Metallfestigkeitstabelle:Folgendes muss jeder Produktdesigner wissen

Was ist das ideale Metall (oder die ideale Metalllegierung) für mein Projekt?

Produktdesigner stellen sich diese Frage häufig während der Produktentwicklungsphase. Und während viele Faktoren zum Erfolg einer Metalllegierung für ein Produktentwicklungsprojekt beitragen, stehen die mechanischen Eigenschaften der Legierung (wie die Metallfestigkeit) ganz oben auf der Liste.

Die Metallfestigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Metalls, einer Verformung (und einem Versagen) unter der Einwirkung verschiedener Kräfte (oder Belastungsbedingungen) zu widerstehen. Es gibt jedoch verschiedene Arten von Metallstärken und mehrere Metriken, mit denen Sie sie messen können. Hier besprechen wir alles, was Sie über die Festigkeit von Metallen und Metallfestigkeitstabellen wissen müssen.

Unterschiedliche Ladebedingungen verstehen

Um zu verstehen, was die Festigkeit von Metallen mit sich bringt, müssen wir zunächst diskutieren, wie Materialien auf Belastungen aufgrund von aufgebrachten Kräften oder Bewegungen reagieren. Abbildung 1 ist eine Darstellung einer typischen Rute, die die verschiedenen grundlegenden Belastungsarten erfährt.

Abbildung 1:Grundlegende Arten von Belastungszuständen

Bei Druckbelastung neigen zwei gleiche Kräfte dazu, in entgegengesetzte Richtungen auf die Stange zu drücken, wodurch sie verdichtet wird. Wie die Druckbelastung weist auch die Zugbelastung zwei entgegengesetzt wirkende Kräfte auf. Die Kräfte bei Zugbelastung neigen jedoch dazu, die Stange zu ziehen.

Biegebelastung tritt auf, wenn zwei Kräfte (mit gleicher Richtung) im Abstand auf den Stab einwirken. Im Gegensatz dazu weist die Scherbelastung Kräfte auf, die koplanar mit dem Stabquerschnitt aufgebracht werden, was bedeutet, dass sie tangential zur herkömmlichen Belastungsachse wirken.

Unabhängig von der Art der Belastung, die auf diesen Stab einwirkt, können die Auswirkungen dieser externen Kräfte auf diesen Stab anhand von zwei Schlüsselparametern abgeschätzt werden:Spannung und Dehnung.

Was sind Stress und Belastung?

Von Mises Engineering Stress Plot einer Motorpleuelstange auf einer technischen Zeichnung

Spannung ist die Größe einer äußeren Kraft, die über die Querschnittsfläche eines Körpers wirkt. Im Gegensatz dazu beschreibt Dehnung die Verformung, die der Körper in Richtung dieser Kraft erfährt.

Betrachten Sie es so. Angenommen, Sie üben eine vorgegebene Zugkraft auf den kreisförmigen Querschnitt einer Aluminiumstange aus. In einem solchen Szenario setzen Sie den Stab einer Zugspannung aus und verursachen innere Kräfte zwischen den Stabpartikeln. Infolgedessen bewirkt diese innere Kraft, dass sich das Partikel des Stabs allmählich dehnt und verformt, was die Dehnung beschreibt.

Unter der Annahme, dass Sie die Zugkraft (oder Spannung) weiter erhöhen, würden Sie feststellen, dass die Verformung zunimmt, bis das Material schließlich versagt oder auseinanderbricht. Das Verhalten des Stabes vor dem Versagen hängt von den verschiedenen Arten der Metallfestigkeit ab, die er besitzt.

Was sind die Arten von Stärke?

Abbildung 2 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, wie ein Metallteil auf Zugspannung reagieren würde, bevor es versagt.

Abbildung 2:Grafische Spannungs-Dehnungs-Darstellung

1. Streckgrenze

Die Streckgrenze bezieht sich auf die maximale Festigkeit, der ein Metall vor einer plastischen Verformung standhalten kann, was eine dauerhafte Formänderung des Metalls ohne Bruch bedeutet.

2. Ultimative Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit (auch Zugfestigkeit genannt) ist die maximale Zugspannung, der das Metall standhalten kann, bevor es versagt (oder bricht). Sie können die Zugfestigkeit eines Metalls mit einer Zugprüfmaschine bewerten.

Die Zugprüfmaschine verfügt über zwei Keilspannzeuge, die an beiden Enden ein Metallstück festhalten. Die Maschine zieht während des Prüfvorgangs langsam in Längsrichtung an dem Teil, bis das Teil bricht. Die auf das Metall ausgeübte Zugkraft (oder Spannung) und die Dehnung werden während des gesamten Tests gemessen, um die Streckgrenze und die endgültige Zugfestigkeit des Metallstücks zu bestimmen.

Abbildung 3:Zugprüfmaschine

Tabelle 1 zeigt die Streckgrenze und Zugfestigkeit verschiedener unedler Metalle, die Sie für Ihr Produktentwicklungsprojekt in Betracht ziehen könnten. Diese Werte wurden aus einer Reihe von Zugversuchen an verschiedenen Metallen ermittelt.

Tabelle 1:Metallfestigkeitstabelle

Aber die Stärke eines Metalls ist nicht auf Streckgrenze und Zugfestigkeit beschränkt.

Andere Arten von Metallfestigkeit

Druckfestigkeit :beschreibt die maximale Druckspannung, der ein Teil standhalten kann, bevor es versagt oder bricht. Sie können die Druckfestigkeit mit einer Druckprüfmaschine auswerten, die der Zugprüfvorrichtung ziemlich ähnlich ist, außer dass die Druckprüfvorrichtung das Teil zusammendrückt.

Schlagfestigkeit :beschreibt die Fähigkeit eines Metalls, plötzlichen scharfen Belastungen ohne Bruch (oder Versagen) standzuhalten. Sie wird normalerweise als Energiemenge ausgedrückt, die das Material vor dem Bruch absorbieren kann, und kann mit der Schlagprüfmaschine bestimmt werden.

Abbildung 4:Schlagprüfmaschine

Die Schlagprüfmaschine verfügt über ein Pendel, das mit einer vorbestimmten Kraft auf ein Metallstück schlägt, bis es bricht. Die Energiemenge, der das Metall widerstehen kann, bevor es versagt, wird als Schlagfestigkeit des Metalls bestimmt.

Scherfestigkeit:beschreibt die maximale Scherbelastung, der ein Metall standhalten kann, bevor es bei Scherung versagt.

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Nachdem Sie nun verstanden haben, was Metallfestigkeit mit sich bringt, stimmen Sie zu, dass die Wahl eines Metalls, das den unterschiedlichen Belastungsbedingungen standhalten kann, denen Ihr Produkt (oder Teil) ausgesetzt ist, von entscheidender Bedeutung ist. Neben der Auswahl eines idealen Metalls müssen Sie jedoch auch sicherstellen, dass Ihre Metallteile mit modernsten Fertigungstechnologien genau und präzise bearbeitet werden.

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