Сталь против алюминия: какой металл обеспечивает превосходную вязкость и производительность?

При сравнении стали и алюминия сталь отмечается как более прочный из двух металлов, потому что она в 2,5 раза плотнее алюминия и имеет высокую прочность на растяжение. Сталь также предлагает большую коррозионную стойкость, чем алюминий. Однако алюминий более вязок, чем сталь, что дает ему отличную ковкость, что особенно полезно для таких отраслей, как авиакосмическая, электротехническая и строительная.

Ниже мы глубже рассмотрим вязкость стали против алюминия и обсудим, почему вязкость важна, особенно когда речь идет о структурных применениях.

Что такое вязкость?

Вязкость относится к способности металла выдерживать пластическую деформацию без разрушения под напряжением или нагрузкой.

Два разных значения обычно определяют прочность материала:

1. Предел прочности: Максимальная прочность, которую материал может выдержать перед разрушением
2. Предельная текучесть: Максимальное напряжение, которое материал может выдержать при деформации в пределах его эластического предела

Вязкость материала относится к зоне между предельной текучестью и предельной прочностью на растяжение. Чем больше расстояние между этими двумя точками, тем более вязок материал.

Важность вязкости

Вязкость позволяет конструкциям изгибаться до определенной степени без разрыва. Эта характеристика крайне полезна для проектирования сейсмостойких конструкций.

Цель обычных строительных норм — предотвратить обрушение в случаях экстремальных экологических опасностей, таких как землетрясения. Чтобы предотвратить внезапное обрушение, структурный ответ здания на сейсмические волны должен быть высоким, и он также должен быть способен одновременно снижать амплитуду вибрации. Добавление вязкости к структурным элементам действует как поглотитель сейсмических энергий, возникающих во время землетрясений.

Использование вязких материалов в структурных применениях имеет следующие преимущества:

• Добавляет надежность конструкциям
• Равномерное распределение напряжений и сил по всей конструкции
• Улучшает прочность элементов, соединений и конструкций
• Показывает предупреждение о разрушении до обрушения
• Позволяет конструкциям выживать при тяжелых сейсмических нагрузках

Вязкость стали против алюминия

Чтобы лучше понять вязкость стали против алюминия, давайте сначала рассмотрим каждую из их структур.

Алюминий образует повторяющуюся кристаллическую структуру, также известную как гранецентрированная кубическая (ГЦК) структура. Одним из преимуществ этой структуры является то, что она содержит системы скольжения, которые легко деформируются при приложении силы. Именно поэтому алюминий более вязок, чем сталь, которая имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру. ОЦК структура не имеет тесно упакованной атомной структуры и также не имеет преобладающих систем скольжения, как ГЦК. Однако материалы ОЦК могут активировать скольжение с тепловой энергией.

Рассматривая вязкость стали, сталь — это сплав железа и углерода. В железе расположение атомов зависит от температуры, что означает, что прочность стали может быть повышена с помощью различных процессов термической обработки и закалки. Однако с увеличением прочности сталь начинает терять свою вязкость. Например, мартенситная сталь — самая прочная и твердая марка стали, но она также самая хрупкая. Добавление дополнительных легирующих элементов вместе с нагревом и закалкой может значительно увеличить вязкость стали. Например, добавление очень малого количества углерода в сталь может увеличить ее вязкость до 50% от вязкости алюминиевого сплава.

В сравнении, алюминий — относительно мягкий материал с низкой температурой плавления; таким образом, чистый алюминий по своей природе высоко вязок. Благодаря своей высокой вязкости алюминиевые сплавы легче образуют стружку, чем сталь или медь, позволяя им формироваться близко к концу проектирования продукта. В результате алюминий высоко востребован как для прототипирования, так и для серийного производства.

Преимущества и проблемы обработки стали и алюминия

Вязкость стали против алюминия позволяет им развивать формуемость без повреждений. Сталь можно вытягивать в проволоку, балки, прутки и рамы для удовлетворения конкретных требований любого строительства. Также вы можете использовать вязкость алюминия для создания инструментальных плит, прутков, трубок, фольги, проволоки и многого другого. Поскольку алюминий быстро проводит и рассеивает тепло, он остается стабильным с меньшей деформацией при дуговой сварке по сравнению со сталью или медью.

Однако все эти преимущества сопряжены с дорогостоящими проблемами обработки. При обработке вязких металлов режущий инструмент создает компрессионное напряжение на заготовке. Напряжение постепенно преобразуется в сдвиговое напряжение разных величин и распространяется в нескольких направлениях к углу резания. Когда это сдвиговое напряжение превышает деформацию материала, происходит формирование непрерывной стружки. Накопленный материал срастается с наконечником инструмента и заготовкой, что приводит к плохой чистоте поверхности и требует от инструмента резать с большей силой при каждом проходе.

Чтобы преодолеть эту проблему, важно использовать высококачественные инструменты на низкой скорости с высокой силой трения, подкрепленной высокой скоростью подачи. Отсутствие правильных инструментов и экспертизы может привести к большему отходам и чрезмерному потреблению сырья, что приведет к низкой рентабельности инвестиций.

Точная резка металла от надежного местного поставщика

Industrial Metal Service более двух десятилетий предлагает услуги по пилированию металлов для фабрикантов и станочных цехов в районе залива Сан-Франциско и за его пределами. Наш MetlSaw NF12-T12 может легко резать 12-дюймовые алюминиевые плиты, соблюдая самые тесные допуски, а наш ленточный пильный станок Amada PCSAW 530 X с технологией импульсного резания может быстро и точно резать даже самые прочные стали. Используя наши услуги точной резки металла, вы можете сократить отходы материала и затраты на труд, ускоряя свои производственные процессы.