Tutorial: Modul de elasticitate a oțelului - Știința materialelor

Oțelul este un material important în industria modernă și este utilizat pentru diverse aplicații. O proprietate crucială de luat în considerare la utilizarea oțelurilor este elasticitatea acestora. Modulul de elasticitate sau modulul Young indică cât de multă tensiune este necesară pentru a obține un anumit grad de alungire. În acest articol vom analiza diferitele tipuri de oțeluri și modulurile de elasticitate respective ale acestora.

Ce este oțelul?

Oțelul constă în principal din fier (Fe) și carbon (C), dar pot fi adăugate și alte elemente pentru a-i îmbunătăți sau adapta proprietățile.

Majoritatea claselor disponibile pe piață au un conținut de carbon cuprins între 0,2% și 2%. Compoziția exactă variază în funcție de producător și de destinația de utilizare a materialului.

În prezent, datorită tehnologiilor moderne și rezultatelor cercetărilor, pot fi produse clase de oțel care au o combinație impresionantă de proprietăți. Aceste proprietăți sunt rezultatul adăugării țintite de elemente din aliaj, precum crom, molibden sau nichel, în anumite proporții.

Elementele însoțitoare din oțel joacă, de asemenea, un rol important în determinarea proprietăților sale fizice și chimice. Carbonul, de exemplu, crește duritatea materialului, în timp ce sulful îl face fragil.
În plus, structura cristalină a oțelului după deformare și starea sa de tratament termic sunt, de asemenea, decisive pentru proprietățile sale mecanice și termodinamice finale. Procesele de răcire sau de încălzire controlate pot obține o condiție dorită.

Ce clase de oțel există?

Există o gamă largă de tipuri diferite de oțel, care sunt fabricate în diferite scopuri. Unele dintre cele mai comune tipuri sunt oțelul carbon, oțelul aliaj și oțelul inoxidabil.

Oțelurile carbon au un conținut ridicat de carbon și sunt adesea utilizate pentru elemente de construcție, cum ar fi grinzi sau poduri. Acestea pot fi utilizate și în mașini-unelte, deoarece sunt suficient de dure pentru a efectua tăieri. Datorită rezistenței și durității ridicate, oțelurile carbon sunt un material popular în construcția specială a utilajelor. Acestea sunt adecvate în special pentru componentele care sunt supuse unor sarcini mari, cum ar fi roțile dințate sau arborii.

Pe lângă fier, oțelurile cu aliaj conțin și alte elemente, cum ar fi crom sau molibden. Acești aditivi îmbunătățesc rezistența materialului și rezistența sa la coroziune la apă sau umiditate. În construcția specială a de utilaje, oțelurile cu aliaj sunt utilizate, de exemplu, în producția de piese pentru mașini-unelte. În producția de echipamente speciale pentru minerit și construcții de tuneluri, precum și în construcția de macarale, sunt utilizate adesea și oțeluri cu aliaj.

Oțelurile care nu ruginesc (inoxidabile) sunt caracterizate de rezistența lor ridicată la rugină - prin urmare, numele lor „fără rugină”. Acest lucru le face ideale pentru utilizarea în aer liber și în medii cu expunere la umezeală, cum ar fi ustensilele de bucătărie sau echipamentele medicale. Oțelurile fără ruginire și oțelurile inoxidabile sunt indispensabile în construcția specială de utilaje. Acestea oferă o rezistență ridicată la coroziune, ceea ce este benefic în special în medii umede sau agresive.

Pe lângă aceste trei tipuri principale, sunt disponibile pe piață multe alte tipuri de oțel specializat: Oțelurile cu temperatură ridicată, de exemplu, sunt utilizate în condiții extrem de fierbinți; oțelurile electrice, la rândul lor, permit o eficiență energetică mai mare în transformatoarele electrice; oțelurile pentru arcuri sunt utilizate în principal în construcția arcurilor.

Ce este modulul de elasticitate al oțelului?

Cum este determinat modulul de elasticitate pentru oțel?

Modulul de elasticitate este definit de intervalul liniar din diagrama stres-tensiune.

Cu sarcina uniaxială în testul de întindere, acest interval liniar poate fi recunoscut cu ușurință: Cu cât forța de întindere aplicată este mai mare, cu atât materialul se extinde mai mult - dar întotdeauna proporțional cu forța. Panta acestei regiuni liniar-elastice are apoi ca rezultat modulul de elasticitate a materialului.

Din această derivare, Legea lui Hooke se aplică pentru:

E-modulul pentru diferite tipuri de oțel

Este important de reținut că e-modulul nu depinde doar de compoziția chimică a materialului, ci este influențat și de procesul de fabricație și de proprietățile mecanice, cum ar fi duritatea sau rezistența.

Cu cât e-modulul unui anumit tip de oțel este mai mare, cu atât construcțiile realizate cu acesta sub influența sarcinii sunt mai robuste.