Честный поединок: сталь и алюминий. Нержавеющая сталь или алюминий? Что крепче алюминий или алюминиевый сплав

Свойства и качество сталей оценивают рядом технических ха-рактеристик, основными из которых являются механические свой-ства и химический состав, регламентируемые соответствующими ГОСТами и ТУ.

К основным показателям механических свойств относят: проч-ность, упругость и пластичность, склонность к хрупкому разрушению.

Прочность — сопротивляемость внешним силовым воздей-ствиям.

Упругость —свойство восстанавливать первоначальное состо-яние после снятия нагрузки.

Пластичность — свойство получать остаточные деформации после снятия нагрузки.

Хрупкость — разрушение материала при малых деформациях в пределах упругой работы.

Прочность, упругость и пластичность стали определяют испы-танием на растяжение специальных образцов. Полученная при этом диаграмма показывает зависимость между напряжениями и дефор-мацией.

Важнейшими показателями механических свойств стали явля-ются предел текучести — (R y), временное сопротивление (предел прочности — R u) и относительное удлинение (ε). Предел текучести и временное сопротивление характеризуют прочность стали, отно-сительное удлинение — пластические свойства стали.

Диаграмма растяжения алюминиевых сплавов и стали

1 — чистый алюминий; 2 — АМгб; 3 — ABT1; 4 — Д16Т; 5 — сталь марки ВСтЗ

До достижения стандартным образцом из малоуглеродистой стали напряжений, равных пределу текучести, материал работает практи-чески упруго. Затем в нем развиваются большие деформации при постоянном напряжении. В результате образуется площадка текуче-сти (горизонтальный участок диаграммы на рисунке выше). Когда относи-тельное удлинение достигает 2,5%, текучесть материала прекраща-ется, и он снова может оказывать сопротивление деформациям. Эту стадию работы стали называют cmadueit самоупрочнения, в ней ма-териал работает как упругопластический. У других сталей переход в пластическую стадию происходит постепенно (нет площадки теку-чести). Пределом текучести для них считают напряжение, при кото-ром остаточная деформация достигает 0,2%, т. е. σ у = σ 0,2 .

Предельную сопротивляемость материала, характеризующую его прочность, определяют наибольшим условным напряжением в процессе разрушения (отношение разрушающей нагрузки к перво-начальной площади сечения образца). Это напряжение называют временным сопротивлением (пределом прочности).

Наибольшее напряжение в материале, при котором начинается отклонение от прямолинейной зависимости между напряжениями и деформациями, называют пределам пропорциональности σ еt .

Склонность стали к переходу в хрупкое состояние, ее чувстви-тельность к различным повреждениям определяют испытаниями на ударную вязкость.

Механические характеристики стали зависят от температуры, при которой они работают. При нагревании стали до t = 250 °С свой-ства ее меняются слабо, однако при дальнейшем повышении тем-пературы сталь становится хрупкой. Отрицательные температуры повышают хрупкость стали, что особенно важно учитывать при стро-ительстве в районах Крайнего Севера. Малоуглеродистые стали ста-новятся хрупкими при температурах ниже минус 45 °С, низколеги-рованные — при температурах ниже минус 60 °С.

Химический состав стали. Такой состав характеризуется про-центным содержанием в ней различных добавок и примесей. Угле-род повышает предел текучести и прочности стали, однако снижа-ет пластичность и свариваемость. В связи с этим в строительстве применяют только малоуглеродистые стали. Специальное введение в сталь различных примесей (легирующих добавок) улучшает не-которые свойства стали.

Кремний (обозначается буквой С) раскисляет сталь, поэтому его количество возрастает от кипящей к спокойной стали. Он увеличивает прочность стали, однако несколько ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и значительно снижает ударную вязкость. Вредное влияние кремния компенсируется повышенным содержанием марган-ца. Марганец (Г) — увеличивает прочность стали, незначительно снижая ее пластичность. Медь (Д) — несколько повышает прочность ста-ли и увеличивает стойкость ее против коррозии, но способствует старению стали. Алюминий (Ю) —хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает ударную вязкость. Значительно повышает механические свойства введение в сталь таких легирующих добавок, как никель (Н), хром (X), ванадий (Ф), вольфрам (В) и др. Однако применение этих добавок в сталях, используемых в инженер-ных конструкциях, ограничивается их дефицитностью и высокой стоимостью.

Некоторые примеси являются вредными для сталей. Так, фос-фор резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, де-лает ее хрупкой при низких температурах. Сера несколько снижает прочность стали и, главное, способствует образованию трещин при сварке. Кислород, водород и азот, попадая в расплавленный металл из воздуха, ухудшают структуру стали, увеличивая ее хрупкость.

В зависимости от механических свойств (σ u , σ у), все стали ус-ловно делят на три группы — обычной, повышенной и высокой прочности. Для сталей обычной прочности используют малоугле-родистые стали, для сталей повышенной и высокой прочности — низколегированные и среднелегированные.

В зависимости от предъявляемых требований по испытаниям на ударную вязкость, малоуглеродистая сталь разделена на шесть категорий, для каждой из которых нормируются химический состав, значения временного сопротивления, относительного удлинения и требования к испытанию на холодный загиб.

Для гидротехнических сооружений, мостов и других особо от-ветственных конструкций предназначены малоуглеродистые стали марки М16С и марки 16Д.

Стали повышенной и высокой прочности (низколегированные и среднелегированные) поставляются по ГОСТам и специальным техническим условиям. Наименование марок легированных сталей в определенной мере отражает их химический состав. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие далее буквы русского алфавита обозначают легирующие добавки. Цифра после буквы показывает содержание добавки в процентах с округлением до целых значений. Если коли-чество легирующих добавок 0,3-1%, то цифра не ставится. Содер-жание добавки менее 0,3% не отмечается. Все стали повышенной и высокой прочности поставляются с гарантией механических свойств и химического состава. В зависимости от нормируемых свойств согласно ГОСТу стали подразделяются на 15 категорий.

Примеры обозначения: сталь 14Г2 имеет среднее содержание угле-рода 0,14%, марганца (Г) до 2%; сталь 15ХСНД— углерода 0,15%, хрома (X), кремния (С), никеля (Н) и меди (Д) 0,3-1% каждого.

В целях экономии металла прокат из углеродистой стали марок СтЗ, СтЗГСпс и низколегированной стали марок 09Г2,09Г2С и 14Г2 поставляют по 2 группам прочности (например, ВСтЗсп5-1 и ВСтЗсп5-2). Отличаются такие стали различным браковочным уров-нем предела текучести и временного сопротивления, и в связи с этим расчетными сопротивлениями. Более высокие расчетные характе-ристики имеют стали, отнесенные ко второй группе прочности.

Выбор марки стали определяет надежность и стоимость конст-рукции, удобство изготовления, длительность нормальной ее эксп-луатации, количество, объем и стоимость работ по содержанию кон-струкции, в том числе и по защите от коррозии.

Марку стали, если по условиям эксплуатации конструкций не выдвигается специальных требований, выбирают на основании ва-риантного проектирования и технико-экономического анализа.

Прочность материала характеризуется небольшим напряжени-ем, при достижении которого начинается процесс разрушения об-разца. Это напряжение называют временным сопротивлением или пределом прочности.

При увеличении прочности стали заметно уменьшается площад-ка текучести, а для некоторых сталей характерно полное ее отсут-ствие. Это свойство снижает надежность стали, увеличивая ее склон-ность к хрупкому разрушению.

Для растяжения, сжатия и изгиба при работе в упругой стадии расчетные сопротивления R y , определяют по нормативному значе-нию по формуле:

где R yn — нормативное значение, МПа; γ m — коэффициент надеж-ности по материалу (1,025-1,15).

С ростом популярности навесных вентилируемых фасадов возникла острая конкуренция между стальными и алюминиевыми подсистемами. Покупателей НВФ волнуют, прежде всего, такие параметры, как надежность, долговечность, соотношение цены и качества.

Производители и стальных, и алюминиевых подсистем утверждают, что по этим показателям их продукции нет равных. Кому верить? Какой материал в системах НВФ занимает более выигрышные позиции – сталь или алюминиевый сплав?
Конечно, говорить о том, что лучше – сталь или алюминий – безотносительно целей их использования, неправильно. Преимущества алюминиевых сплавов при производстве, например, батарей отопления бесспорны: по теплопроводности этот материал находится среди лидеров. А вот от алюминиевой посуды лучше отказаться. У нее короткий срок службы по причине быстрой деформации, но главное – готовить и хранить еду в такой посуде вредно для здоровья. Алюминий очень нежный и легко отсоединяется от стенок посуды, попадая в еду. Зато посуда из нержавейки служит долго, абсолютно безопасна и является атрибутом здорового питания.
Но если с той же посудой все ясно, то спор за лидерство в системах НВФ продолжается и даже обостряется. Для тех, кто сомневается в выборе подконструкции по типу материала, сравним их основные характеристики.
Цель любого фасада – сделать здание эстетически привлекательным и защитить его от холода и ветра, дождя и снега. Навесные вентилируемые фасады решают эти задачи и, более того, славятся своей долговечностью и экономичностью.
Итак, задача номер один – утепление здания. С ней прекрасно справляются и стальные, и алюминиевые подсистемы, с одним лишь «но». Алюминиевый сплав по теплопроводности одерживает уверенную победу над сталью. Увы, это достоинство оказывает системам НВФ медвежью услугу: алюминиевые кронштейны выводят из здания в три раза больше тепла, чем их стальные «коллеги». Поэтому при использовании алюминиевых подсистем утеплитель должен быть толще примерно на 5 см, нежели при использовании стальных подсистем. Соответственно утеплитель в этом случае обойдется дороже.
Второй важный вопрос, который интересует покупателей вентфасадов, - надежность системы. Этот показатель включает такие параметры, как прочность, противостояние коррозии, температурные деформации, пожаростойкость.
Нержавеющая сталь прочнее алюминиевого сплава в три раза, поэтому несущая способность стальных подсистем гораздо выше. Правда, есть возможность уравнять прочностные характеристики за счет увеличения толщины алюминиевых элементов в три раза, но в этом случае алюминиевая подсистема уравнивается в цене со стальной. Более того, в утолщенном варианте она громоздкая и тяжелая, что сужает область ее применения.
Кстати, любая алюминиевая подсистема все равно частично состоит из стальных элементов. Противопожарные отсечки должны быть из нержавейки по причине требований пожарной безопасности. Дело в том, что температура плавления алюминия составляет 640°C против 1800°C у нержавейки. Температура пожара внутри жилых и общественных зданий достигает 800-900°C. Именно поэтому оконные обрамления делают из стали: через них огонь выходит наружу.
Тем не менее стальные противопожарные отсечки мало спасают алюминиевые подсистемы. Подверженность алюминиевого сплава температурным деформациям приводит к тому, что во время пожара отсечки соскакивают. В итоге огонь охватывает всю подсистему.
Хотя по заключению экспертизы и стальные, и алюминиевые подсистемы имеют класс пожарной опасности К0, то есть не являются пожароопасными, на практике конструкции из алюминиевых сплавов способствуют распространению огня. Стальные конструкции, наоборот, отличаются высокой огнеупорностью. При пожаре они не горят, не плавятся и таким образом останавливают пожар.
В защиту алюминиевых подсистем скажем, что их производители пытаются бороться с этим изъяном: вводят в конструкцию дополнительные элементы

Велосипедная рама призвана удерживать руль перед владельцем, а колеса - под ним. Существует множество форм, металлов, цветов и конструкций рам. Именно рама должна быть первым существенным фактором при выборе всего велосипеда, как при его сборке, так и при выборе готового экземпляра в магазине. Ведь рама определяет предназначение, которое будет выполнять велосипед, посадку наездника, суть и тяжесть обвесов и креплений. Также это оказывает большое значение на конечный вес велосипеда. А какая разница, какого веса будет велосипед?

Велосипед с алюминиевой рамой

Какая разница, сколько весит велосипед

Существует три базовых параметра, которые влияют на вес велосипеда - его устойчивость на дорожном покрытии, управляемость во время маневров и инерция. Последний параметр учитывает не только саму инерцию, но и энергию, которую нужно затратить для ее компенсации. Как бы странно это не звучало, но когда падает вес велосипеда, то все эти показатели улучшаются. Здесь не работает правило - чем тяжелее, тем устойчивее, так как приходится часто менять центр тяжести, а инерцию сложнее компенсировать.

Так что вес всего велосипеда крайне важный параметр, а его рама несет большую часть веса.

Она может быть стальной рамой, алюминиевой или хромо-молибденовой. Иногда встречаются титановые экземпляры. Вес зависит не только от рамы, но и от всех частей комплекта в совокупности, а также от назначения велосипеда. Шоссейные варианты весят обычно 8-9 килограмм, горные варьируются - есть облегченные варианты с весом в 9 кг, средние взрослые аппараты весят до 11 кг, а экземпляры для даунхилла могут достигать среднего веса в 20 кг.

Отдельные спортивные велосипеды стоят дорого и весят строго выверенное количество кг, но слишком разнятся в зависимости от производителя и назначения, поэтому бессмысленно указывать средний их вес. Наиболее дешевые велосипеды-солянки из «Ашана» и других крупных гипермаркетов стоят мало, но комплектация у них как правило тяжелая, ненадежная и негармоничная. Кататься на таком будет неудобно, тяжело и он быстро придет в негодность, а ремонту они, как правило, не подлежат.

Стальная рама

Как стальная рама, так и рама из различных сплавов с участием стали имеют примерно одинаковый вес. Для того, чтобы рама была максимально прочной, в сплав добавляют хром или молибден. Такая добавка позволяет также делать необычные конструкции рамы - утонченные посередине и утолщенные к краям. Это делает раму более легкой и удобной, а интересный внешний вид привлекает внимание особенно в сочетании с оригинальным цветовым решением. По сравнению с алюминиевыми трубами для рамы эти получаются тоньше и эластичнее.

При использовании стальной рамы пропадает необходимость в установке на велосипед карбоновой вилки или рамы. Ведь чем будет гибче выполненная рама, тем дольше она будет служить своему хозяину. Для туристического велосипеда это будет лучшим вариантом, так как они недорогие, но при этом отлично поддаются мелкому ремонту. Проблема велосипеда из стали заключается в легком обретении коррозии и более тяжелым весом по сравнению с рамой из алюминия. К преимуществам этой рамы из такого материала можно отнести:

• Отличную инерцию - после того, как владелец прекратил крутить педали, велосипед долгое время сохраняет отличную скорость;
• Мягкая стальная рама - сталь смягчает силу удара и вибрацию, в сочетании с карбоновой вилкой превращает езду на велосипеде в сплошное удовольствие;
• Изгиб - часто рама из стали изгибается под непривычными углами, что отлично помогает на поворотах;
• Долговечность и отличная способность к ремонту материала - помочь сможет каждый второй сварщик.

Но такая рама имеет и небольшое количество недостатков, среди которых увеличенный вес - в самых облегченных вариантах такая рама будет весить на 1 - 1,5 кг больше, чем другие варианты.

Резкий разгон на такой раме тоже не получится.

Рама из алюминия

Сейчас чаще всего изготавливаются велосипеды с алюминиевой рамой. Такие экземпляры легче, более отзывчивы к неровностям дороги, недороги как в ремонте, так и в покупке, а еще они не подвержены коррозии. Жесткость и вес у такой рамы будет лучше, чем у стальной, но сам металл будет иметь меньшую плотность. Алюминиевая рама получается легкой и жесткой, хотя сам диаметр больше у трубы. Если сравнивать со сталью, то увеличение диаметра труб такой рамы приведет к более жесткому варианту, но вместе с тем и на порядок легче.

Ощущаться изменение жесткости практически не будет, но если это ощущается, то можно поставить на велосипед карбоновые вилки, которые будут смягчать дорогу.

Сломанная рама из алюминия

К преимуществам алюминиевой рамы можно отнести:

• Лучшее среди возможных соотношение между весом и стоимостью конечного результата. Самая низкосортная рама не весит больше 2 кг, а хорошего качества - не более 1,5 кг;
• Резкий и хороший разгон на любой местности;
• Алюминий не подвергается коррозии металла;
• Является лучшим вариантом для велосипедистов с большим весом.

Недостатки этой рамы прямо противоположны достоинствам рамы из стали.

1. Рама из такого материала не только быстро разгоняется, но и так же быстро теряет всю свою инерцию.
2. Она является жесткой - алюминий не может погасить вибрации при катании. В сочетании с ригидной вилкой и вовсе катание может превратиться в мучение.
3. Люди с маленьким весом с трудом будут на нем кататься.
4. Больше 10 лет такая рама не прослужит, так как накапливает свою усталость и в самый неподходящий момент просто лопнет.
5. Ремонту также подлежит далеко не каждая поломка такой рамы.

Отредактировано: 02.02.2017

Мы продолжаем серию статей о различных материалах, используемых при производстве велосипедных рам. В прошлой статье мы поговорили о велосипедах на основе стальных рам.

В современном мире для изготовления рам велосипеда используют следующие материалы:

• (обычную, углеродистую, хромомолибденовую).
• Алюминиевые сплавы (Alloy )
• (Titanium)
• (углепластик, Carbon fiber)
• Различные редкие, экспериментальные и материалы (магниевые (Magnesiumc), алюминиево-скандиевые, бериллиевые сплавы, бамбук и т.д.)

В этой статье мы рассмотрим свойства рамы, изготовленной из алюминиевых сплавов.

Сам термин алюминиевая рама не совсем правильный. Алюминий в чистом виде не применяется - он слишком мягкий. Под этим термином подразумеваются сплавы с другими металлами: цинком, медью, магнием, марганцем и т.д.

Один из больших плюсов алюминиевых рам - их малый вес. Именно поэтому велосипеды с такими рамами быстрее набирают скорость, на них легче подниматься в гору. Однако, это же дает и отрицательный эффект в виде потери наката, т.е. когда велосипедист прекращает вращать педали байк быстрее останавливается.

Преимущества алюминиевой велосипедной рамы:

• Меньший вес , по сравнению со стальными рамами, и как следствие этого хорошие разгонные характеристики.
• Почти абсолютная коррозийная стойкость - такие рамы не ржавеют от слова «вообще».
• Высокие скоростные характеристики : легче набрать скорость и ехать в гору.

Недостатки велосипедной рамы из алюминиевых сплавов:

• Жесткость . Алюминиевая рама практически не гасит вибрации, и все неровности дороги передаются на руки и через пятую точку на позвоночник, особенно если еще и вилка жесткая, а не амортизационная.
• Быстрая потеря наката . Из-за меньшего веса, как только байкер перестает крутить педали, велосипед быстро теряет свою скорость, в отличие от велосипеда со стальной рамой.
• Недолговечность . Если велосипед эксплуатируется активно, то через несколько лет резко возрастает вероятность получить трещину. А лет через 10 обычного катания рекомендуется регулярно осматривать байк перед поездкой на их наличие. Производители чаще всего дают гарантии на рамы из алюминиевых сплавов в пределах 5-10 лет.
• Более чувствительны к ударам и падениям , чем стальные и титановые рамы. Все-таки алюминий мягче стали и удар, который сталь даже не заметит - на алюминии может оставить вмятину.
• Неремонтопригодность . Сварить алюминиевую раму слишком сложно, да и уверенности в ее прочности это, на самом деле, не прибавит - надежнее купить себе новую.
• Высокая цена.

Виды алюминиевых сплавов, использующихся при изготовлении велорам.

Немного остановимся на видах алюминиевых сплавов, использующихся для изготовления велосипедных рам.

Марок алюминиевых сплавов достаточно много (2014, 7000, 7005T6, 7009T6, 7010T6, 6061T6, 6065 и т.д.), но наиболее часто в велосипедостроении используются марки 7005T6 и 6061T6 (аналог отечественного сплава АД33 по ГОСТ 4784-97).

Их еще называют сплавы шести- или семитысячной серии.

Использование в названии букв «Т6» говорит о том, что материал прошел термическую обработку.

Например, при термической обработке сплава 6061 изделие из него нагревают до 530 °С, затем интенсивно охлаждают водой. Затем его в течении 8 часов при температуре около 180 °С искусственно старят. После такой обработки сплав 6061 уже обозначают 6061-Т6.

Сплав 7005 при термической обработке охлаждают не водой, а воздухом.

Например, в приведенной ниже таблице видно состав металлов в сплавах и как изменяются их физические характеристики после термической обработки.

В таблице:

Предел прочночти на разрыв - это нагрузка, при превышении которой происходит разрушение изделия.

В разделе на вопрос Что крепче: Сталь или Алюминий? заданный автором Посоловеть лучший ответ это Такого понятия в физике нет.

Ответ от Максим [гуру]
Определённо алюминевый сплав, вобщем по прочности почти одинаково, но вес алюминевого сплава грубо говоря как пух, у меня велик такой, на всех бардюрах летаю. .
вобщем алюминь 100% верняк..

Ответ от Простокваша [мастер]
Сталь

Ответ от Карагач бала [гуру]
Жопа. Можно бить и сталью и алюминием и не сломается.

Ответ от Европейский [гуру]
поролон ёпта

Ответ от А. Ю. [гуру]
знаешь дружок у меня в 64
куда крепче

Ответ от Ёергей Потасов [гуру]
Смотря как сравнивать, в каких условиях и по каким критериям.
Колёса Кьюриосити, несмотря ни на что, сделали из сплава алюминия.

Ответ от QWERTY [гуру]
по жесткости конечно 300% сталь

Ответ от Ўрий Иванов [гуру]
Сталь. У нее и твердость и прочность выше.

Ответ от Tester [гуру]
Как то по ящику слышал выражение
-броня на основе алюмин сплава- по Звезде про какой то БМП

Ответ от Инженер [гуру]
По абсолютной прочности прочнее стали ничего в макромасштабах не придумали.
По удельной прочности (предел прочности/ удельный вес) алюминиевые сплавы у сталей выигрывают.
Удельная прочность для летающих, спортивных и специальных применений нужна.
И титановые сплавы и композиты далеко алюминиевые сплавы по удельной прочности опережают.
P.S. Для справки. Самый прочный алюминиевый сплав В96Ц-1 предел прочности 730 МПа.
Даже в обычных конструкционных сталях предел прочности порядка 1100-1200 МПа, а высокопрочные далеко за 1500 МПа.