Por que alguns metais são mais fortes que outros? Como os fabricantes escolhem um metal ideal para projetos específicos? Bem, Tudo depende das forças do metal e de seu comportamento em situações difíceis.
Neste guia, Discutiremos o gráfico de força de metal, e suas propriedades, e definir o desempenho de cada metal. Então continue lendo para fazer a escolha certa para o seu projeto de trabalho de metal.
O que é um gráfico de força de metal?
Descrição da imagem: A imagem é uma ilustração de um gráfico de força de metal. Mostra curvas de tensão (eixo x) versus estresse (eixo y), destacando pontos -chave como força de escoamento, resistência à tracção, e força final.
O gráfico de força de metal é uma ilustração gráfica das características de força do metal. Permite fazer uma comparação de metais com base em sua tração, colheita, e pontos fortes de cisalhamento.
Além disso, Os gráficos de força descrevem como diferentes metais funcionam em termos de estresse e deformação. Esses gráficos são úteis para os engenheiros, particularmente na identificação do material mais adequado para usar em um determinado projeto. Portanto, você tem que se familiarizar com o comportamento do material sob alta pressão.
Por que conhecer a força do metal é importante?
Compreender a força do metal permite que você faça a escolha certa do material. Avançar, Ajuda a prevenir a falha do material antes de acontecer.
Por exemplo, aço tem um bom rendimento e força de compressão. Enquanto alumínio é mais leve que o aço, mas mais fraco quando se trata de força interna. Titânio é extremamente forte, mas consideravelmente leve, tornando -o ideal para componentes aeroespaciais. Então, A seleção de um metal apropriado aumenta a segurança e a longevidade em aplicações de engenharia. Além disso, Permite custos mínimos de manutenção e reparo.
Quais são os tipos comuns de força de metal?
Tipos de força de metal típicos incluem:
Força de rendimento
Força de escoamento é um limite ao qual a carga é aplicável antes de sofrer deformação permanente. Se um material for superado, então não recuperará sua forma original novamente. A força de escoamento desses metais é diretamente proporcional à sua capacidade de suportar desgaste. Normalmente, A propriedade é óbvia nos setores automotivo e aeroespacial e define interfaces altamente importantes.
Resistência à tracção
Resistência à tracção é definido como uma propriedade matemática para o material que está em forças de alongamento. Os metais percebidos como altos pontos fortes normalmente podem suportar a tensão antes de se preocupar. Por exemplo, O aço não quebra em geral forças. Os setores de construção e fabricação requerem alta resistência à tração como uma virtude.
Resistência à Compressão
A força de compressão descreve a capacidade de lidar com cargas de sustentação de peso para o material em questão. Ele distribui até que ponto um metal pode levar antes de falhar sob uma força de comprimido. Concreto e aço são projetados para levar a carga de compressão na construção.
Força de cisalhamento
A força deslizante mede a capacidade de um material para transmitir força de cisalhamento absoluta. É crucial sobre os materiais de fixadores e articulações. Aço e titânio, por exemplo, são particularmente conhecidos por serem os melhores materiais no que diz respeito à força de cisalhamento. A propriedade oferece confiabilidade em condições estruturais e relacionadas mecanicamente.
O gráfico de força de metal é baseado nos principais parâmetros descritos acima. Os especialistas sempre se referem a esses parâmetros para identificar a adequação do material em diferentes aplicações.
Dureza do material
A dureza define a capacidade do metal de suportar recuo ou desgaste. Materiais mais maciços são bastante mais resistentes para colocar e rasgar. A dureza é particularmente crítica em ferramentas e equipamentos. Depende do tipo de ambiente, mas em particular, Ele controla a durabilidade do produto em condições em que eles são expostos ao desgaste constante.
Ductilidade
A ductilidade do metal descreve a capacidade de dobrar sem quebrar. Material desafiador pode dobrar através de aplicações como alongamento e flexão. No entanto, Materiais flexíveis podem funcionar sem falha em níveis mais altos de carregamento.
Métodos eficazes para melhorar a força do metal
Melhorar a força do metal é essencial para melhorar o desempenho e a durabilidade. Existem vários métodos usados para alcançar isso.
Tratamento térmico
O tratamento térmico é uma das maneiras mais comuns de melhorar a força do metal. Processos como a extinção, temering, e recozimento alterar a microestrutura do metal. Isso aumenta a dureza e a força. Por exemplo, A aço de extinção torna mais difícil, esfriando -o rapidamente.
Liga
A liga envolve a mistura de metais com outros elementos para melhorar a força. Adicionando elementos como carbono, cromo, e o níquel pode aumentar a tração e a força de escoamento. Aço, por exemplo, Torna -se mais forte e mais resistente à corrosão quando ligada ao cromo para formar aço inoxidável.
Trabalho frio
Trabalho a frio fortalece os metais deformando -os à temperatura ambiente. Processos como rolar, desenho, ou extrusão comprime a estrutura de grãos do metal. Isso resulta em maior força e dureza. O trabalho frio é frequentemente usado na produção de arame e chapa metal.
Refinamento de grãos
Refinar a estrutura de grãos de um metal aumenta sua força. Grãos menores criam mais limites de grãos, que melhoram a resistência à deformação. Esse processo é frequentemente usado em ligas de alto desempenho para aplicações aeroespaciais e automotivas.
Endurecimento da superfície
Métodos de endurecimento da superfície, como carburismo e nitragem, aumentam a força da superfície sem afetar o núcleo. Esses processos introduzem carbono ou nitrogênio na superfície, tornando isso mais difícil. Esta técnica é frequentemente usada para engrenagens e outras peças expostas ao desgaste.
Endurecimento por precipitação
O endurecimento da precipitação envolve a adição de pequenas partículas a um metal para bloquear as luxações. Isso aumenta a força e a dureza, especialmente em ligas como alumínio e titânio. É comumente usado nas indústrias aeroespacial e de defesa.
Temperamento
O endurecimento é normalmente realizado após o aquecimento para minimizar a tenacidade do material em sua aplicação desejada. O metal extinto é então aquecido até a temperatura em uma faixa de 200 ° C a 650 ° C. Isso permite que a estrutura interna do metal do metal chegue ao equilíbrio. Desta maneira, está no meio entre dureza e força.
anelamento
anelamento Torna o metal mais difícil, aquecendo -o para uma certa temperatura. Também serve para deportar tensões internas, aumentar a ductilidade, e melhorar a trabalhabilidade do metal. Além disso, O recozimento é aplicado principalmente a cobre, alumínio, e também para aço suave. Aumenta a formabilidade do metal e diminui a tendência do metal de fraturar.
Normalização
O processo de normalização parece muito próximo do endurecimento, As técnicas usadas diferem ligeiramente, e a normalização é feita aquecendo o metal logo acima de sua temperatura crítica, permitindo esfriar no ar. Este processo oferece ao material um refinamento de grãos que produzem melhor força e resistência. A normalização é normalmente usada para aços de carbono, pois ajuda a alcançar estruturas uniformes.
Carburismo
A carburização envolve a introdução de carbono na superfície dos aços de baixo carbono. O metal é aquecido em um ambiente rico em carbono e a alta temperatura resultante é usada para difundir o carbono na superfície do material externo. O processo de carburismo é ideal para rolamentos e produtos do eixo de engrenagem; suscetível ao desgaste.
Quais são os metais de alta resistência comumente usados
- Cromo
- Titânio
- Tungstênio
- Aço carbono
- Aço inoxidável
- Ligas de magnésio
- Inconel
- Ferro
Gráfico de comparação de força de metal: Propriedades e desempenho importantes
Aqui está uma comparação de vários metais com base em parâmetros de força -chave, incluindo força de tração, força de escoamento, dureza, e densidade. Essas métricas ajudam a entender a adequação dos metais para diferentes aplicações.
| Tipo de metal | Resistência à tracção (PSI) | Força de rendimento (PSI) | Dureza (Brinell HB) | Densidade (g/cm³) |
| Aço - inoxidável 303 | 100,000 | 62,000 | 228 (HB) | 8 |
| Aço - inoxidável 304 | ≥74.700 | 47,900 | 123 (HB) | 8 |
| Aço - inoxidável 316 | 84,100 | 42,100 | 149 (HB) | 8 |
| Aço - inoxidável 410 | 221,200 | 177,700 | 422 (HB) | 7.8 |
| Aço - inoxidável 440 | 254,000 | 186,000 | 58 (CDH) | 7.8 |
| Aço - inoxidável 630 | 150,000 – 210,000 | 130,000 – 200,000 | 352 (HB) | 7.8 |
| Aço 1040 | 89,900 | 60,200 | 201 (HB) | 7.8 |
| Aço A36 | 58,000 – 79,800 | 36,300 | 140 (HB) | 7.8 |
| Grau de aço 50 | 65,300 | 50,000 | 135 (HB) | 7.8 |
| Aço D2 | 210,000 – 250,000 | 239,000 – 319,000 | 55 – 62 (CDH) | 7.7 |
| Titânio - grau 1 | 18,000 – 34,800 | 24,700 – 45,000 | 120 (HB) | 4.5 |
| Liga de titânio - grau 12 | 65,300 | 55,100 | 180 – 235 (HB) | 4.5 |
| Tungstênio | 250,000 | 172,500 | 250 (HB) | 19.3 |
| Liga de magnésio | 13,100 – 74,700 | 3,050 – 66,700 | 30 – 118 (HB) | 1.3 – 2.4 |
| Alumínio-1050-H14 | 16,000 | 14,900 | 30 (HB) | 2.7 |
| Alumínio-1060-H14 | 14,000 | 13,000 | 26 (HB) | 2.7 |
| Alumínio - 2024 | 29,000 – 79,000 | 14,000 – 71,000 | 47 – 135 (HB) | 2.8 |
| Alumínio - 3003 | 16,000 – 34,000 | 5,700 – 30,000 | 20-25 (HB) | 2.7 |
| Alumínio-5052-H11 | 28,000 | 11,000 | 46 (HB) | 2.7 |
| Alumínio-5052-H32 | 33,000 | 28,000 | 60 (HB) | 2.7 |
| Alumínio - 5083 | 41,000 – 57,000 | 17,000 – 50,000 | 75 – 110 (HB) | 2.7 |
| Alumínio-6061-T6 | 45,000 | 39,000 | 93 (HB) | 2.7 |
| Alumínio-7075-T6 | 83,000 | 73,000 | 150 (HB) | 2.8 |
| Alumínio - bronze | 8,000 – 147,000 | 10,000 – 116,000 | 40 – 420 (HB) | 7.9 |
| Latão | 18,000 – 150,000 | 5,000 – 99,100 | 54 – 100 (CDH) | 7.2 – 8.6 |
| Cobre | 32,000 | 20,000 | 89 (CDH) | 8.9 |
| Cobre - berílio | 70,000 – 200,000 | 23,000 – 180,000 | 23 – 43 (CDH) | 8.8 |
| Cobre - tantasts | ≥58.000 | – | 115 – 290 (HB) | 14 – 17 |
| Bronze de fósforo - pb1 | 47,000 – 140,000 | 19,000 – 80,100 | 70 – 103 (HB) | 8.9 |
| Zinco | 5,370 – 64,000 | 18,100 – 56,000 | 42 – 119 (HB) | 5.0 – 7.1 |
Resumo
Resumindo, Entender a força do metal é crucial para selecionar o material certo para qualquer projeto de engenharia. As propriedades de metais, como força de tração, força de escoamento, dureza, e densidade afeta diretamente seu desempenho em aplicativos do mundo real. O gráfico de força de metal fornece uma referência essencial para comparar essas propriedades, Ajudando fabricantes e engenheiros a escolher o material mais adequado para necessidades específicas. Se você está trabalhando com alumínio, aço, titânio, ou ligas especializadas, Conhecer seus pontos fortes é ideal para desempenho e durabilidade.
Perguntas frequentes
1º trimestre. O que é força de tração?
Força de tração é o estresse máximo que um material pode suportar antes de quebrar. É medido em libras por polegada quadrada (PSI) e é crucial para materiais que passam por alongamento ou puxar.
2º trimestre. Como a força de escoamento difere da resistência à tração?
A força de escoamento é o nível de estresse no qual um material começa a se deformar permanentemente, Enquanto a resistência à tração é o estresse máximo que ele pode suportar antes da fratura. A resistência ao escoamento é tipicamente menor que a resistência à tração.
3º trimestre. Por que a dureza é importante nos metais?
Dureza indica a resistência de um metal à deformação, arranhando, ou desgaste. Uma classificação de dureza mais alta significa que o metal é mais resistente a forças externas e ideal para aplicações de alto desgaste.
4º trimestre. Qual metal é o mais forte com base na resistência à tração?
O tungstênio tem a maior resistência à tração entre metais que ocorrem naturalmente. Chegou a 250,000 PSI.
Q5. Como a densidade de um metal afeta seu uso?
Densidade afeta o peso do metal, influenciando a escolha de aplicações leves ou pesadas. Por exemplo, O titânio é preferido no aeroespacial devido à sua baixa densidade e alta resistência.
