Tin tức & sự kiện

So sánh thép không gỉ và kim loại khác

So sánh thép không gỉ và kim loại khác

Thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm và y tế vì nó dễ dàng được làm sạch và vệ sinh. So sánh thép không gỉ và các kim loại khác. Sức mạnh và khả năng chống ăn mòn thường làm cho nó trở thành vật liệu được lựa chọn trong các thiết bị vận chuyển và xử lý, các bộ phận động cơ và súng, thép không gỉ. Và đôi khi, các nhà thiết kế chỉ định thép không gỉ chỉ đơn giản vì vẻ ngoài của nó, không phải vì đặc tính cấu trúc của nó. Tuy nhiên, so sánh thép không gỉ và các kim loại khác, lợi ích của nó không phù hợp với mọi ứng dụng.

Trong hàng không, ví dụ, tiện ích của nó là không rõ ràng. Các kim loại hàng không vũ trụ thường được sử dụng bao gồm dập tắt nước, thép hợp kim AISI, Hiệp hội nhôm AA -T Alclad, nhôm AA -T Alclad, thép không gỉ AISI austenitic và thép không gỉ AISI C martensitic. Ở đây, cách họ so sánh.

Sức mạnh thép

• Thép hợp kim AISI chứa. đến.% crom và không có niken đáng kể. • Nhôm AA -T và AA -T cũng không chứa niken, nhưng AA -T chứa.% crôm. • AISI không chứa% crôm và% niken. • AISI C có% crôm và. đến.% carbon.

Thép thường nặng hơn% so với nhôm nhưng cường độ riêng, tỷ lệ cường độ so với mật độ, là tài sản đáng quan tâm của các nhà thiết kế máy bay. Trong số năm vật liệu, thép không gỉ C có cường độ riêng cao nhất, tiếp theo là thép hợp kim, nhôm -T và nhôm -T. Thép không gỉ AISI có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng thấp nhất trong số năm.

Nhìn vào sức mạnh, các nhà thiết kế nên xem xét hai tham số. Một là độ bền kéo cực đại UTS, ứng suất kéo cực đại mà vật liệu có thể chịu đựng mà không bị rách. Thứ khác là cường độ năng suất, tải trọng kéo trên một đơn vị diện tích cần thiết để làm biến dạng vĩnh viễn một vật liệu. Lên đến điểm năng suất, biến dạng là đàn hồi; vật liệu trở về hình dạng ban đầu sau khi tải được gỡ bỏ. Sức mạnh năng suất thường được xác định là giao điểm của đường cong căng thẳng với đường thẳng song song với phần đường thẳng ban đầu của đường cong và được bù bởi% biến dạng, thường được gọi là% ứng suất.

Đối với cả UTS và% cường độ năng suất, C không gỉ tỏa sáng so với các hợp kim thép và nhôm khác trong so sánh này. thép hợp kim đến trong một giây gần. Nhôm rơi xuống đáy về UTS, nhưng thép không gỉ có cường độ năng suất% thấp nhất tại. ksi.

Một đặc tính quan tâm khác là độ giãn dài, số lượng vật liệu kéo dài trước khi gãy. Độ giãn dài lớn hơn có nghĩa là vật liệu ít bị gãy hơn, nhưng nó thường đi đôi với độ cứng thấp hơn. Độ giãn dài thường được biểu thị bằng phần trăm thay đổi độ dài so với chiều dài đo ban đầu.

Ở đây, không gỉ kéo dài nhất ở%. C không có độ giãn dài ngắn nhất ở%. Cấu trúc martensitic của nó làm cho nó mạnh mẽ nhưng giòn.

Độ bền cắt, ứng suất tối đa mà vật liệu chịu đựng trước khi nó bị gãy, phát huy tác dụng khi các bộ phận nhìn thấy lực ngoài trục. Độ bền cắt thường không được trích dẫn cho thép không gỉ vì chúng quá thấp để có giá trị kỹ thuật. thép hợp kim có mô đun cắt xung quanh, ksi, thấp hơn so với thép hợp kim nhôm.

Độ cứng là một vật liệu có khả năng chống lại trầy xước hoặc trầy xước. Vật liệu cứng hơn có thể bền hơn, nhưng chúng cũng khó gia công hơn. C thép không gỉ và thép hợp kim là hai kim loại cứng nhất trong so sánh này.

Khi vật liệu được làm nóng, chúng mở rộng. Tốc độ giãn nở tuyến tính này là hệ số giãn nở nhiệt CTE. CTE thấp hơn cho phép các nhà thiết kế hạ thấp sự thay đổi kích thước khi nhiệt độ tăng. Ở đây, C có CTE thấp nhất trong số 5 hợp kim này tại. × - in.in. ° F giữa và ° F.

Tải trọng cao nhất có thể được áp dụng nhiều lần mà không làm vỡ vật liệu được gọi là giới hạn mỏi hoặc độ bền. Thép hợp kim AISI tỏa sáng tại ksi, lớn hơn ba lần so với hợp kim gần nhất tiếp theo, thép không gỉ C.

Để biết thêm dữ liệu tài sản, xem bảng đi kèm.

So sánh chi phí

Tính chất cơ học không phải là tiêu chí duy nhất mà vật liệu được đánh giá. Chi phí cũng vậy. Nguyên liệu thô không chắc chắn có giá thấp nhất trong phân tích này là thép hợp kim. -T nhôm có chi phí% cao hơn và -T nhôm đắt hơn%. thép không gỉ chỉ có chi phí tăng đến% trong khi thép không gỉ C đắt hơn% so với thép hợp kim.

Phân tích so sánh này là dành cho thép không gỉ ở mức thấp của thang đo tính chất. Yêu cầu về cường độ cao hơn ở nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn tốt hơn làm tăng thêm chi phí.

Trong khi các yêu cầu vật liệu nghiêm ngặt có thể làm tăng chi phí, gia công làm tăng chi phí của các bộ phận hoàn thành nhiều hơn so với chính vật liệu. Cụ thể, tốc độ cắt bề mặt tính bằng feet trên phút xác định thời gian máy xử lý phải đầu tư vào từng loại vật liệu.

Thép carbon AISI được coi là tương đối dễ cắt. Thép hợp kim được ủ chỉ có thể được cắt% nhanh nhất. Thép không gỉ Anneal và C có tốc độ cắt bề mặt thấp hơn% và% so với thép carbon.

Sự khác biệt về tốc độ cắt một phần là do hàm lượng lưu huỳnh của vật liệu. Nhiều lưu huỳnh làm cho hợp kim dễ gia công hơn. thép carbon có. đến.% lưu huỳnh so với.% trong thép hợp kim và.% in và C thép không gỉ.

Ngược lại, các hợp kim nhôm như -T và -T có thể được gia công với tốc độ gấp ba lần tốc độ.

Hàn là một nhà thiết kế hoạt động thứ cấp khác nên xem xét khi chỉ định hợp kim. Một số thép không gỉ là ứng cử viên tốt, những người khác không thể được hàn ở tất cả.

Giống như mọi kim loại, thép không gỉ có thể bị nứt và biến dạng dưới sức nóng của súng hàn. Thép cũng có thể mất khả năng chống ăn mòn trong quá trình hàn, dẫn đến rỉ sét tại các khớp. Các bước gia công thêm để tạo ra một bề mặt có thể hàn mà sẽ không ăn mòn thêm vào chi phí hàn thép không gỉ.

Ăn mòn và thụ động

Ngay cả khi không hàn, thép không gỉ có thể ăn mòn trừ khi chúng được xử lý, gia công và áp dụng đúng cách. Chúng có thể bị rỗ, ăn mòn kẽ hở, tấn công knifeline, hình thành các lớp oxit sắt, hydroxit hoặc cacbonat, ăn mòn giữa các hạt, nứt ăn mòn ứng suất, nứt ứng suất sunfua và ăn mòn tiếp xúc.

Một chế độ khác mà hầu hết các kỹ sư nhận ra là sự ăn mòn điện giữa hai vật liệu khác nhau được đặt cùng nhau. Ví dụ, ốc vít bằng thép không gỉ trên một tấm nhôm nhanh chóng bị ăn mòn.

Một cách phổ biến để tránh ăn mòn điện là với một hàng rào vật lý, chẳng hạn như máy giặt, miếng đệm, lớp hoàn thiện hoặc chất bôi trơn ngăn các kim loại chạm vào.

Một vấn đề khác với thép không gỉ là galling. Điều này thường diễn ra khi các ốc vít bằng thép không gỉ được mài mòn mạnh, tạo ra lớp màng bề mặt oxit thụ động.

Hầu hết các bộ phận phải được thụ động trong một bể axit sau khi gia công và làm sạch kỹ lưỡng. Đánh bóng cũng có thể ngăn chặn các vật liệu bị rỉ sét, nhưng một lớp hoàn thiện đánh bóng phải được duy trì thông qua bảo trì và tẩy lông trong suốt vòng đời.

& #; Thép không gỉ là gì? & #;

Viện Sắt thép Hoa Kỳ AISI định nghĩa thép không gỉ là thép chỉ chứa% hoặc nhiều crôm hoặc với các nguyên tố hợp kim khác. Chromium làm tăng độ cứng, sức mạnh và khả năng chống ăn mòn. Niken mang lại lợi ích tương tự nhưng thêm độ cứng mà không làm mất độ dẻo và độ dẻo dai. Nó cũng làm giảm sự giãn nở nhiệt để ổn định kích thước tốt hơn.

& #;

Kỷ lục sớm nhất về thép chống ăn mòn là Trụ cột sắt của Delhi, Ấn Độ, vào khoảng năm sau Công nguyên. Nó có hàm lượng phốt pho cao, hoạt động trong điều kiện thời tiết để tạo ra một lớp thụ động của oxit sắt và phốt phát.

& #;

Nhà luyện kim người Pháp Pierre Berthier đã thiết kế vật liệu chống ăn mòn được ghi nhận đầu tiên trong một ứng dụng dao kéo. Giữa và, nhà nghiên cứu người Pháp Leon Guillet đã phát triển các hợp kim mà ngày nay sẽ được phân loại là thép không gỉ. Trong đó, Philip Monnartz của Đức đã ghi lại mối liên hệ giữa hàm lượng crom và khả năng chống ăn mòn.

& #;

Bởi, Harry Brearly, một nhà luyện kim ở Sheffield, Anh, làm việc trên một hợp kim chống ăn mòn cho nòng súng, được một số nhà phát minh ra thép không gỉ mệnh danh. Hợp kim có được từ công việc của ông ngày nay được gọi là thép không gỉ martensitic.

& #;

Đồng thời tại Krupp Iron Works ở Đức, Eduard Maurer và Benno Strauss đã tạo ra một hợp kim austenitic. Tại Hoa Kỳ, Christian Dantsizen và Frederick Becket đã phát minh ra thép không gỉ ferritic.

& #;

Các loại thép không gỉ của chính là thép austenitic và Series, ferritic Series, martensitic và Series, PH làm cứng kết tủa và hợp kim song công.

& #;

Thép không gỉ Austenitic có khả năng chống ăn mòn tốt nhất trong tất cả các loại thép không gỉ vì chúng chứa ít nhất% crôm. Thêm niken và mangan giữ kim loại trong một cấu trúc austenitic. AISI không gỉ là một hợp kim phổ biến chứa% crôm và% niken. Các hợp kim này thường được đặc trưng là dễ uốn, có thể hàn và cứng bằng cách tạo hình lạnh.

& #;

Thép không gỉ Ferritic có. đến% crôm và không có hàm lượng niken đáng kể, làm giảm khả năng chống ăn mòn của chúng. Chúng được coi là tốt nhất cho nhiệt độ cao thay vì các ứng dụng cường độ cao.

& #;

Hợp kim Martensitic chứa đến% crôm ,. đến% molypden, và không có lượng niken đáng kể. Họ có khả năng chống ăn mòn thấp hơn Austenit hoặc ferit, nhưng được coi là cứng, mạnh mẽ, hơi giòn, và hardenable bằng cách xử lý nhiệt. Một loại thép không gỉ loại martensitic phổ biến là AISI C, chứa% crôm và. đến.% carbon.

& #;

Thép không gỉ PH chứa khoảng% crôm và% niken. Điều này làm cho chúng có khả năng chống ăn mòn như các lớp austenitic. Tuy nhiên, không giống như hợp kim austenit, xử lý nhiệt tăng cường thép PH đến mức cao hơn hợp kim martensitic.

& #;

Thép không gỉ song, như tên gọi của chúng, là sự kết hợp của hai trong số các loại hợp kim chính. hỗn hợp các hợp kim của để% crôm, đến% molypden, và kết quả% niken trong một vi austenitic và ferritic hỗn hợp. Chúng mạnh hơn cả hợp kim austenitic và ferritic và có khả năng chống ăn mòn cục bộ tốt hơn.

& #; & #; Chốt để buộc

Một ứng dụng máy bay cụ thể cho kim loại là buộc chặt. Các ốc vít như ốc vít NAS-head-cap đáng tin cậy giữ máy bay lại với nhau.

So sánh các ốc vít thép hợp kim của ASTM A với các ốc vít thép không gỉ của ASTM F cho thấy rằng thép hợp kim có độ bền kéo và độ bền cao hơn, trong khi thép không gỉ xử lý tốt hơn nhiệt độ cao.

Độ bền cắt không được liệt kê vì nó thay đổi theo đường kính dây buộc. Ví dụ, tuy nhiên, sức mạnh cắt duy nhất của một số fastener hợp kim thép được, lb trong khi một fastener bằng thép không gỉ có cùng kích thước dung túng, lb

hơn chi phí fastener ×-in.-dài.% sử dụng thép không gỉ, với sức mạnh ít nhưng một nhiệt độ hoạt động đầu cao hơn% - Lấy ví dụ cụ thể này hơn nữa, a. Nếu một kỹ sư không dự đoán rằng dây buộc nhìn thấy ° F, nó có thể không xứng đáng với chi phí bổ sung.

Tài nguyên: Viện Sắt thép Hoa Kỳ | Ellis & Cộng sự