比较钢与铝的延展性
在比较钢和铝时，钢被认为是两种金属中强度更高的一种，因为它的密度是铝的 2.5 倍，并且具有很高的抗拉强度。钢还提供比铝更高的耐腐蚀性。然而，铝比钢更具延展性，使其具有出色的延展性，特别有利于航空航天、电气和建筑等行业。
下面，我们将深入研究钢与铝的延展性，并讨论延展性为何如此重要，尤其是在结构应用方面。
什么是延展性？
延展性是指金属在应力或应变作用下承受塑性变形而不断裂的能力。
两种不同的值通常定义材料的强度：
- 终极力量： 材料在失效前可以承受的最大强度
- 屈服强度： 材料在其弹性极限内变形时所能承受的最大应力
材料的延展性是指屈服强度和极限抗拉强度之间的区域。两点之间的距离越远，材料的延展性越好。
延展性的重要性
延展性使结构能够在一定程度上弯曲而不会破裂。此功能对于设计抗震结构非常有用。
传统建筑规范的目标是防止在地震等极端环境危害的情况下倒塌。为了防止突然倒塌，建筑物对地震波的结构响应必须很高，并且还必须能够同时降低振动幅度。为结构构件增加延展性可作为地震期间产生的地震能量的汇。
在结构应用中使用延性材料具有以下好处：
- 增加结构的稳健性
- 应力和力在整个结构中的均匀分布
- 提高成员、连接和结构的强度
- 崩溃前显示失败警告
- 使结构能够承受严重的地震载荷
钢与铝的延展性
为了更好地了解钢与铝的延展性，让我们首先检查它们的每种结构。
铝形成重复晶体结构，也称为面心立方（FCC）结构。这种结构的优点之一是它包含滑动系统，当施加力时很容易变形。这就是铝比钢更具延展性的原因，钢具有体心立方 (BCC) 结构。 BCC 结构没有紧密堆积的原子结构，也缺乏像 FCC 那样的主要滑移系统。而BCC材料可以利用热能激活滑移。
在考虑钢的延展性时，钢是铁和碳的合金。在铁中，原子的排列取决于温度，这意味着可以通过各种热处理和淬火工艺来提高钢的强度。然而，随着强度的增加，钢开始失去其延展性。例如，马氏体钢是可用的最强和最硬的钢种，但它也是最脆的。添加额外的合金元素，以及加热和淬火，可以在很大程度上提高钢的延展性。例如，在钢中添加非常少量的碳，可以将其延展性提高到铝合金的 50%。
相比之下，铝是一种相对较软的材料，熔点较低；因此，纯铝本质上具有很高的延展性。由于其高延展性，铝合金比钢或铜更容易碎裂，使它们能够在接近产品设计的末端形成。因此，铝在原型和生产运行中都备受追捧。
加工钢和铝的好处和挑战
钢与铝的延展性使它们能够在不损坏的情况下发展成形性。钢可以拉制成线材、横梁、棒材和框架，以满足任何结构的特定要求。同样，您可以利用铝的延展性来制造工具板、棒、管、箔、线等。由于铝的导热和散热速度很快，因此与钢或铜相比，它在电弧焊过程中保持稳定且变形较小。
然而，所有这些好处都伴随着代价高昂的加工挑战。在加工韧性金属时，刀具会在工件上产生压应力。应力逐渐转化为不同大小的剪应力，并沿多个方向传播到切削角。当这种剪切应力超过材料应变时，就会形成连续的切屑。堆积的材料会粘在刀尖和工件上，导致表面光洁度差，需要刀具在每次走刀时用更大的力进行切削。
为了克服这一挑战，重要的是在低速下使用高摩擦力和高进给率支持的高端刀具。缺乏合适的工具和专业知识会导致更多的浪费和原材料的过度消耗，从而导致投资回报率低。
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