De juiste metaallegering kiezen: Belangrijke sterkte-overwegingen voor productontwerpers

Wat is het ideale metaal (of metaallegering) voor mijn project?

Productontwerpers stellen deze vraag vaak tijdens de productontwikkelingsfase. En hoewel veel factoren bijdragen aan het succes van een metaallegering voor een productontwikkelingsproject, staan de mechanische eigenschappen van de legering (zoals metaalsterkte) bovenaan de lijst.

Metaalsterkte beschrijft het vermogen van een metaal om vervorming (en breuk) te weerstaan onder de werking van verschillende krachten (of belastingssituaties). Echter, er zijn verschillende typen metaalsterktes en diverse metrics om ze te meten. Hier bespreken we alles wat je moet weten over de sterkte van metalen en metaalsterktegrafieken.

Verschillende belastingssituaties begrijpen

Om te begrijpen wat de sterkte van metalen inhoudt, moeten we eerst bespreken hoe materialen reageren op belasting door toegepaste krachten of beweging. Figuur 1 is een illustratie van een typische staaf die de verschillende fundamentele typen belasting ervaart.

Figuur 1: Fundamentele typen belastingssituaties

Bij drukbelasting tenderen twee gelijke krachten om op de staaf in tegengestelde richtingen te duwen, wat ertoe leidt dat het gecompact wordt. Net als bij drukbelasting, kenmerkt trekkingbelasting ook twee krachten die in tegengestelde richtingen werken. De krachten in trekkingbelasting tenderen echter om de staaf te trekken.

Buigbelasting treedt op wanneer twee krachten (met dezelfde richting) op de staaf op een afstand werken. In tegenstelling, kenmerkt schuifbelasting krachten die coplanaire zijn met de dwarsdoorsnede van de staaf – wat betekent dat ze tangentiëel werken aan de conventionele belachtingas.

Ongeacht het type belasting dat op deze staaf werkt, kunnen de effecten van deze externe krachten op deze staaf geschat worden met twee sleutelparameters – spanning en vervorming.

Wat zijn spanning en vervorming?

Von Mises engineering spanning plot van een motor verbindingsstang op technische tekening

Spanning is de grootte van een externe kracht die werkt over de dwarsdoorsnede van een lichaam. In tegenstelling, beschrijft vervorming de hoeveelheid vervorming die het lichaam in de richting van die kracht ervaart.

Bekijk het zo. Stel je je een voorafbepaalde grootte van trekkracht op de cirkelvormige dwarsdoorsnede van een aluminium staaf toe. In zo'n scenario onderwerp je de staaf aan trekkspanning en veroorzaak je interne krachten tussen de deeltjes van de staaf. Als resultaat zorgt deze interne kracht ervoor dat de deeltjes van de staaf geleidelijk utrekken en vervormen – wat de vervorming beschrijft.

Als je aannemt dat je de trekkracht (of spanning) blijft verhogen, zul je merken dat de hoeveelheid vervorming toeneemt tot het materiaal uiteindelijk faalt of uiteenvalt. Het gedrag van de staaf voordat het faalt hangt af van de verschillende typen metaalsterkte die het bezit.

Wat zijn de typen sterkte?

Figuur 2 is een grafische weergave die laat zien hoe een metaalonderdeel zou reageren op trekkspanning voordat het faalt.

Figuur 2: Spanning-vervorming grafische weergave

1. Strekgrens

Strekgrens verwijst naar de maximale sterkte die een metaal kan weerstaan voordat plastische vervorming optreedt – wat een permanente vormverandering van het metaal zonder breuk betekent.

2. Treksterkte

De uittrekkingssterkte (ook wel de treksterkte genoemd) is de maximale trekkspanning die het metaal kan weerstaan voordat het faalt (of breekt). Je kunt de treksterkte van een metaal evalueren met een trekktestmachine.

De trekktestmachine heeft twee wiggen die een metaalstuk stevig aan beide uiteinden vasthouden. De machine trekt langzaam in lengterichting op het stuk tijdens het testproces tot het stuk breekt. De hoeveelheid trekkracht (of spanning) toegepast op het metaal en de utrekking worden tijdens de test gemeten om de strekgrens en uittrekkingssterkte van het metaalstuk te bepalen.

Figuur 3: Trekktestmachine

Tabel 1 presenteert de strekgrens en treksterkte van verschillende veelvoorkomende metalen die je misschien overweegt voor je productontwikkelingsproject. Deze waarden zijn bepaald uit een reeks trektesten op verschillende metalen.

Tabel 1: Metaalsterkte Grafiek

Maar de sterkte van een metaal is niet beperkt tot strekgrens en treksterktes.

Andere typen metaalsterkte

Druksterkte: beschrijft de maximale drukspanning die een onderdeel kan weerstaan voordat het faalt of breekt. Je kunt druksterkte evalueren met een druktestmachine – wat redelijk vergelijkbaar is met de trekktestapparatuur behalve dat de druktestapparatuur het onderdeel comprimeert.

Slagsterkte: beschrijft het vermogen van een metaal om plotselinge scherpe belasting zonder breuk (of falen) te weerstaan. Het wordt normaal uitgedrukt in termen van de hoeveelheid energie die het materiaal kan absorberen voordat het breekt en kan bepaald worden met de slagtestmachine.

Figuur 4: Slagtestmachine

De slagtestmachine heeft een zwaaiende klok die een metaalstuk met een voorafbepaalde kracht slaat tot het breekt. De hoeveelheid energie die het metaal kan weerstaan voordat het faalt, wordt bepaald als de slagsterkte van het metaal.

Schuifsterkte: beschrijft de maximale schuifbelasting die een metaal kan weerstaan voordat het faalt in schuif.

Gerelateerd: Wat zijn de beste metalen voor bewerking? Hier zijn 5 opties

Een ideaal metaal voor je component kiezen: Gensun Kan Helpen

Nu je begrijpt wat metaalsterkte inhoudt, zul je instemmen dat het kiezen van een metaal dat in staat is de verschillende belastingssituaties te weerstaan die je product (of onderdeel) zal ervaren, essentieel is. Echter, naast het kiezen van een ideaal metaal, moet je ook zorgen dat je metaalonderdelen nauwkeurig en precies bewerkt worden met state-of-the-art productietechnologieën.

Gensun Precision Precision is een toonaangevende aanbieder van CNC-bewerkingsdiensten in Azië. Ons team van ingenieurs, bewerkers en kwaliteitscontrole experts werkt met je om het ideale metaal voor je product te kiezen voordat je onderdelen nauwkeurig en precies fabriceren.

Lees meer over onze CNC-bewerkingsdiensten.