Voordele kan verkry word deur insig te verkry in een laag van die korrelstruktuur wat die meganiese gedrag van vlekvrye staal beheer.Getty Images
Die keuse van vlekvrye staal en aluminium allooie sentreer oor die algemeen rondom sterkte, rekbaarheid, verlenging en hardheid. Hierdie eienskappe dui aan hoe die boustene van die metaal reageer op toegepaste vragte. Hulle is 'n effektiewe aanduiding van die bestuur van grondstofbeperkings;dit wil sê hoeveel dit sal buig voordat dit breek. Die grondstof moet die gietproses kan weerstaan ​​sonder om te breek.
Vernietigende trek- en hardheidtoetsing is 'n betroubare, koste-effektiewe metode om meganiese eienskappe te bepaal. Hierdie toetse is egter nie altyd so betroubaar sodra die dikte van die grondstof die grootte van die toetsmonster begin beperk nie. Trektoetsing van plat metaalprodukte is natuurlik steeds nuttig, maar voordele kan verkry word deur dieper te kyk na een laag van die korrelstruktuur wat die meganiese gedrag daarvan beheer.
Metale bestaan ​​uit 'n reeks mikroskopiese kristalle wat korrels genoem word. Hulle is ewekansig deur die metaal versprei. Atome van legeringselemente, soos yster, chroom, nikkel, mangaan, silikon, koolstof, stikstof, fosfor en swael in austenitiese vlekvrye staal, is deel van 'n oplossing van 'n enkelatoom-metaal, wat deel uitmaak van 'n enkelatoom-korrel. rooster deur hul gedeelde elektrone.
Die chemiese samestelling van die legering bepaal die termodinamies voorkeurrangskikking van atome in die korrels, bekend as die kristalstruktuur.Homogene gedeeltes van 'n metaal wat 'n herhalende kristalstruktuur bevat, vorm een ​​of meer korrels wat fases genoem word. Die meganiese eienskappe van 'n legering is 'n funksie van die kristalstruktuur in die legering. Dieselfde geld vir die grootte en rangskikking van elke fase.
Die meeste mense is vertroud met die stadiums van water.Wanneer vloeibare water vries, word dit soliede ys. Wanneer dit by metale kom, is daar egter nie net een vaste fase nie.Sekere legeringsfamilies is na hul fases vernoem.Onder vlekvrye staal bestaan ​​austenitiese 300-reeks-legerings hoofsaaklik uit austeniet wanneer dit alles uitgloei in 40-reekse, 40-ferrit-in 40-reekse gegloei. staal of martensiet in 410 en 420 vlekvrye staal allooie.
Dieselfde geld vir titaniumlegerings. Die naam van elke legeringsgroep dui hul oorheersende fase by kamertemperatuur aan – alfa, beta of 'n mengsel van albei. Daar is alfa-, naby-alfa-, alfa-beta-, beta- en naby-beta-legerings.
Wanneer die vloeibare metaal stol, sal die soliede deeltjies van die termodinamiese voorkeurfase presipiteer waar druk, temperatuur en chemiese samestelling dit toelaat. Dit gebeur gewoonlik by raakvlakke, soos yskristalle op die oppervlak van 'n warm dam op 'n koue dag.Wanneer korrels kern vorm, groei die kristalstruktuur in een rigting totdat 'n ander korrel teëgekom word by die interparingsvorm van die korrelgrense tot die kruisgrense. rystal strukture.Stel jou voor dat jy 'n klomp Rubik se blokkies van verskillende groottes in 'n boks sit.Elke kubus het 'n vierkantige roosterrangskikking, maar hulle sal almal in verskillende ewekansige rigtings gerangskik wees.'n Ten volle gestolde metaalwerkstuk bestaan ​​uit 'n reeks oënskynlik willekeurig georiënteerde korrels.
Enige tyd wat 'n korrel gevorm word, is daar 'n moontlikheid van lyndefekte. Hierdie defekte is ontbrekende dele van die kristalstruktuur wat ontwrigtings genoem word. Hierdie ontwrigtings en hul daaropvolgende beweging deur die korrel en oor korrelgrense is fundamenteel tot metaal rekbaarheid.
'n Dwarssnit van die werkstuk word gemonteer, geslyp, gepoleer en geëts om die korrelstruktuur te sien. Wanneer dit eenvormig en gelykvormig is, lyk die mikrostrukture wat op 'n optiese mikroskoop waargeneem word, 'n bietjie soos 'n legkaart. In werklikheid is die korrels driedimensioneel, en die deursnee van elke korrel sal wissel na gelang van die werkstuk se dwars-oriëntasie.
Wanneer 'n kristalstruktuur met al sy atome gevul is, is daar geen ruimte vir beweging anders as die rek van die atoombindings nie.
Wanneer jy die helfte van 'n ry atome verwyder, skep jy 'n geleentheid vir 'n ander ry atome om in daardie posisie te gly, wat die ontwrigting effektief beweeg.Wanneer 'n krag op die werkstuk toegepas word, stel die saamgevoegde beweging van ontwrigtings in die mikrostruktuur dit in staat om te buig, rek of saam te druk sonder om te breek of te breek.
Wanneer 'n krag op 'n metaallegering inwerk, verhoog die stelsel energie.As genoeg energie bygevoeg word om plastiese vervorming te veroorsaak, vervorm die traliewerk en nuwe ontwrigtings vorm.Dit lyk logies dat dit rekbaarheid moet verhoog, aangesien dit meer spasie vrystel en sodoende die potensiaal vir meer ontwrigtingsbeweging skep. Wanneer ontwrigtings egter bots, kan hulle mekaar regmaak.
Soos die aantal en konsentrasie van ontwrigtings toeneem, word meer en meer ontwrigtings aanmekaar vasgespeld, wat rekbaarheid verminder. Uiteindelik blyk soveel ontwrigtings dat koue vorming nie meer moontlik is nie. Aangesien bestaande vaspen-ontwrigtings nie meer kan beweeg nie, rek die atoombindings in die rooster totdat hulle breek of breek. Dit is hoekom metaallegerings verhard tot die hoeveelheid plastiese vervorming kan beperk, en hoekom daar 'n beperking is van plastiese vervorming.
Graan speel ook 'n belangrike rol in uitgloeiing. Uitgloeiing van 'n werkverharde materiaal herstel in wese die mikrostruktuur en herstel dus rekbaarheid. Tydens die uitgloeiproses word die korrels in drie stappe getransformeer:
Stel jou voor dat 'n persoon deur 'n stampvol treinwa loop. Menigtes kan slegs ingedruk word deur gapings tussen die rye te laat, soos ontwrigtings in 'n tralie. Soos hulle gevorder het, het die mense agter hulle die leemte gevul wat hulle gelaat het, terwyl hulle nuwe spasie voor geskep het. Sodra hulle die ander kant van die wa bereik, verander die rangskikking van passasiers om by elke passasiers verby te gaan en te probeer om die ander te slaan en te probeer om die ander kamer te tref en mure van die treinwaens, wat almal in plek vaspen. Hoe meer ontwrigtings daar voorkom, hoe moeiliker is dit vir hulle om gelyktydig te beweeg.
Dit is belangrik om die minimum vlak van vervorming te verstaan ​​wat nodig is om herkristallisasie te aktiveer. As die metaal egter nie genoeg vervormingsenergie het voordat dit verhit word nie, sal herkristallisasie nie plaasvind nie en die korrels sal eenvoudig verder groei as hul oorspronklike grootte.
Meganiese eienskappe kan ingestel word deur graangroei te beheer. 'n Korrelgrens is in wese 'n muur van ontwrigtings. Hulle belemmer beweging.
As graangroei beperk word, sal 'n groter aantal klein korrels geproduseer word. Hierdie kleiner korrels word as fyner beskou in terme van korrelstruktuur. Meer korrelgrense beteken minder ontwrigtingbeweging en hoër sterkte.
As graangroei nie beperk word nie, word die graanstruktuur growwer, die korrels is groter, die grense is minder en die sterkte is laer.
Daar word dikwels na korrelgrootte verwys as 'n eenheidlose getal, iewers tussen 5 en 15. Dit is 'n relatiewe verhouding en hou verband met die gemiddelde korreldeursnee. Hoe hoër die getal, hoe fyner is die korreligheid.
ASTM E112 skets metodes om korrelgrootte te meet en te evalueer. Dit behels die tel van die hoeveelheid graan in 'n gegewe area. Dit word gewoonlik gedoen deur 'n dwarssnit van die grondstof te sny, dit te slyp en te poleer, en dit dan met suur te ets om die deeltjies bloot te stel. Telling word uitgevoer onder 'n mikroskoop, en die vergroting van die grootte van 'n ASTM toon, en die vergroting van die grootte van 'n TM. Dit kan selfs voordelig wees om variasie in korrelgrootte tot twee of drie punte te beperk om konsekwente werkverrigting oor die werkstuk te verseker.
In die geval van werkverharding het sterkte en rekbaarheid 'n omgekeerde verwantskap.Die verband tussen ASTM-korrelgrootte en sterkte is geneig om positief en sterk te wees, oor die algemeen is verlenging omgekeerd verwant aan ASTM-korrelgrootte. Oormatige korrelgroei kan egter veroorsaak dat "doodsagte" materiale nie meer effektief werk nie.
Daar word dikwels na korrelgrootte verwys as 'n eenheidlose getal, iewers tussen 5 en 15. Dit is 'n relatiewe verhouding en hou verband met die gemiddelde korreldeursnee. Hoe hoër die ASTM-korrelgroottewaarde, hoe meer korrels per eenheidsoppervlakte.
Die korrelgrootte van die uitgegloeide materiaal wissel met tyd, temperatuur en verkoelingstempo.Gloeiding word gewoonlik tussen die herkristallisasietemperatuur en smeltpunt van die legering uitgevoer. Die aanbevole uitgloeitemperatuurreeks vir austenitiese vlekvrye staallegering 301 is tussen 1,900 en 2,050 grade Fahrenheit. moet by 1 292 grade Fahrenheit uitgegloei word en ongeveer 3 000 grade Fahrenheit smelt.
Tydens uitgloeiing kompeteer die herstel- en herkristallisasieprosesse met mekaar totdat die herkristalliseerde korrels alle vervormde korrels verteer. Die herkristallisasietempo wissel met temperatuur. Sodra herkristallisasie voltooi is, neem graangroei oor. 'n 301 vlekvrye staal werkstuk wat uitgegloei is teen 1,900°F vir een uur, sal 'n fyner werkstuk hê as 0°F, 0°F dieselfde struktuur. dieselfde tyd.
As die materiaal nie lank genoeg in die behoorlike uitgloeireeks gehou word nie, kan die gevolglike struktuur 'n kombinasie van ou en nuwe korrels wees. As eenvormige eienskappe dwarsdeur die metaal verlang word, moet die uitgloeiproses daarop gemik wees om 'n eenvormige eweassige korrelstruktuur te bereik. Eenvormig beteken dat alle korrels ongeveer dieselfde grootte is, en gelykvormig beteken dat hulle ongeveer dieselfde vorm het.
Om 'n eenvormige en gelykassige mikrostruktuur te verkry, moet elke werkstuk vir dieselfde hoeveelheid hitte aan dieselfde hoeveelheid hitte blootgestel word en moet teen dieselfde tempo afkoel. Dit is nie altyd maklik of moontlik met bondeluitgloeiing nie, daarom is dit belangrik om ten minste te wag totdat die hele werkstuk versadig is by die toepaslike temperatuur voordat die weektyd bereken word. Langer weektye en hoër temperature sal tot gevolg hê dat die materiaal sal versadig.
As korrelgrootte en sterkte verband hou, en die sterkte is bekend, hoekom korrels bereken, nie waar nie?Alle vernietigende toetse het veranderlikheid.Trektoetsing, veral by laer diktes, is grootliks afhanklik van monstervoorbereiding.Treksterkteresultate wat nie werklike materiaaleienskappe verteenwoordig nie, kan voortydige mislukking ervaar.
As die eienskappe nie eenvormig regdeur die werkstuk is nie, sal die neem van 'n trektoetsmonster of monster van een rand dalk nie die hele storie vertel nie.Voorbereiding en toetsing van monsters kan ook tydrowend wees.Hoeveel toetse is moontlik vir 'n gegewe metaal, en in hoeveel rigtings is dit haalbaar?Evaluering van die korrelstruktuur is 'n ekstra versekering teen verrassings.
Anisotropies, isotropies.Anisotropie verwys na die rigting van meganiese eienskappe.Benewens sterkte, kan anisotropie beter verstaan ​​word deur die korrelstruktuur te ondersoek.
'n Eenvormige en gelykassige korrelstruktuur moet isotroop wees, wat beteken dit het dieselfde eienskappe in alle rigtings.Isotropie is veral belangrik in dieptrekprosesse waar konsentrisiteit van kritieke belang is.Wanneer die blanko in die vorm ingetrek word, sal die anisotropiese materiaal nie eenvormig vloei nie, wat kan lei tot 'n defek wat oorring genoem word. inhomogeniteite in die werkstuk en help om die oorsaak te diagnoseer.
Behoorlike uitgloeiing is van kritieke belang om isotropie te bewerkstellig, maar dit is ook belangrik om die omvang van vervorming voor uitgloeiing te verstaan. Soos die materiaal plasties vervorm, begin die korrels vervorm. In die geval van koue rol, omskakeling van dikte na lengte, sal die korrels in die rolrigting verleng. Soos die aspekverhouding van die korrels verander, en oor die hele geval verander die meganiese werk van die korrels en oor die hele geval. stukke, kan 'n mate van oriëntasie behou word selfs na uitgloeiing. Dit lei tot anisotropie. Vir diepgetrekte materiale is dit soms nodig om die hoeveelheid vervorming voor finale uitgloeiing te beperk om slytasie te vermy.
lemoenskil.Optel is nie die enigste dieptrekdefek wat met die matrijs geassosieer word nie.Lemoenskil vind plaas wanneer grondstowwe met te growwe deeltjies getrek word.Elke greintjie vervorm onafhanklik en as 'n funksie van sy kristaloriëntasie.Die verskil in vervorming tussen aangrensende korrels het 'n tekstuurvoorkoms wat soortgelyk is aan lemoenskil die oppervlak van die lemoenskil openbaar.
Net soos die pixels op 'n TV-skerm, met 'n fynkorrelige struktuur, sal die verskil tussen elke korrel minder opvallend wees, wat die resolusie effektief verhoog. Die spesifikasie van meganiese eienskappe alleen sal dalk nie voldoende wees om 'n voldoende fyn korrelgrootte te verseker om die lemoenskil-effek te voorkom nie.Wanneer die verandering in werkstukgrootte minder as 10 keer die korreldeursnee is, sal die eienskappe van die individuele korrels nie ewe groot wees nie, maar dit weerspieël die spesifieke korrels, maar dit dryf nie die spesifieke gedrag oor nie, maar dit weerspieël nie die spesifieke korrels nie. oriëntasie van elke greintjie. Dit kan gesien word uit die lemoenskil-effek op die mure van die getrekte koppies.
Vir 'n ASTM-korrelgrootte van 8 is die gemiddelde korreldeursnee 885 µin. Dit beteken dat enige diktevermindering van 0,00885 duim of minder deur hierdie mikrovormende effek beïnvloed kan word.
Alhoewel growwe korrels dieptrekprobleme kan veroorsaak, word dit soms aanbeveel vir afdruk. Stempel is 'n vervormingsproses waarin 'n spasie saamgepers word om 'n gewenste oppervlaktopografie te gee, soos 'n kwart van George Washington se gesigkontoere. Anders as draadtrek, behels stempel gewoonlik nie baie grootmaatmateriaalvloei nie, maar wat die oppervlak dalk net baie vervorm kan vereis.
Om hierdie rede kan die vermindering van oppervlakvloeistres deur die gebruik van 'n growwer korrelstruktuur help om die kragte wat benodig word vir behoorlike vormvulling te verlig. Dit is veral waar in die geval van vrye-matrys-indruk, waar ontwrigtings op oppervlakkorrels vrylik kan vloei eerder as om by korrelgrense op te bou.
Die neigings wat hier bespreek word, is veralgemenings wat dalk nie op spesifieke afdelings van toepassing is nie. Hulle het egter die voordele van die meet en standaardisering van grondstofdeeltjiegrootte uitgelig wanneer nuwe onderdele ontwerp word om algemene slaggate te vermy en gietparameters te optimaliseer.
Vervaardigers van presisiemetaal-stampmasjiene en dieptrekbewerkings op metaal om hul onderdele te vorm, sal goed saamwerk met metallurge op tegnies gekwalifiseerde presisie-herrollers wat hulle kan help om materiaal tot op die korrelvlak te optimaliseer.Wanneer metallurgiese en ingenieurskundiges aan beide kante van die verhouding in een span geïntegreer word, kan dit 'n positiewe uitkomsimpak hê en meer produseer.
STAMPING Journal is die enigste industriejoernaal wat toegewy is om die behoeftes van die metaalstempelmark te dien. Sedert 1989 dek die publikasie die nuutste tegnologieë, bedryfstendense, beste praktyke en nuus om professionele persone te help om hul besigheid doeltreffender te bestuur.
Nou met volle toegang tot die digitale uitgawe van The FABRICATOR, maklike toegang tot waardevolle industriehulpbronne.
Die digitale uitgawe van The Tube & Pipe Journal is nou ten volle toeganklik en bied maklike toegang tot waardevolle industriebronne.
Geniet volle toegang tot die digitale uitgawe van STAMPING Journal, wat die nuutste tegnologiese vooruitgang, beste praktyke en industrienuus vir die metaalstempelmark verskaf.
Nou met volle toegang tot die digitale uitgawe van The Fabricator en Español, maklike toegang tot waardevolle industriebronne.