Wszystko o stali 5160 (właściwości, wytrzymałość i zastosowania)

Poradniki

Stal jest jednym z najważniejszych materiałów produkcyjnych stosowanych we współczesnym przemyśle. Jest to metal wykonany ze stopu żelaza z węglem i innymi pierwiastkami śladowymi, gdzie te dodatki zapewniają stali zwiększoną wytrzymałość, odporność i twardość.

Stal może być wykonana na wiele różnych sposobów, a więc różne rodzaje stali zostały sklasyfikowane na podstawie ich składu (aby uzyskać lepsze zrozumienie różnic między stalami, przeczytaj nasz artykuł na temat rodzajów stali). American Iron & Steel Institute (AISI) oraz Society of Automotive Engineers (SAE) opracowały wspólny system nazewnictwa dla różnych stopów, który opisuje skład chemiczny i ogólną charakterystykę każdej stali. W tym artykule przeanalizujemy właściwości, wytrzymałość i zastosowania stali 5160, niskostopowej stali sprężynowej o wysokiej wytrzymałości, która jest wyjątkowo sprężysta i wytrzymała. Badając jej właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne, artykuł ten ma nadzieję pokazać czytelnikom, kiedy wybrać stal 5160 zamiast innych, mniej odpowiednich stopów do ich projektu.

Właściwości fizyczne stali 5160

Ważne jest zrozumienie systemu nazewnictwa stali i jej stopów, ponieważ nazwa ujawnia wiele o składzie każdego stopu. Podobnie jak aluminium, stal jest nazywana przy użyciu czterocyfrowego identyfikatora, ale w przeciwieństwie do aluminium, każda liczba zawiera ważne informacje dotyczące procentowej zawartości węgla i związanych z nim pierwiastków stopowych w stopie stali. Należy również pamiętać, że istnieją nieciągłości pomiędzy systemami nazewnictwa AISI i SAE, ale generalnie pokrywają się one pod względem nazw stopów i będą traktowane jako jedna jednostka nazewnicza w tym artykule (indeks nazewnictwa AISI/SAE).

Pierwsza cyfra nomenklatury stopów stali reprezentuje klasę stopu stali. W przypadku 5160 aluminium, 5 reprezentuje stopy stali, które wykorzystują chrom jako główny pierwiastek stopowy. Druga cyfra reprezentuje stężenie wspomnianego pierwiastka stopowego; stal 5160 ma zatem 1% chromu w masie. Ostatnie dwie cyfry reprezentują specyficzne stężenie węgla, gdzie oznaczają, że stop ma 0,XX% węgla. W przypadku stali 5160 oznacza to, że stężenie węgla wynosi 0,60% węgla, co czyni ją stalą o średniej lub wysokiej zawartości węgla. Należy pamiętać, że nie jest to kompleksowa analiza i aby materiał został uznany za stal 5160, musi również osiągnąć tolerancje stężenia dla innych elementów, jak pokazano poniżej:

• 0.75-1% Mangan
• 0,035% Fosfor
• ≤ 0,15-0,3% Krzem
• ≤ 0,04% Siarka

Stal 5160 jest wyjątkowo wytrzymała i sprężysta. Charakteryzuje się wysokim poziomem odporności na zmęczenie, wysoką plastycznością i dobrymi właściwościami sprężystymi, przydatnymi w zastosowaniach, w których pożądana jest elastyczność. Jest zatem częścią „stali sprężynowych”, które reprezentują te stopy, które są zarówno elastyczne, ale mają wystarczającą wytrzymałość, aby powrócić do swojego pierwotnego kształtu po odkształceniu. Chociaż stal 5160 nie jest łatwa do spawania lub obróbki mechanicznej, może być poddawana obróbce cieplnej, wyżarzaniu i obróbce na gorąco. Jej gęstość wynosi 7,85 g/cm3 (0,284 lb/in3).

Słabość korozyjna

Stal 5160 łatwo rdzewieje, co jest niefortunnym efektem ubocznym występującym w przypadku większości stali. Tlen w powietrzu i w wodzie atakuje cząsteczki żelaza w stali i tworzy tlenek żelaza, znany również jako rdza, który może wprowadzić pęknięcia i słabe punkty w stali. Chrom jest dodawany, aby pomóc w zapobieganiu rdzewieniu, ale jest go za mało w stosunku do masy, aby w pełni zapobiec degradacji. Każde uszkodzenie żrące osłabi stal 5160, więc ważne jest, aby rozważyć ryzyko rdzy w projekcie podczas wdrażania tego metalu.

Właściwości mechaniczne

Tabela 1: Podsumowanie właściwości mechanicznych dla stopu aluminium 6063.

W tabeli 1, przedstawionej powyżej, podano kilka podstawowych wartości mechanicznych stali 5160. W tej części zostanie krótko omówiona każda z tych wartości i jej znaczenie dla charakterystyki pracy tego wysoce użytecznego materiału.

Napięcie na rozciąganie i granica plastyczności przy rozciąganiu to wartości opisujące reakcję materiału na rozciąganie. Granica plastyczności określa maksymalną siłę rozciągającą, która nie spowoduje trwałego odkształcenia próbki stali, a wytrzymałość na rozciąganie to maksymalna siła rozciągająca przed zniszczeniem (pęknięciem/pęknięciem). Stal 5160 jest niezwykle wytrzymała na rozciąganie, a wartości sportowe są znacznie wyższe niż w przypadku nawet najmocniejszego aluminium (dla porównania, w przypadku aluminium 7075, znacznie mocniejszego stopu aluminium, granica plastyczności wynosi odpowiednio 572 MPa / 503 MPa). Wytrzymałość ta pokazuje, dlaczego stal ta jest godną zaufania stalą sprężynową, ponieważ może wytrzymać uderzenie, zanim ulegnie trwałej deformacji.

Moduł objętościowy opisuje, jak odporny jest materiał na równomierną kompresję – innymi słowy, jak trudno jest zmniejszyć objętość obiektu przy obciążeniu osiowym. Moduł sprężystości stali 5160 wynosi 160 GPa, co oznacza, że jest ona prawie 80 razy bardziej wytrzymała na ściskanie niż ciekła woda (moduł sprężystości objętościowej wody wynosi 2,15 GPa). To ponownie pokazuje, dlaczego stal 5160 jest idealna jako stal sprężynowa; zawieszenia samochodowe są często poddawane stałej kompresji i nie mogą falować pod wpływem stałej siły ściskającej.

Podobnie, zarówno moduł ścinania, jak i sprężystości pokazują sprężystość materiału w odpowiedzi na naprężenia, odpowiednio, ścinające i sprężyste. Stanowią one dobry wskaźnik ogólnej wytrzymałości materiału, a także określają, na jakie naprężenia materiał jest podatny. Stal 5160 nie musi obawiać się wielu słabości, ponieważ zarówno jej moduł ścinania, jak i moduł sprężystości są imponująco duże. Warto zauważyć, że obrabialność i urabialność materiału są często odwrotnie proporcjonalne do tych dwóch parametrów, ponieważ mocniejsza i bardziej sprężysta stal spowoduje, że frezy będą się zacinać i ogólnie rzecz biorąc, obróbka będzie bardziej uciążliwa.

Zastosowanie stali 5160

Stala 5160 jest, jak już wcześniej opisano, idealną stalą sprężynową. Jej duża wytrzymałość jest często wykorzystywana w zastosowaniach o mniejszych przekrojach pod znacznym obciążeniem, takich jak sprężyny, elementy złączne i sprężyny piórowe w zawieszeniach samochodowych. Stal ta jest dostarczana przez dostawców w postaci prętów i rur i może być wykorzystywana do tworzenia wyjątkowo mocnych komponentów, pod warunkiem, że posiada się narzędzia do jej obróbki. Stal 5160 jest również wykorzystywana do budowy zgarniaczy i zderzaków i może stanowić doskonałą krawędź noża, która jest zarówno trwała, jak i elastyczna. Jeśli potrzebna jest ciągliwość, wytrzymałość i odporność, warto rozważyć zapytanie dostawcy o stal 5160.

Podsumowanie

W tym artykule przedstawiono krótkie podsumowanie właściwości, wytrzymałości i zastosowań stali 5160. Aby uzyskać informacje na temat innych produktów, zapoznaj się z naszymi dodatkowymi przewodnikami lub odwiedź platformę Thomas Supplier Discovery Platform, aby zlokalizować potencjalne źródła dostaw lub przejrzeć szczegóły dotyczące konkretnych produktów.

Źródła:

1. https://www.academia.edu
2. http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf
3. https://continentalsteel.com/carbon-steel/grades/alloy-5160/
4. http://www.matweb.com
5. https://www.engineeringtoolbox.com

Inne artykuły stalowe

• Typy kształtowników ze stali konstrukcyjnej
• Najlepsi producenci. and Suppliers of Rebar
• Types of Rebar
• Types of Steel
• Types of Stainless Steel
• Top US Steel Companies and Steel Manufacturers in World
• All About 440 Steel (Properties,
• Wszystko o stali 430 (Właściwości, Wytrzymałość, Zastosowania)
• Wszystko o stali 304 (Właściwości, Wytrzymałość, Zastosowania)
• Wszystko o stali 52100
• Właściwości, Składy, i zastosowania stali standardowych
• Powierzchniowa obróbka hartownicza stali (hartowanie powierzchniowe)
• Wszystko o stali 9260 (właściwości, wytrzymałość, zastosowania)
• Wszystko o stali 4130 (właściwości, wytrzymałość, zastosowania)
• Stali vs. Tytan – wytrzymałość, właściwości i zastosowania

Wszystko o stali 4130 (właściwości, wytrzymałość, zastosowania)