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?

oscilatingcretin
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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.

Hank
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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.

Chris Cudmore
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