Čvrstoća čelika je složen atribut koji obuhvaća nekoliko mehaničkih svojstava koja zajedno određuju otpornost materijala na vanjske sile i naprezanja. Razumijevanje zahtijeva procjenu niza čimbenika, od vlačne čvrstoće/popuštanja/smične/tlačne čvrstoće do uvjeta okoline.
Što je čvrstoća čelika?
Čvrstoća čelika je opći izraz koji se ne može precizno kvantificirati. Najbolje se definira na sljedeći način i uključuje niz različitih mehaničkih svojstava čelika:
Čvrstoća čelikaje vrhunac svih mehaničkih ponašanja koja rezultiraju općom otpornošću na naprezanja, pritiske i energije iz okoline prije nego što dođe do loma ili nepovratne deformacije.
Za više informacija o mehaničkim svojstvima, posjetite naš Uvod uMehanička svojstva metala.
Vrste mehaničke čvrstoće čelika
U osnovi, čvrstoća čelika može se podijeliti u četiri različite metrike, od kojih je svaka točka loma čelika pod specifičnom silom ili stresom koji se na njega primjenjuje. Da bi se stvorilo kolektivno promatranje, svaki od četiri oblika snage treba promatrati zasebno iu međusobnoj vezi.
Vlačna čvrstoća: Sposobnost čelika da se odupre razdvajanju (poznata i kao krajnja vlačna čvrstoća).
Vlačno naprezanje:Vuče materijale u suprotnim smjerovima.
Čvrstoća popuštanja:Točka u kojoj elastično ponašanje metala ustupa mjesto plastičnoj deformaciji.
Elastičnost:Sposobnost materijala da se vrati u svoj izvorni oblik nakon što je podvrgnut deformirajućoj sili.
Plastična deformacija:Točka trajne deformacije (ali ne i loma).
Smična čvrstoća:Sposobnost čelika da se odupre lomljenju ili rezanju duž svojih ravnina.
Smični napon:Sila koja dolazi sa strane, iz sredine ili suprotnih smjerova, djelujući na samo dio metala, može ga rasjeći ili slomiti.
Čvrstoća na pritisak: Sposobnost čelika da se odupre stiskanju, sabijanju ili smanjenju veličine (nije toliko relevantno kada se ocjenjuju čelični zatvarači).
Tlačno naprezanje:Sila koja gura čelik zajedno kako bi ga skratila i raširila u bočnom smjeru.
Sve će te snage utjecati jedna na drugu. Vlačna čvrstoća utječe na čvrstoću tečenja i čvrstoću na smicanje, čvrstoća na pritisak utječe na granicu tečenja i tako dalje. Od ključne je važnosti izbjegavati ih procjenjivati u vakuumu. Budući da se većina drugih metrika izvodi iz vlačne čvrstoće, u konačnici je korisno započeti tamo.
Ostala mehanička svojstva koja utječu na čvrstoću
Metal može biti jak, a da nije jako tvrd ako se uzmu u obzir njegova vlačna čvrstoća, popuštanje, posmična i tlačna čvrstoća. Ovdje na čvrstoću čelika utječu njegova tvrdoća i duktilnost.
Tvrdoća
Odnos između tvrdoće i snage je složen, pogotovo zato što mjere slične stvari:
Snagamjeri otpornost na vanjske sile i stresove.
Tvrdoćamjeri sposobnost otpornosti na plastičnu deformaciju.
Isti se koncept testira kroz širok raspon testova tvrdoće: koliko je snage potrebno da se predmet pritisne u materijal i ostavi trajno udubljenje? Čini se da se otpor metala prema vanjskoj sili povećava s njegovom tvrdoćom, što označava njegovu čvrstoću. U stvarnosti, veća tvrdoća je u korelaciji s većom vlačnom čvrstoćom i čvrstoćom tečenja.
Međutim, čelik mora izdržati dodatne sile, poput pucanja. Izuzetno tvrd čelik može postati toliko krt da se lako lomi, označavajući prag na kojem čvrstoća više nije prednost. Zapravo, prevelika tvrdoća može oslabiti čelik.
Duktilnost
Ovaj odnos također je teško kvantificirati, pa ćemo započeti s definicijom:
Duktilnost:Mjera sposobnosti metala da se podvrgne plastičnoj deformaciji bez loma.
Duktilnost se mjeri pomoću dva testa:
Istezanje:Mjeri koliko se materijal rasteže prije nego što se slomi. Test označava dvije točke na materijalu prije istezanja. Nakon što se rastegne do točke loma, točke se ponovno mjere i produljenje se izračunava na temelju dvije udaljenosti.
Smanjenje površine:Mjeri koliko se područje smanjuje od početne točke do prijelomne točke. Testovi mjere promjer materijala prije rastezanja i nakon loma i izračunavaju razliku.
Jedan od načina da pogledate nisku vlačnu čvrstoću i čvrstoću tečenja nodularnog čelika jest vidjeti koliko se malo opire plastičnim deformacijama. Ali budući da je teško slomiti nešto što se lako savija, vjerojatno ima manju čvrstoću na smicanje. Međutim, nakon što se iskrivi, fleksibilan je i otporan je na cijepanje.
Strojnost
Mogućnost strojne obrade je stupanj do kojeg se materijal može rezati s malo ili bez lomljenja ili pogoršanja kvalitete površine. Materijal koji se slabo obradi može zahtijevati više sile i vjerojatno će rezultirati oštećenjem, dok se materijal visoke obradivosti može rezati jednostavno i uz mali otpor.
Smanjena vlačna čvrstoća obično je povezana s dobrom obradivošću; usporedite poteškoće rezanja kita s pečenom glinom. Veza s čvrstoćom na smicanje je ista: materijal se lako lomi duž svojih ravnina ako se može strojno obraditi.
Žilavost
Vlačna čvrstoća i duktilnost dvije su karakteristike koje zajedno čine žilavost. Materijal se smatra čvrstim ako ima obje kvalitete, to jest, ako se može savijati samo kada je izložen značajnoj sili, a da se još uvijek odupire lomljenju. Ovo je posebno korisno u slučajevima kada je metal iscrpljen ili oštećen, budući da duktilnost usporava brzinu lomljenja sitnih pukotina.
Vlačna čvrstoća nedvojbeno ima ulogu u žilavosti. Čvrsti čelici također često imaju visoke granice razvlačenja jer vlačna granica i granica tečenja često surađuju. Još jedan znak visoke smične čvrstoće bila bi sposobnost podnošenja loma pod djelovanjem sile.
Čvrstoća čelika je složena osobina koja uključuje različita mehanička svojstva koja određuju njegovu otpornost na vanjske sile i naprezanja. Važno je razumjeti kako radi kako biste mogli procijeniti njegovu potencijalnu izvedbu u svojoj aplikaciji;Wenqijev tim za inženjersku podrškupomaže vam da uzmete u obzir različite faktore čvrstoće kako biste mogli odabrati pravi materijal za svoje potrebe.
