Necesito una barra plana de acero de 1/4 "x 1 1/2" x 80 ". Omitiré los detalles de lo que necesito porque esta pregunta es básicamente qué composición produce un acero más fuerte.
www.discountsteel.com tiene una amplia variedad de barras de acero, pero no estoy seguro de cómo leer las clasificaciones con respecto a la resistencia a la tracción y la dureza. Aquí están todos los productos:
Acero inoxidable Acero
laminado en frío Acero
laminado en caliente
Si hace clic en la pestaña Especificaciones de material de ASTM en la parte inferior de las páginas y se desplaza hacia la parte inferior, verá datos mecánicos para los cuales tengo las siguientes preguntas:
En primer lugar, ¿qué es la " resistencia mínima a la tracción"? El acero inoxidable 304 tiene un mínimo de 75, pero el laminado en caliente y el laminado en frío parecen tener rangos de 58-80 y 55-70 respectivamente. ¿Por qué inoxidable tiene un solo número y los otros tienen rangos? ¿Por qué dice mínimo ? ¿Un número mayor significa acero más fuerte?
¿Qué es el límite elástico mínimo?
En segundo lugar, está la escala de dureza que usa la escala Rockwell que he examinado un poco. La clasificación de acero inoxidable para 304 es 88, pero la clasificación para laminado en caliente es B76. Para el laminado en frío, parece dividirse en dos: el laminado en caliente es B67-B80 y el estirado en frío es B80-B90. ¿Esto me confunde aún más porque parece que el acero está laminado en frío y laminado en caliente? ¿Por qué la calificación de acero inoxidable es solo 88, mientras que los demás parecen ser un rango y usan la escala B? ¿El acero inoxidable simplemente se ajusta a una escala ya que solo está representado por un número sin procesar?
Respuestas:
OK, algunas definiciones:
El límite elástico es la cantidad de fuerza requerida para que el acero ceda, lo que significa deformación permanente (es decir, estiramiento permanente).
La resistencia a la tracción (también conocida como "resistencia máxima") es la cantidad de fuerza necesaria para que el acero se rompa realmente. Esto será igual o mayor que el límite elástico.
Mínimo solo significa que el acero será al menos tan fuerte.
La dureza es una medida de la resistencia del acero a los arañazos y abolladuras. Para el uso estructural, probablemente no sea importante, pero sería importante si estuviera buscando un acabado duradero, por ejemplo, una mesa de trabajo o un punto de apoyo para herramientas.
La rigidez (no preguntaste sobre esto, pero es otra forma de ver la resistencia de un material) es una medida de cuánto se desvía algo cuando le pones fuerza. Las aleaciones de acero tienden a ser bastante similares a este respecto.
Como puede ver, "más fuerte" en realidad no tiene una definición específica, depende de lo que esté buscando.
Aquí hay una analogía para la diferencia entre el rendimiento y la resistencia a la tracción: imagina que tienes un resorte. Lo jalas un poco y, cuando lo sueltas, vuelve a su forma original. Esto es "deformación elástica", y no se ha hecho ningún daño. Ahora tira con fuerza de la primavera y ya no vuelve a su forma original. El material ha cedido y tienes "deformación plástica". Esto puede o no considerarse "falla", dependiendo de la aplicación. Ahora tira muy fuerte y las vacaciones de primavera. Esa es la máxima fuerza. Claramente, la primavera ha fallado ahora.
En cuanto a los rangos: "acero" es un nombre no específico para varias aleaciones y se puede hacer en varios grados, de ahí los rangos que ha encontrado. El material generalmente se designa con un número de aleación. "Laminado en frío" y "laminado en caliente" son métodos para moldear el acero, y realmente no le dicen nada sobre la resistencia.
También debo señalar que todas estas propiedades que he mencionado son para el material de acero en sí. Si desea conocer el comportamiento de una pieza de acero real, debe conocer tanto su material como su forma.
fuente
Todo el acero tiene un Módulo de Young de 200 GPa (29 000 ksi) (Esta es la pendiente de la parte recta del gráfico). Ultimate Strength va de 300 a 400 MPa (vistazo de la gráfica), y el rendimiento suele ser de alrededor de 200 MPa (donde la recta se vuelve curva).
En una máquina de prueba, puede estirar y encoger una barra de acero hacia arriba y hacia abajo en esa parte recta del gráfico para siempre (Bueno, la fatiga se activará). Pero una vez que ingrese a la parte curva, la descarga seguirá un camino diferente (vea la línea discontinua).
Para fines estructurales, el límite elástico es el límite elástico. En otras palabras, desea que su diseño se limite completamente a la región elástica (recta) de la tabla de Estrés / Esfuerzo. Si entra en la región plástica, está deformando permanentemente el material. (Aunque los diseñadores de aviones se adentran en la región plástica por razones de peso).
La única razón para comprar acero inoxidable es porque necesita la propiedad de acero inoxidable (es decir, terminar el trabajo). Es muy caro. Para la mayoría de los propósitos, las medidas normales de protección contra la oxidación son suficientes (como el recubrimiento y mantenimiento adecuados de la pintura, o incluso el cromado para superficies acabadas). El acero inoxidable tiene un módulo de Young más bajo y se deformará más con cargas bajas. Sin embargo, esta "Estirabilidad" lo hace mucho más difícil (¡pero no más fuerte!). Piensa en romper una rama seca contra una verde.
La dureza es irrelevante para fines estructurales. Se convierte en un factor en la fabricación de herramientas y el diseño de máquinas, pero no para aplicaciones simples de carga.
EDITAR:
Rigidez / Elasticidad.
Primero necesitamos definir la deformación como (Longitud de deformación) / (longitud original). Esta es una cantidad adimensional, pero puede usar mm / mm o in / in si le gusta pensar de esa manera. También podría considerarlo como% stretch / 100 (es decir, medido como PerUnit en lugar de PerCent - base de 1 en lugar de 100)
Ahora definimos el estrés como la fuerza aplicada sobre el área de la sección transversal. Piénsalo. Cuanta más fuerza, más estiramiento. Cuanto más gruesa es la barra, mayor resistencia al estiramiento. Entonces, el estrés es una combinación de estos dos factores.
La ecuación de deformación es Stress = E * Strain, donde E es el Módulo de Young, o Módulo de elasticidad. Tiene unidades de presión: Comúnmente expresadas en GPa (Kn / mm ^ 2) o Kpi (Kilopounds-force por pulgada cuadrada).
Por lo tanto, un cable de 1 mm ^ 2 duplicará su longitud si se carga con 200 Kn de fuerza: en realidad, se romperá mucho antes de eso.
Doblado:
Esto es complejo, y necesitamos descubrir el segundo momento del área de la sección transversal. Para un rectángulo, esto es I = bh ^ 3/12 donde b es la dimensión horizontal y h es la dimensión vertical. Esto supone que la carga está hacia abajo. Si está cargando horizontalmente, defina vertical y horizontal en términos de la dirección de la fuerza.
Ahora necesitamos construir una función de carga. Esta es una función matemática que define la fuerza en cada punto de la viga.
Integra esa función. El resultado es la función de corte.
Integrarlo de nuevo. El resultado es la función Momento de flexión.
Multiplique por 1 / EI (módulo de Young * el momento de inercia). Este factor tiene en cuenta la propiedad material y la propiedad geométrica.
Integrarlo de nuevo. El resultado es la función de ángulo de desviación (en radianes)
Integrarlo de nuevo. El resultado es la función de deflexión absoluta. Ahora puede enchufar x (distancia desde el origen) y recibir la desviación en las unidades con las que estaba trabajando.
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