inércia (I). Estoque de 1/4 x 1-1 / 2 bar I = 0,0703. O canal 1-1 / 2x1 / 2x1 / 8 I = 0,0796, apenas 13% mais rígido, mas com 5/6 do peso. A rigidez de uma determinada área seccional aumenta em proporção à distância ao quadrado da linha central, obtendo grandes ganhos em rigidez ao afastar mais área da linha central. A diferença é pequena com seções pequenas, enorme para seções maiores.
precisa saber é o seguinte

Respostas:


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OK, algumas definições:

A força do rendimento é a quantidade de força necessária para fazer com que o aço ceda, o que significa que se deforma permanentemente (ou seja, alonga permanentemente).

A resistência à tração (também conhecida como "resistência máxima") é a quantidade de força necessária para fazer com que o aço se quebre. Isso será igual ou superior à força de escoamento.

Mínimo significa apenas que o aço será pelo menos tão forte.

A dureza é uma medida da resistência do aço a arranhões e amassados. Para uso estrutural, provavelmente não é importante, mas seria importante se você estivesse procurando um acabamento durável, por exemplo, um tampo de bancada ou um ponto de apoio de ferramenta.

A rigidez (você não perguntou sobre isso, mas é outra maneira de ver a força de um material) é uma medida de quanto algo desvia quando você coloca uma força nele. As ligas de aço tendem a ser bastante semelhantes a esse respeito.

Como você pode ver, "mais forte" não tem realmente uma definição específica, depende do que você está procurando.

Aqui está uma analogia para a diferença entre rendimento e resistência à tração: imagine que você tem uma mola. Você puxa um pouco e, quando o solta, volta à sua forma original. Isso é "deformação elástica" e nenhum dano foi causado. Agora você puxa com força a mola e ela não volta mais à sua forma original. O material cedeu e você tem "deformação plástica". Isso pode ou não ser considerado "falha", dependendo do aplicativo. Agora puxe com muita força e as férias de primavera. Essa é a força máxima. Claramente, a primavera falhou agora.

Quanto aos intervalos: "aço" é um nome inespecífico para várias ligas e pode ser fabricado em vários graus, daí os intervalos que você encontrou. O material é geralmente designado com um número de liga. "Laminados a frio" e "laminados a quente" são métodos para moldar o aço e realmente não dizem nada sobre a resistência.

Devo também salientar que todas essas propriedades que mencionei são para o próprio material de aço. Se você deseja conhecer o comportamento de uma peça de aço real, precisa conhecer o material e a forma.


Ah, a única característica que eu esperava ver uma classificação é a deformação elástica. Eu gostaria de saber a força necessária para causar a flexão do metal. Parece que o rendimento é o mais próximo disso, correto? Então, com todas essas classificações, quanto maior o número, melhor? Além disso, o indicador de escala B e por que ele não foi especificado para inox? Ótima resposta, entre.
precisa saber é o seguinte

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Bem, antes de tudo, qualquer quantidade de força causará uma deflexão. Se você permanecer na região de deformação elástica do aço, a resposta é linear: o dobro da força leva a duas vezes a deflexão. Em segundo lugar, o que você está falando é exatamente a "rigidez" - quanta deflexão você recebe por uma determinada força. Quanto às classificações da Rockwell: de acordo com a wikipedia, existem várias categorias de testes diferentes, que eu presumo ser o que significa "B".
Hank

Quanto a "melhor", isso realmente depende do que você está procurando, mas sim, números mais altos geralmente seriam mais duráveis. Existem outras considerações: custo, facilidade de trabalho, disponibilidade. Em alguns casos, você pode querer um metal mais macio, por exemplo, suspensão do carro, talvez.
Hank

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Todo o aço é um módulo de 200 GPa Young. Essa é a sua deformação elástica. É um valor tão padrão que os fabricantes não o publicam. Quem trabalha com aço sabe disso.
precisa

Eu acho que o B se refere aos números de dureza Brinell. Qual é uma escala baseada em um teste arbitrário (mas padronizado).
22613 Chris Cudmore

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Todo o aço possui um módulo de Young de 200 GPa (29.000 ksi) (esta é a inclinação da parte reta do gráfico). A Força Máxima varia de 300 a 400 MPa (espiada no gráfico) e o Rendimento geralmente é de cerca de 200 MPa (Onde a reta fica curva).

Em uma máquina de teste, você pode esticar e encolher uma barra de aço para cima e para baixo nessa parte reta do gráfico para sempre (bem, a fadiga aumentará). Porém, assim que você entrar na peça curva, a descarga seguirá um caminho diferente (consulte a linha tracejada).

Para fins estruturais, a resistência ao escoamento é o fator limitante. Em outras palavras, você deseja que seu design seja inteiramente limitado à região elástica (reta) do gráfico de tensão / tensão. Se você for para a região plástica, estará deformando permanentemente o material. (Embora os projetistas de aeronaves entrem bem na região plástica por razões de peso). insira a descrição da imagem aqui

O único motivo para comprar o aço inoxidável é porque você precisa da propriedade do aço inoxidável (por exemplo, acabamento). É muito caro. Para a maioria dos propósitos, medidas normais de proteção contra ferrugem são suficientes (como cobertura e manutenção adequadas da tinta, ou mesmo cromagem para superfícies acabadas). O aço inoxidável possui um módulo de Young mais baixo e se deforma mais a baixas cargas. No entanto, essa "elasticidade" torna muito mais difícil (mas não mais forte!). Pense em quebrar um galho seco versus um verde.

A dureza é irrelevante para fins estruturais. Torna-se um fator na fabricação de ferramentas e no design da máquina, mas não para aplicações simples de suporte de carga.

EDITAR:

Rigidez / elasticidade.

Primeiro, precisamos definir a deformação como (Comprimento da deformação) / (comprimento original). Essa é uma quantidade sem dimensão, mas você pode usar mm / mm ou in / in se quiser pensar dessa maneira. Você também pode pensar nisso como% stretch / 100 (ou seja, medido como PerUnit em vez de PerCent - base de 1 em vez de 100)

Agora, definimos a tensão como força aplicada sobre a área da seção transversal. Pense nisso. Quanto mais força, mais alongamento. Quanto mais espessa a barra, maior a resistência ao alongamento. Portanto, o estresse é uma combinação desses dois fatores.

A equação da deformação é Stress = E * Strain, onde E é o módulo de Young ou módulo de elasticidade. Possui unidades de pressão - Geralmente expressa em GPa (Kn / mm ^ 2) ou Kpi (Kilopounds-força por polegada quadrada).

Portanto, um fio de 1 mm ^ 2 dobrará de comprimento se for carregado com 200 Kn de força - Na verdade, ele quebrará bem antes disso.

Dobra:

Isso é complexo e precisamos descobrir o segundo momento da área da seção transversal. Para um retângulo, este é I = bh ^ 3/12 onde b é a dimensão horizontal eh é a dimensão vertical. Isso pressupõe que a carga está para baixo. Se você estiver carregando horizontalmente, defina vertical e horizontal em termos da direção da força.

Agora precisamos construir uma função de carregamento. Esta é uma função matemática que define a força em todos os pontos da viga.

Integre essa função. O resultado é a função de cisalhamento.

Integre-o novamente. O resultado é a função de momento de flexão.

Multiplique por 1 / EI (módulo de Young * o momento de inércia) Esse fator leva em consideração a propriedade material e a propriedade geométrica.

Integre-o novamente. O resultado é a função de ângulo de deflexão (em radianos)

Integre-o novamente. O resultado é a função de deflexão absoluta. Agora você pode conectar x (distância da origem) e receber a deflexão em quaisquer unidades com as quais estava trabalhando.


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