Co to jest drut wysokowytrzymały: wytrzymałość na rozciąganie

Najważniejsze informacje

• Wytrzymałość na rozciąganie to największe naprężenie, jakie materiał przenosi podczas rozciągania, tuż przed pęknięciem.
• Wyznacza się ją w próbie rozciągania, w której próbkę rozciąga się do zerwania, rejestrując siłę i wydłużenie.
• W przypadku drutu stalowego podaje się ją zwykle w N/mm², co liczbowo jest tym samym co MPa.
• Obróbka na zimno, w tym przeciąganie drutu przez ciągadła, zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i zmniejsza ciągliwość.
• Wyżarzanie odwraca tę obróbkę i znów czyni drut miękkim.

Co oznacza „wysokowytrzymały”?

Słowo „rozciąganie” odnosi się do obciążenia, które ciągnie kawałek materiału wzdłuż jego długości i próbuje go wydłużyć. W drucie poddanym rozciąganiu panuje naprężenie równe sile ciągnącej podzielonej przez pole jego przekroju poprzecznego. Gdy siła rośnie dostatecznie mocno, drut najpierw wydłuża się trwale, a potem pęka.

Drut wysokowytrzymały to drut wybrany dlatego, że przenosi duże naprężenie tego rodzaju, zanim ustąpi. Pojęcie jest względne. Nie znaleźliśmy normy, która wyznaczałaby jedną liczbę, powyżej której drut staje się „wysokowytrzymały”, a próg, jaki ma na myśli kupujący, zależy od zadania. Dlatego rzetelne zapytanie zawsze zastępuje to określenie przedziałem wytrzymałości w N/mm², sprawdzanym według wskazanej normy.

Wytrzymałość na rozciąganie a granica plastyczności

Dwie wartości opisują zachowanie drutu pod obciążeniem rozciągającym i łatwo je pomylić.

Projektanci konstrukcji z materiałów ciągliwych zwykle wychodzą z granicy plastyczności, ponieważ element, który uległ uplastycznieniu, jest już wygięty. Wytrzymałość na rozciąganie to wartość, którą kupujący najczęściej widzą w ofercie na drut. Obie rosną, gdy stal jest obrabiana na zimno.

Jak mierzy się wytrzymałość na rozciąganie?

Pomiarem jest próba rozciągania. Próbkę drutu chwyta się na obu końcach w uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej i rozciąga ze stałą prędkością aż do zerwania. Maszyna rejestruje siłę i wydłużenie przez cały czas próby. Po podzieleniu siły przez pierwotny przekrój zapis zamienia się w krzywą naprężenia i odkształcenia, a najwyższy punkt tej krzywej to wytrzymałość doraźna na rozciąganie.

Wynik jest naprężeniem, więc siłę dzieli się przez pole. Gruby drut wymaga znacznie większej siły do zerwania niż cienki, a mimo to oba mogą mieć tę samą wytrzymałość na rozciąganie w N/mm².

N/mm², MPa i psi

Naprężenie to siła na jednostkę pola. W układzie SI jest to paskal, czyli niuton na metr kwadratowy, a dla metali wygodną wielokrotnością jest megapaskal. Jeden megapaskal to milion niutonów na metr kwadratowy. Metr kwadratowy mieści milion milimetrów kwadratowych, więc jeden megapaskal równa się też jednemu niutonowi na milimetr kwadratowy.

W praktyce N/mm² i MPa to ta sama liczba: 1000 N/mm² oznacza 1000 MPa. Na naszych stronach produktów używamy N/mm². Dokumenty amerykańskie często podają psi, czyli funty siły na cal kwadratowy, lub ksi, czyli tysiąc psi. Przy porównywaniu ofert warto najpierw przeliczyć wszystko na jedną jednostkę.

Jak drut staje się wysokowytrzymały?

Wytrzymałość drutu stalowego wyznaczają dwa czynniki: jak mocno został obrobiony na zimno oraz z jakiej stali jest ciągniony.

Ciągnienie na zimno. Drut powstaje przez przeciąganie walcówki przez ciągadło o mniejszym otworze, zwykle przez serię ciągadeł, z których każde nieco ją zmniejsza. Odbywa się to poniżej progu rekrystalizacji stali, zazwyczaj bez nagrzewania, więc jest to obróbka na zimno. Każde przeciągnięcie odkształca metal plastycznie. Stal staje się twardsza, wytrzymalsza na rozciąganie i ma wyższą granicę plastyczności. To właśnie umocnienie przez zgniot. Płaci się za nie ciągliwością: drut gnie się gorzej niż przedtem.

Gatunek stali. Opracowania o stali węglowej zaliczają stal wysokowęglową do sprężyn i drutów o wysokiej wytrzymałości, a większość stali sprężynowych to gatunki średnio- lub wysokowęglowe. Kompromis jest taki sam jak przy obróbce na zimno. Wytrzymałość oznacza mniejszą ciągliwość, więc gatunek dobiera się do zadania, zamiast po prostu windować go do góry. Stronę materiałową omawia poradnik o drucie ze stali wysokowęglowej.

Duże zgniatanie może uczynić drut zbyt twardym do dalszego ciągnienia, dlatego między kolejnymi przeciągnięciami bywa dodawane wyżarzanie międzyoperacyjne. Wyżarzanie końcowe całkowicie znosi umocnienie. To właśnie ten etap odróżnia miękki drut wiązałkowy od wytrzymałego drutu ciągnionego (zob. poradnik o drucie twardym i wyżarzanym); całą linię ciągnienia krok po kroku opisuje wyjaśnienie, co to jest drut ciągniony na zimno.

Do czego służy drut wysokowytrzymały?

Wytrzymałość na rozciąganie to cecha, dla której ceni się większość drutów, więc lista zastosowań jest długa. Opracowania o ciągnieniu wymieniają sprężyny, spinacze do papieru, szprychy kół i elementy konstrukcyjne obciążone rozciąganiem wśród produktów z drutu ciągnionego.

Najlepszym przykładem są sprężyny. Stale sprężynowe mają bardzo wysoką granicę plastyczności, dzięki czemu element może się mocno wyginać lub skręcać i nadal wracać do kształtu. W tym zastosowaniu warto przeczytać poradnik towarzyszący, co to jest drut sprężynowy, a zakres, który dostarczamy, opisuje strona o drucie sprężynowym.

Nasz drut ciągniony na zimno jest oferowany w średnicach od 0,8 do 6 mm, o wytrzymałości na rozciąganie od 500 do 1000 N/mm², zgodnie z EN 10218-2. Trafia do gwoździ, zszywek, śrub, wkrętów i innych elementów złącznych oraz drobnych wyrobów metalowych. Wszystkie rodzaje drutu zestawia strona o drucie stalowym.

Jak podać drut wysokowytrzymały w zapytaniu ofertowym?

Przydatne zapytanie nie zostawia miejsca na dwie oferty, które wyglądają podobnie, a badane są inaczej. Należy wskazać:

1. Średnicę w milimetrach. Jeśli rysunek podaje numery drutu, trzeba je przeliczyć za pomocą tabeli numerów drutu.
2. Przedział wytrzymałości na rozciąganie w N/mm², jako wartość minimalną i maksymalną. Przedział, a nie słowo „wysoka”, to coś, względem czego można badać drut.
3. Normę, aby ustalić metodę badania i tolerancje.
4. Powierzchnię, na przykład jasną lub z powłoką (zob. wyjaśnienie, co to jest drut jasny).
5. Ilość, sposób zwijania i miejsce dostawy.

Dla drutu z powłoką cynkową zob. poradnik o wytrzymałości drutu ocynkowanego. Przy zakupie z zagranicy zamawianie omawia strona o drucie ciągnionym na zimno z Turcji, a poradnik o załadunku kręgów drutu do kontenera wyjaśnia, jak zwoje są wysyłane. Reinwent jest firmą zaopatrzeniową, a nie hutą. Wystarczy przejść do strony Zapytaj o ofertę, a my zbierzemy oferty od producentów. Można też napisać na adres contact@reinwent.com.