Сравнение пластичности стали и алюминия

При сравнении стали и алюминия сталь считается более прочной из двух металлов, поскольку она в 2,5 раза плотнее алюминия и обладает высокой прочностью на растяжение. Сталь также обладает большей коррозионной стойкостью, чем алюминий. Однако алюминий более пластичен, чем сталь, что придает ему превосходную пластичность, что особенно важно для таких отраслей, как аэрокосмическая, электротехническая и строительная.

Ниже мы более подробно рассмотрим пластичность стали по сравнению с алюминием и обсудим, почему пластичность важна, особенно когда речь идет о конструкционных применениях.

Что такое пластичность?

Под пластичностью понимается способность металла выдерживать пластическую деформацию без разрушения под действием напряжения или деформации.

Два разных значения обычно определяют прочность материала:

1. Абсолютная сила: Максимальная прочность, которую может выдержать материал, прежде чем он разрушится.
2. Предел текучести: Максимальное напряжение, которое может выдержать материал, когда он деформируется в пределах своего предела упругости.

Пластичность материала относится к зоне между пределом текучести и пределом прочности при растяжении. Чем больше расстояние между двумя точками, тем пластичнее материал.

<я> <я>

Важность пластичности

Пластичность позволяет конструкции изгибаться до некоторой степени без разрыва. Эта функция очень полезна при проектировании сейсмостойких конструкций.

Целью обычных строительных норм и правил является предотвращение обрушения в случаях экстремальных экологических опасностей, таких как землетрясения. Чтобы предотвратить внезапное обрушение, конструктивная реакция здания на сейсмические волны должна быть высокой, а также одновременно снижать амплитуду вибрации. Добавление пластичности к элементам конструкции действует как поглотитель сейсмической энергии, возникающей во время землетрясений.

Использование пластичных материалов в конструкциях имеет следующие преимущества:

• Повышает надежность структур
• Равномерное распределение напряжения и силы по всей конструкции
• Повышает прочность членов, связей и структур
• Показывает предупреждение о сбое перед сбоем
• Позволяет конструкциям выдерживать сильные сейсмические нагрузки

Пластичность стали и алюминия

Чтобы лучше понять пластичность стали по сравнению с алюминием, давайте сначала рассмотрим каждую из их структур.

Алюминий образует повторяющуюся кристаллическую структуру, известную также как гранецентрированная кубическая (ГЦК) структура. Одним из преимуществ этой конструкции является то, что она содержит системы скольжения, которые легко деформируются при приложении силы. По этой причине алюминий более пластичен, чем сталь, которая имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру. Структура ОЦК не имеет плотно упакованной атомной структуры, а также в ней отсутствуют преобладающие системы скольжения, такие как ГЦК. Однако материалы BCC могут активировать скольжение с помощью тепловой энергии.

<я> <я> При рассмотрении пластичности стали сталь представляет собой сплав железа и углерода. В железе расположение атомов зависит от температуры, а это означает, что прочность стали можно увеличить с помощью различных процессов термообработки и закалки. Однако при повышении прочности сталь начинает терять свою пластичность. Например, мартенситная сталь является самой прочной и твердой из доступных марок стали, но она также и самая хрупкая. Добавление дополнительных легирующих элементов, наряду с нагревом и закалкой, может значительно повысить пластичность стали. Например, добавление в сталь очень небольшого количества углерода может увеличить ее пластичность до 50 % по сравнению с алюминиевым сплавом.

Для сравнения, алюминий — относительно мягкий материал с низкой температурой плавления; таким образом, чистый алюминий по своей природе очень пластичен. Из-за своей высокой пластичности алюминиевые сплавы легче скалываются, чем сталь или медь, что позволяет формовать их ближе к концу конструкции изделия. В результате алюминий пользуется большим спросом как для прототипов, так и для серийного производства.

Преимущества и проблемы обработки стали и алюминия

Пластичность стали по сравнению с алюминием позволяет им развивать формуемость без повреждений. Стали могут быть вытянуты в проволоку, балки, стержни и рамы для удовлетворения конкретных требований любой конструкции. Точно так же вы можете использовать пластичность алюминия для создания инструментальных пластин, стержней, труб, фольги, проволоки и многого другого. Поскольку алюминий быстро проводит и рассеивает тепло, он остается стабильным с меньшими деформациями во время дуговой сварки по сравнению со сталью или медью.

Однако все эти преимущества сопряжены с дорогостоящими проблемами механической обработки. При обработке пластичных металлов режущий инструмент создает сжимающие напряжения на заготовке. Напряжение постепенно преобразуется в касательное напряжение различной величины и распространяется в нескольких направлениях до угла резания. Когда это касательное напряжение превышает деформацию материала, происходит образование сплошной стружки. Наросты прилипают к наконечнику инструмента и заготовке, что приводит к ухудшению чистоты поверхности и требует, чтобы инструмент резал с большим усилием при каждом проходе.

Чтобы преодолеть эту проблему, важно использовать высококачественные инструменты на низкой скорости с высокой силой трения, поддерживаемой высокой скоростью подачи. Отсутствие нужных инструментов и опыта может привести к увеличению потерь и чрезмерному потреблению сырья, что приведет к низкой рентабельности инвестиций.

Точная резка металла от надежного местного поставщика

Industrial Metal Service уже более двух десятилетий предлагает услуги по резке металла производителям и механическим мастерским в районе залива Сан-Франциско и за его пределами. Наша MetlSaw NF12-T12 может легко резать алюминиевые листы толщиной 12 дюймов, соблюдая самые жесткие допуски, а наша ленточная пила Amada PCSAW 530 X с технологией импульсной резки может быстро и точно резать даже самые прочные стали. Воспользовавшись нашими услугами по прецизионной резке металла, вы сможете сократить материальные отходы и трудозатраты, а также ускорить свои производственные процессы.