是方钢硬还是钢管硬一点
方钢比钢管硬一点。方管因为有四个直角,相对钢管来说,它所承受的强度就大一些,特别是在一些钢结构顶棚来说,如果是用钢管的话,中间容易弯而出现蹋腰现象,也就是中间易出现凹陷,而用方管制作,一般就不会出现这个问题。
材料抵抗硬的物体压入自己表面的能力。无缝钢管是由整支圆钢穿孔而成的,表面上没有焊缝的钢管,称之为无缝钢管,硬是因为把抵抗硬的材料放到其中在经过压缩、无缝钢管由普通的碳素结构钢、低合金结构钢或合金结构钢轧制,产量最多,主要用作输送流体的管道或结构零件。
从文字描述来看,提问的人首先就误读了“同样截面积”这个词,原文文意里,同样截面积指的应该是钢管横截面的环形面积——很显然,它和“同样截面积”的钢棒(横截面为圆形)的“粗细”是不一样的。钢管的外径显然要大于钢棒的直径,才能保证空心情况下截面积相等。所以,这个作者提的“同样粗细下”和原文说的已经不是同一个东西了。
那么,钢管是不是比同样截面积的钢棒“硬”呢?不好说。
这个不好说首先因为“硬”是一个口语中含义很广的词,对应结构力学里很多个截然不同的概念。比如,讨论材料科学时候的“硬度”通常指的是“局部抵抗硬物压入其表面的能力”,无论莫氏硬度,洛氏硬度,还是布氏硬度,都只和材料本身有关,和试件的形状不相干。衡量硬度的大体方法,通常是用某种硬质材料尝试在材料表面留下划痕或者印痕,这是一个只和材料本身有关的属性。
一般人对刚度和强度比较容易混淆,认为是差不多的东西。其实两者差别很大,刚度指的是物体抵抗变形的能力,而强度指的是物体抵抗外力(而不破坏)的能力。举例来说,普通的窗玻璃是一种刚度很大,但强度很低的物体。弹簧相反,强度很大,但刚度根据需要可以有很大的调节余地。
这问题还是太大,先缩小一下范围。
还是太大,因为金属材料里还有一类脆性材料,比如铸铁,其特点是抗压能力远大于抗拉能力,即使单向受压,最终的破坏形式也不是压溃而是受压引起的剪切破坏,这种材料适用的强度理论和低碳钢,铜,铝都不一样,为简化起见,姑且不讨论这类材料。
以低碳钢为例,它的特点是,单向受压和受拉时,弹性范围差别不太大。通常为方便起见采用同一个许用应力。
以刚度问题为例来说明:
一根钢管或者钢棒,在材料力学里认为是一根梁或者杆,它的受力是多种多样的。比如拉力:
钢棒和钢管,如果截面积相等,长度相等,那么在收到纯压力作用时候,变形情况通常是一致的(注意通常两个字,后面会有特例说明)。
还有扭转:圆形或者环形的抗扭能力和“单位面积乘以离扭转中心距离的平方的积分”正比,简单的说,越远离扭转中心,材料越有较好的利用,在这个范畴下,钢管是比钢棒要硬一些的——依然是“通常情况”。至于非圆非环,比如方形三角形箱形的截面,极惯性矩的算法会比较复杂,可能空心的硬一些,也可能实心的硬一些——一言以蔽之,不好说。
然后是结构力学里最常见的弯曲:
梁受到简单弯曲的时候——意思是,单纯的弯曲,没有拉压,没有大变形,梁足够细长,这时候,梁抵抗弯曲变形的能力是和“单位面积乘以距离截面中和轴距离平方的积分”正比,简单的说,越远离中和轴(对于对称截面,往往就是截面的几何中心)的材料,利用效率越高,在这个范畴下,钢管(如果不加说明,一般特制圆环截面的钢管,全文同)比钢棒要硬一些——记住,还是通常情况。至于非圆非环的截面,算法比扭转要简单一些,通常的原则是尽量把材料堆积在远离中和轴的位置上,比如常见的工字钢,可以提高某个特定方向上的抗弯能力。
再之后是和弯曲经常一起出现的剪切:
纯粹的弯曲梁是极少见的,通常弯矩伴随剪切一起出现(实际上弯曲梁的微分方程里,弯矩就是剪力的积分加上常量),梁抵抗剪切的能力又复杂一些,和“有效剪切面积”有关。有效剪切面积往往要通过经验公式,至于钢管和钢棒或者其他截面积的有效剪切面积——不好说,可能这个大一些,也可能那个大一些,并无一定规律。
然后是抗压:
这个比前几个都复杂。抗压有两种常见的失效模式。比如对于短梁,无法承压的后果是压溃,比如一个短柱子被压成饼,就是典型的压溃。对于细长梁,典型的失效模式则是失稳——比如一根细长的竹篾,从两端压它,它并不会明显变短,而是会弯曲起来,这就是失稳的表现。在失稳模式下,梁抵抗失稳的能力近似于抗弯能力,通常来说,钢管强于钢棒,其他截面形状则要分别讨论。
前面说了那么多“通常情况”,那么还有不通常的情况吗?不少。
比如,之前讨论的前提,是以整个梁作为整体来变形,截面没有太大变化为前提的,实际上,如果板厚过薄,构件最容易发生的是局部破坏或者局部失稳。比如把一个可乐易拉罐树在地上,踩一脚,这个罐子既不会变弯,更不会均匀变短,而是易拉罐壁皱褶起来,这就是局部失稳。
那么其他材料,其他形状,还有抗破坏的能力呢?——不好说,有的和前面介绍的类似,有的又有不同,需要具体情况具体分析。
没错,的确是这样。工程上往往没有类似E=MC^2或者牛顿三定律那么简洁而放之四海而皆准的概括。结构力学是典型的多约束问题。作为一个工程师,需要考虑到各种繁复的可能的破坏失效模式,只要有一个没考虑到,就有可能出重大安全事故。即使在各种计算软件越做越精细的今天,结构安全最后的底线,仍然是工程师缜密的思维和对力学的充分理解。
精密钢管的硬度主要取决于材料, 材料的硬度越高 生产出来的钢管就越硬, 如果你要硬度低 建议使用 10# 钢, 如果你要硬度高 建议使用 45# 钢, 如果还要再高的硬度 建议使用 合金钢, 如 40Cr 35CrMo 42CrMo 等等。
如果是同一种材料,建议考虑一下 热处理方式,一般情况下,直接冷轧冷拔出来的精密钢管 硬度会高一些,经过 无氧退火的精密管 硬度会低一些,如果是合金钢 如果要更高的硬度 还可以做 调质处理。
以后有这样的问题,建议你直接网上面搜索 常州精密钢管博客网,有精密钢管的热处理知识,钢管的加工技术,钢材的知识等,可以查阅。
精密钢管 精轧钢管
201不锈钢材具有一定的耐酸、耐碱性能,密度高、抛光无气泡、无针孔等特点,是生产各种表壳、表带底盖优质材料等。主要用于做装饰管、工业管、一些浅拉伸的制品。
物理性能如下:
抗拉强度:520MPa
屈服强度:275MPa
伸长率 :55 to 60%
弹性模量:29,000,000 psi 折合为:203000MPa
硬度要求(布氏硬度)HRB<183N/mm2(MPa)。
【183HRB≈87.82HVV】
密度 :.280lbs/cubic inch(密度7.93g/cm3)
下图是硬度对照表,你可以对比一下 其硬度的大小。
硬度对照表
从表中对比可知,201不锈钢管的硬度相对于 304 316 等不锈钢的硬度 并不算硬,所以你可以说 201不锈钢管 不硬。
如果指强度或刚度,也要看具体的载荷性质。如果只是拉伸,同样粗细的情况下(牌号也相同),钢棒一定比钢管“硬”。而论扭转和弯曲的话,并不见得钢棒要比钢管强。因为,在扭转和弯曲中,主要与试件截面的形状有关(具体是指其扭转刚度和弯曲刚度),而论拉伸,只看截面面积大小就可以了。