熱間成形された中空セクションの応力 - ひずみ特性は何ですか? - ブログ

ちょっと、そこ！熱間成形中空セクションのサプライヤーとして、私は最近、これらの製品の応力 - ひずみ特性について多くの質問を受けています。そこで、少し時間をかけて皆さんのために説明したいと思いました。

まず、熱間成形中空品とは何かについて説明します。これらは基本的に、鋼が熱い状態にある間に成形される鋼の部分です。このプロセスにより、冷間成形セクションと比較して、いくつかのユニークな特性が得られます。以下のような当社の製品の一部をチェックしていただけますEN 10219 S355NLH 中空セクションそして鋼中空セクション私たちが提供しているものをよりよく理解するために。

さて、応力 - ひずみ特性に関して言えば、応力がかかったときに材料がどのように動作するかがすべてです。応力は単位面積あたりに材料にかかる力であり、ひずみはその応力の結果として生じる変形です。

STEEL HOLLOW SECTIONS ASTM A500 GR.C COLD FORMED HOLLOW SECTION

弾性範囲

初期段階では、熱間成形された中空セクションは弾性挙動を示します。これは、その部分に応力を加えると変形しますが、応力を取り除くと元の形状に戻ることを意味します。ゴムバンドのようなものです。伸ばして手を離すと元に戻ります。

弾性範囲における応力とひずみの関係は線形であり、フックの法則で説明されます。この線の傾きは弾性率と呼ばれ、材料の硬さを表します。鋼製の熱間成形された中空セクションの場合、弾性率は通常約 200 GPa です。この高い値は、鋼が比較的硬い材料であり、少量のひずみを引き起こすにはかなりの量の応力が必要であることを示しています。

降伏点

応力を増加し続けると、降伏点と呼ばれる点に到達します。ここで、材料は塑性変形を開始します。塑性変形とは、応力を取り除いても材料が元の形状に戻らないことを意味します。粘土を成形するようなものです。一度形を作ってしまえばそのまま残ります。

降伏強さは、材料が永久変形することなく耐えられる最大応力を示すため、重要な特性です。熱間成形された中空セクションの降伏強度は、使用される鋼のグレードによって異なります。たとえば、次の場合ASTM A500 Gr.c 冷間成形中空セクション、降伏強さは ASTM 規格に従って指定されます。

ひずみ硬化

降伏点を超えた後、応力を増加し続けると、材料はひずみ硬化を開始します。ひずみ硬化とは、材料が変形すると強度が増す現象です。これは、材料の内部構造が変化し、さらなる変形に対する耐性が高まるためです。

ひずみ硬化中、応力 - ひずみ曲線は正の傾きを持ちますが、弾性範囲ほど急峻ではありません。材料は増加する応力にまだ耐えることができますが、変形はますます進み続けます。

究極の強さ

極限強度とは、材料が耐えられる最大応力です。これは、応力 - ひずみ曲線のピーク点です。極限強度に達すると、材料はネックダウンし始めます。ネッキングとは、材料の断面積が局所的に減少することであり、耐荷重能力の低下につながります。

骨折

最後に、応力が高くなりすぎると、材料が破壊されます。破壊とは、材料が 2 つ以上の部分に完全に分離することです。破壊には脆性破壊や延性破壊などさまざまな種類があります。

脆性破壊は、あまり前触れもなく突然発生します。これは通常、延性が低い材料で発生します。一方、延性破壊はより緩やかなプロセスです。材料は最終的に破損する前に大幅に変形します。鋼製の熱間成形された中空セクションは通常、延性破壊挙動を示します。これは、セクションが破損する前に警告を発するため、良いことです。

熱間成形プロセスの影響

熱間成形プロセス自体は、中空セクションの応力 - 歪み特性に大きな影響を与えます。熱間成形中、鋼は高温に加熱されるため、成形が容易になります。この高温処理により、鋼の結晶粒構造を微細化することもできます。

一般に、粒子構造がより微細になると、機械的特性が向上します。材料の降伏強度と極限強度を高めることができます。また、延性も向上します。つまり、材料が破断する前にさらに変形できるようになります。

熱間成形のもう 1 つの利点は、材料内に存在する可能性のある内部応力を軽減できることです。これらの内部応力は、溶接や冷間加工などのプロセスによって発生する可能性があります。これらの内部応力を除去することにより、熱間成形された中空セクションはより安定し、予期せぬ故障が発生する可能性が低くなります。

冷間成形品との比較

熱間成形された中空セクションと冷間成形されたセクションを比較することも価値があります。冷間成形セクションは、室温で鋼を曲げて成形することによって作られます。

冷間成形セクションは、冷間加工プロセスによりコーナーの降伏強度が高くなることがよくあります。ただし、残留応力がさらに多くなる可能性もあり、長期的な性能に影響を与える可能性があります。

一方、熱間成形されたセクションは、断面全体でより均一な応力 - 歪み挙動を示します。また、熱間成形プロセスによりより均一な表面仕上げができるため、耐食性も向上する傾向があります。

応力 - ひずみ特性の応用と理解の重要性

熱間成形された中空セクションの応力 - ひずみ特性を理解することは、多くの用途にとって重要です。たとえば、建設では、これらのセクションは建物のフレーム、橋、その他の構造物に使用されます。エンジニアは、構造の安全性と安定性を確保するために、さまざまな荷重の下でセクションがどのように動作するかを知る必要があります。

自動車産業では、自動車フレームの製造に熱間成形された中空セクションが使用されます。衝突時のエネルギーを吸収するセクションの能力は、応力 - ひずみ特性に直接関係します。延性に優れたセクションは、制御された方法で変形することができ、乗員の保護に役立ちます。