Влияние сил растяжения и сжатия на металл

Прочность металла играет важную роль при проектировании продуктов или структурных архитектур. Существуют различные элементы прочности металла, включая предел прочности при растяжении, предел текучести, твердость и плотность. Силы растяжения и сжатия могут влиять на величину напряжения или давления, которое может выдержать металл до того, как он разрушится, поэтому важно определить, прочность какого материала будет лучше всего работать в зависимости от требуемого применения.

Силы растяжения и сжатия:краткое руководство

Ниже мы кратко описываем растягивающие и сжимающие силы в металлах, разбираем, как они работают, и какие эффекты они могут оказывать на различные металлы.

Растягивающая сила в металлах

Всякий раз, когда металл растягивается, он находится под действием растягивающей силы. Математически растягивающее напряжение равно силе/площади. Максимальное напряжение, которое может выдержать металл, представляет его прочность на растяжение.

Прочность на растяжение можно разделить на две части:

• Доходность: Когда металл подвергается внешней растягивающей нагрузке, он испытывает упругую и пластическую деформацию. Предел текучести обозначает усилие растяжения, при котором металл может восстановить свою первоначальную форму после прекращения действия силы.
• Предельная прочность на растяжение: За пределами предела текучести металл будет продолжать демонстрировать пластическую деформацию до тех пор, пока не произойдет образование шейки. Этот предел известен как предел прочности при растяжении. Короче говоря, это максимальное напряжение, которое может выдержать металл, не разорвавшись на две части.

Сжимающая сила в металлах

Сила сжатия представляет собой максимальное сжатие или давление, которое металл может выдержать без разрушения. Уменьшена длина по сравнению с исходной мерой.

Существует шесть различных типов режимов разрушения при сжатии:

<я> <я>

1. Изгиб: Внезапное боковое изменение формы под действием осевой нагрузки
2. Стрижка: Разрушение при скольжении в направлении приложенной силы
3. Двойной баррель: Образование двух бочонков при сжатии высоких призматических тел без внешних зон
4. Баррелинг: Создание выпуклой поверхности на внешней стороне цилиндра
5. Однородное сжатие: На контактной поверхности отсутствует трение
6. Нестабильность сжатия: Отказ из-за рабочего разупрочнения металла

Широко распространенным тестом для определения прочности на сжатие является тест на твердость по шкале Мооса.

Разные металлы при растяжении и сжатии

Максимальное значение прочности на сжатие и предел прочности на растяжение варьируется между металлами. Некоторые металлы демонстрируют исключительную прочность на растяжение при растяжении, в то время как некоторые металлы хорошо выдерживают максимальное усилие сжатия. Таким образом, сравнение двух металлов при растяжении и сжатии требует в первую очередь признания применения металла; только тогда его становится легко сравнивать с другими металлами.

В таблице ниже сравниваются прочность, твердость и плотность различных металлов:

<я>

Сталь имеет более высокую прочность на растяжение и предел текучести, чем алюминий; однако алюминий легкий и обладает лучшей устойчивостью к коррозии, чем сталь. Таким образом, важно изучить параметры при рассмотрении требований приложения.

Кроме того, металл может иметь высокую прочность на растяжение, но низкую прочность на сжатие, и наоборот. Например, прочность на сжатие чугуна больше, чем его прочность на растяжение, а для мягкой стали — наоборот.

Хрупкие материалы, такие как чугун, содержат много пустот. При растяжении эти пустоты действуют как надрезы, что приводит к быстрому распространению трещин по материалу. Но под действием сжимающей силы эти пустоты закрываются, сводя на нет любую возможность распространения трещины.

С другой стороны, в пластичных материалах трещины, образовавшиеся под нагрузкой, легко закрываются, не распространяясь по материалу. В результате они одинаково прочны на растяжение и сжатие; однако они, как правило, выходят из строя под нагрузкой сдвига.

Важность понимания прочности материалов

Прочность на сжатие и растяжение являются очень важными свойствами металла, когда дело доходит до инженерного проектирования. В любой инженерной конструкции главная цель состоит в том, чтобы свести пластическую деформацию к минимуму. В связи с этим модуль Юнга (обозначаемый как E) можно считать ключевым параметром в процессе выбора.

Модуль Юнга — еще один способ расчета степени деформации материала при продольном растяжении или сжатии. Он определяется как отношение между продольным напряжением и деформацией. Чем выше модуль Юнга, тем жестче материал и тем меньше упругая деформация при данной приложенной нагрузке.

Вот, например, если мы построим дом из металла с низким модулем Юнга, он будет сильно прогибаться под сжимающей нагрузкой; более жесткий металл даст более желаемый отклик.

Современные шесты для прыжков являются отличным примером этого. Чтобы максимизировать производительность спортсмена, шест для прыжков должен быть изготовлен из легких материалов, но также должен сохранять упругую нагрузку при изгибе шеста. Таким образом, эти опоры изготовлены из стекловолокна (E =15 ГПа) или смеси стекловолокна и углеродного волокна (E =500 ГПа).

Модуль Юнга для некоторых наиболее часто используемых металлов показан ниже:

<тд> <тд>102-125 <тд>31 <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд>105-120 <тд> <тд>190-210

Материал	Модуль Юнга (E)
	106psi	109 Н/м2, ГПа
Алюминий	10.0	69
Латунь
Медь	17	117
Никель	170
Нержавеющая сталь (AISI 302)	180
Конструкционная сталь (ASTM-A 36)	200
Углеродистая сталь	215
Титан (чистый)	16
Титановый сплав
Кованое железо

Покупка металлов для любого применения

На протяжении более двух десятилетий Industrial Metal Service предлагает новые металлы заводского производства и проверенные металлические остатки владельцам небольших металлообрабатывающих мастерских и производителям в районе залива Сан-Франциско и за его пределами. Наш широкий ассортимент включает алюминий, титан, медь, латунь и специальные металлы, такие как инконель и хастеллой. Для местных жителей воспользуйтесь услугами доставки. Мы также можем осуществлять доставку по всей стране для тех, у кого нет местного поставщика металла!