Добро пожаловать в блог BarSuck-а!

"Какая деталь лучше? алюминиевая или стальная?"

Оценить эту запись
Автор некто "Констонтин" с форума http://www.x-bikers.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
По скольку часто возникают вопросы типа "какая деталь лучше? алюминиевая или стальная?" я решил написать эту статейку

Общие понятия:

Существую такие определения как: предел прочности, предел текучести, предел выносливости и упругая деформация

Предел прочности — механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала.
Предел текучести - при котором происходит пластическая деформация (необратимая, когда геометрия тела не восстанавливается после снятия деформирующего напряжения).
Упругая деформация — деформация, исчезающая после прекращения действий внешних сил. При этом тело принимает первоначальные размеры и форму.
Наклёп - упрочнение поверхности сплавов вследствие изменения их структуры в процессе пластической деформации, снижается пластичность, поверхность становится твёрже.

При малых нагрузках (меньших предела текучести) стальной сплав "играет", тоесть во время нагрузки происходит упругая деформация (в алюминиевых сплавах она так же присутствует, но гораздо меньше), при этом сталь практически не разрушается. При нагрузке которая превышает предел текучести материала - происходит пластическая деформация (необратимая).

Предел текучести и предел прочности для алюминиевых сплавов практически равен (разница не велика). Поэтому алюминиевый сплав меньше играет чем сталь, он жощще.

Сроки службы изделия и максимальные нагрузки, которые изделие способно выдержать зависят на прямую от сплава металла и от его геометрических характеристик (толщина, ширина и тд). Так же многое решает термо обработка (структура материала)

Предел выносливости (усталости) - способность воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения в материале.

При циклических нагрузках алюминиевый сплав будет постоянно накапливать усталость, и с каждым цыклом становится все слабее пока не разрушится.
Сталь же будет накапливать усталость до определенного момента, потом она либо разрушится, либо будет просто "играть".

Само разрушение обусловленно в первую очередь образованием наклёпа - снижается пластичность, увеличивается твёрдость и хрупкость.

График накопления усталости для стали и алюминия:


На испытуемые образцы воздействует постоянная циклическая нагрузка, при этом замеряется "сопротивление" материала. Сопротивление алюминия постоянно стремится к нулю. Сопротивление стали достигает определенного минимума, и не меняется пока нагрузка не увеличится.

Вообщем суть морали такова: мелкие нагрузки практически не оказывают влияния на свойства стальной конструкции.
А вот алюминий постепенно разрушается при любых циклических нагрузках.

Интересный факт: чем больше площадь сечения изделия паралельно направлению циклической нагрузки - тем быстрее изделие накопит усталость!
Тоесть если сравнивать 14мм ось и 10мм ось втулок из одинакового материала, то 10мм ось медленнее будет накапливать усталость чем 14мм!

Коррозия (ржавение)

Является очень важным моментом:

Алюминий и его сплавы стойки к коррозии. Отличается большой чувствительностью к кислороду. В воздухе, или в иной кислородосодержащей среде, алюминий теряет блеск, покрываясь твердой и плотной оксидной пленкой, которая не растворяется в воде. Эта пленка оберегает алюминий во влажной среде от дальнейшей коррозии.

Некоторые алюминиевые сплавы могут коррогировать в атмосферной среде. Поэтому эксплуатировать их без краски/анодировки не рекомендуется.
Сталь так же чувствительна к кислороду. Но в обычной стали оксидная пленка не образуется. Для увеличения стойкости стали к коррозии ёё легируют хромом. Легирование хромом больше чем на 12-16% значительно повышает коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию на поверхности материала стойкой оксидной пленки, защищающей изделие от взаимодействия с кислородом.

Интересный факт: стальная пластина на открытом воздухе за год теряет в толщине 0,1-0,2мм из-за коррозии!
Без труда можно высчитать сколько времени прослужит вам стальное изделие без защиты от коррозии...

Для сталей высоколегированных хромом или никелем существует такая угроза как ножевая коррозия, возникающая в околошовных зонах (в линии сплавления). Беда ёё в том, что в некоторых случаях она может протекать с бешеной скоростью - несколько сантиметров в год!
Возникает этот вид коррозии за счет снижения содержания хрома в зоне сплавления.

Сварка:

Сварной шов является наиболее уязвимым местом конструкции!

Во-первых: термическое воздействие сварной дуги вызывает изменение структуры металла в околошовной зоне: образуются хрупкие структурные участки, возникают микронапряжения (вызванные деформацией металла под воздействием температур), и другие дефекты. Для усреднения структуры шва и снятия напряжений сварные изделия после сварки подвергают дополнительной термообработке.

Во-вторых: существует проблематичность контроля качества сварного шва. В процессе сварки могут образовыватся поры и различные дефекты, которые невозможно определить невооружонным глазом. Существует определённая норма допустимых количеств дефектов на определенный объём шва. Допустимые дефекты не влияют на прочностные характеристики изделий. К сведению в различных странах процент допустимых дефектов различный, к примеру для стран СНГ это до 11%, Европа до 15-17%, Япония до 19-21%.

Сварка как алюминия, так и его сплавов осложнена тем, что в процессе сварки на поверхности расплавленного слоя моментально образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия. Эта пленка препятствует процессу сплавления отдельных частиц металла. Проблема в том, что оксид алюминия плавится при температуре 2050°С, а сам алюминий — 658°С что вызывает определенные трудности.

Статья написана в нетрезвом состоянии на основе собственных знаний.
График накопления усталости взят с Википедии.
Констонтин (с) 2010

Обновлено 27.03.2012 в 11:20 BarSuck

Категории
Тюнинг , Разное

Комментарии