Ruostumattoman teräksen painon laskeminen: kaavat ja vertailutiedot
Minkä tahansa ruostumattoman teräksen osan paino on yhtä suuri kuin sen tilavuus kerrottuna sen tiheydellä. Ruostumattoman teräksen tiheys vaihtelee hieman lajeittain, mutta suunnittelussa ja hankinnassa käytetty vakiotyöskentelyluku on 7,93 g/cm³ (7 930 kg/m³) yleisimmille austeniittisille laaduille (304, 316, 316L). Ferriittiset ja martensiittiset arvot ovat hieman alhaisempia, 7,70–7,80 g/cm³.
Peruskaava on:
Paino (kg) = tilavuus (m³) × tiheys (kg/m³)
Yleisimmille tuotemuodoille tilavuuskaava yksinkertaistuu seuraavasti:
Pyöreä tanko / kiinteä akseli
Paino (kg) = (D² × 0,00617) × L
Missä D = halkaisija millimetreinä, L = pituus metreinä. Vakio 0,00617 sisältää π/4:n ja tiheyden 7 930 kg/m³, esiskaalattu hyväksymään mm halkaisijan ja metrin pituuden suoraan. Esimerkki: halkaisijaltaan 60 mm × 2 m 304 ruostumaton tanko painaa 60² × 0,00617 × 2 = 44,4 kg .
Tasainen baari / lautanen
Paino (kg) = L × P × P × 0,00793
Missä W = leveys millimetreinä, T = paksuus millimetreinä, L = pituus metreinä. Esimerkki: 150 mm × 10 mm levy, 3 metriä pitkä ja painaa 150 × 10 × 3 × 0,00793 = 35,7 kg .
Ontto putki / putki
Paino (kg) = (OD − WT) × P × 0,02466 × L
Missä OD = ulkohalkaisija millimetreinä, WT = seinämän paksuus millimetreinä, L = pituus metreinä. Tämä on vakiokaava, jota käytetään aikataulun mukaisissa ruostumattomien putkien hankinnassa.
Ruostumattoman teräksen paino laadun ja tuotemuodon mukaan: Viitetaulukko
Luotettavan ruostumattoman teräksen painolaskurin on otettava huomioon laatujen väliset tiheyserot. Alla olevassa taulukossa on tiheysarvot ja tyypilliset metripainot pyöreille tangoille yleisillä halkaisijoilla, jotka kattavat suunnitteluprojekteissa yleisimmin määritellyt laatuluokat.
| Arvosana | Kirjoita | Tiheys (g/cm³) | Ø40 mm bar (kg/m) | Ø80 mm bar (kg/m) | Ø120 mm bar (kg/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 304 / 304L | Austeniittista | 7.93 | 9.87 | 39.48 | 88.82 |
| 316 / 316L | Austeniittista | 7.98 | 9.93 | 39.74 | 89.41 |
| 321 | Austeniittista | 7.90 | 9.83 | 39.32 | 88.47 |
| 410/420 | Martensiittinen | 7.75 | 9.64 | 38.56 | 86.76 |
| 430 | Ferriittinen | 7.70 | 9.58 | 38.32 | 86.21 |
| 17-4 PH (630) | Sade-kovettuva | 7.78 | 9.68 | 38.72 | 87.12 |
Lisää hankinta- ja toimitustarkoituksiin aina a 3-5 % ylitoleranssi laskennallisten painojen huomioiminen, jotta voidaan ottaa huomioon myllyn halkaisijan ja pituuden toleranssi (standardien ASTM A484 ja EN 10060 mukaisesti pyöreälle tangolle). Räätälöidyt taotut komponentit vaativat painoarvioinnin suunnittelupiirustuksista vakiotaulukoiden sijaan.
Mitä "teräksestä taottu" tarkoittaa ja miksi sillä on merkitystä suunnittelukomponenttien kannalta
Teräs, joka on taottu – muotoiltu puristusvoimalla korotetussa lämpötilassa mieluummin kuin muottiin valettu – kehittää olennaisesti erilaisen sisäisen rakenteen kuin valetut tai koneistetut tangosta vaihtoehdot. Takominen kohdistaa raevirtauksen valmiin osan muodon kanssa eliminoiden valuteräksen satunnaisen kideorientaation ja koneistuksen jättämät jyrkät raeraajat tankomassan poikki.
Taotun teräksen mekaaniset edut valettuun tai koneistettuun vastaavaan verrattuna on dokumentoitu hyvin:
- Korkeampi iskunkestävyys — Taotuille teräskomponenteille Charpy-iskuarvot ovat tyypillisesti 20-40 % korkeampi kuin valetut vastineet samalla nimelliskoostumuksella, koska takominen hajottaa valuhuokoisuuden ja erottelun.
- Parempi väsymyksenkestävyys — Suunnattu viljavirtaus vähentää jännityspitoisuutta maanalaisten vauriokohdissa. Taotut akselit ja laipat osoittavat väsymisiän 2-3x pidempi kuin valut syklisissä kuormitussovelluksissa.
- Tiukempi mittayhteensopivuus — Muottistaonnolla on pienempiä toleransseja kuin hiekkavalulla, mikä vähentää karkeatyöstömassaa ja loppupään viimeistelykustannuksia.
- Ei sisäistä huokoisuutta tai kutistuvia aukkoja — Valukappaleiden jatkuva riski, joka voi aiheuttaa katastrofaalisen vian paineen tai iskukuormituksen alaisena.
Nämä edut tekevät taotusta teräksestä pakollisen spesifikaation vaativissa sovelluksissa: paineastioiden laipat (ASTM A182), kampiakselit, hammaspyörän aihiot, venttiilirungot ja pyörivät akselit turbokoneissa.
Taotut teräsakselit : Arvosanat, prosessit ja sovellusvaatimukset
Taottu teräsakseli valmistetaan takomalla teräsaihiota avoimella tai suljetulla takomalla, jota seuraa kontrolloitu jäähdytys tai lämpökäsittely vaadittujen mekaanisten ominaisuuksien kehittämiseksi ja sitten tarkkuustyöstö lopullisiin mittoihin. Teräslaadun ja taontaprosessin valinta riippuu palveluympäristöstä.
Yleiset teräslaadut taotuille akseleille
- Hiiliteräs (AISI 1045, 1060) — Vakiovalinta yleisiin teollisuusakseleihin. 1045 tarjoaa hyvän tasapainon vetolujuuden (~620 MPa hehkutettu, jopa 850 MPa karkaistu ja karkaistu) ja työstettävyyden välillä alhaisin kustannuksin. Käytetään pumppuakseleissa, kuljetinkäytöissä ja yleisissä koneissa.
- Seostettu teräs (4140, 4340) — Kromi-molybdeeni- ja nikkeli-kromi-molybdeenilaadut suorituskykyisille akseleille. 4340 saavuttaa vetolujuuden 1 000–1 400 MPa lämpökäsittelyn jälkeen, erinomainen sitkeys. Vakiovarusteena ilmailutelineissä, suurissa puristusakseleissa ja laivojen propulsiossa.
- Ruostumaton teräs (316, 17-4 PH, 410) — Määritetään, kun akseli toimii syövyttävissä aineissa (merivesi, kemikaalit, elintarvikkeiden jalostus). 17-4 PH taotut akselit saavuttavat vetolujuuden 930–1 310 MPa kunnosta riippuen (H900 - H1150), jossa yhdistyvät korroosionkestävyys korkeaan lujuuteen. 316 taotut akselit ovat suositeltavia keskipakopumpuissa, jotka käsittelevät aggressiivisia nesteitä.
- Työkaluteräs (H13, D2) — Akseleille ja karille, jotka ovat alttiina äärimmäiselle kulumiselle tai jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa, kuten kuumapuristuspuristimissa ja painevalulaitteissa.
Avo-suulake vs. umpisuulake taonta akselille
Avoimen taonta (kutsutaan myös vapaaksi takomiseksi tai smith takomiseksi) käyttää litteitä tai yksinkertaisia profiilimalleja, jotka eivät sulje täysin aihiota. Käyttäjä muuttaa ja pyörittää aihiota toistuvasti hydraulipuristimen tai vasaran alla muotoillakseen sitä asteittain. Tämä prosessi on vakiona suurille akseleille – halkaisijat yli 150 mm ja pituudet jopa useita metrejä –, joissa suljetun meistityökalun meistikustannukset olisivat kohtuuttomat. Taotuilla akseleilla on erinomainen rakeiden jalostus koko poikkileikkauksessa, mutta ne vaativat enemmän työstöä lopullisten mittojen saavuttamiseksi.
Suljettu taonta käyttää sovitettuja muottisarjoja, jotka määrittelevät lähes verkon muodon yhdellä tai muutamalla vedolla. Se on taloudellinen keskikokoisille akseleille, joita valmistetaan suuria määriä - porrasakselit, laippa-akselit ja ura-akselit auto- ja maataloussovelluksiin. Muottityökalujen kustannukset (5 000–50 000 dollaria per muottisarja monimutkaisuudesta riippuen) poistetaan 500–50 000 osan tuotantosarjoilla.
Laatustandardit ja taotun akselin tarkastus
Kriittiset taotut teräsakselit alistetaan seuraavien tarkastusmenetelmien yhdistelmälle ennen lähettämistä:
- Ultraäänitestaus (UT) — Havaitsee sisäiset viat (taontakierrokset, jäännöshuokoisuus, erotusnauhat). Vaaditaan ASTM A388:n mukaan painetta sisältäville ja pyöriville komponenteille, jotka ylittävät määritellyn halkaisijakynnyksen.
- Magneettinen hiukkastarkastus (MPI) — Ferromagneettisten terästen pinta- ja pintahalkeamien havaitseminen. Vakiona hammaspyörien aihioille ja akselifileille.
- Mekaaninen testaus (vetolujuus, kovuus, Charpy-isku) — Suoritetaan testikupongille, joka on leikattu taontajatkeista tai erikseen taotuista edustavista kappaleista ASTM A370:n mukaisesti.
- Kemiallisen koostumuksen tarkistus — OES-spektrometrianalyysi lämmön koostumuksesta suhteessa määriteltyihin arvorajoihin. Standardin EN 10204 3.1 tai 3.2 mukaiset materiaalitestitodistukset (MTC / Mill Cert) ovat vakiotoimituksia kriittisiin sovelluksiin.
Painoarvio taotuille ruostumattomasta teräksestä valmistetuille akseleille: Käytännön lähestymistapa
Taotun ruostumattomasta teräksestä valmistetun akselin painon arvioiminen ennen lopullista työstöä edellyttää kahden tekijän huomioimista, jotka eivät koske standarditankomassaa: taontavara ja karkea työstömassa.
Tyypillinen ruostumattomasta teräksestä valmistettu painolaskin taottu akseli toimii seuraavien vaiheiden kautta:
- Laske valmiin osan tilavuus suunnittelupiirroksesta käsittelemällä akselia sarjana sylintereitä (yksi halkaisijaaskelmaa kohti) ja laskemalla niiden tilavuudet yhteen.
- Lisää koneistusvaraa – Tyypillisesti 5-15 mm per kasvo avomuottitakoilla tai 2-6 mm per kasvo suljetussa kuoppassa. Lisää tämä jokaiseen halkaisija- ja pituusmittaan ennen taontatilavuuden laskemista.
- Käytä salama- ja skaalaushäviökerrointa — Suljetussa takomisessa, lisää 10–20 % nettotaontapainoon arvioidaksesi tarvittavan aihion painon (ottaa huomioon välähdyshäviön ja mittakaavan). Avoputkessa tekijä on 5–12 % .
- Kerro asteen tiheydellä — Käytä sopivaa tiheyttä yllä olevasta taulukosta (esim. 7,98 g/cm³ ruostumattomalle 316:lle).
Työstetty esimerkki: 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettu taottu akseli, jonka lopullinen tilavuus on 2 800 cm³ ja joka on koneistettu umpinaisesta takomisesta 8 mm:n pintavaralla ja 15 %:n aihiokertoimella, vaatii noin aloitusaihion. 3 700 cm³ × 7,98 g/cm³ = 29,5 kg , verrattuna valmiin akselin painoon, joka on noin 22,3 kg. Ero - osto-lentää -suhde — on keskeinen kustannustekijä ruostumattoman teräksen akselin hankinnassa, ja siksi lähes verkkomuotoista taontaa suositaan kaupallisesti suurempien komponenttien koneistukseen verrattuna ylisuuresta tangosta.
