يمكن اكتساب الفوائد من خلال اكتساب نظرة ثاقبة على طبقة واحدة من بنية الحبوب التي تتحكم في السلوك الميكانيكي للفولاذ المقاوم للصدأ.
يتمحور اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم بشكل عام حول القوة والليونة والاستطالة والصلابة. تشير هذه الخصائص إلى كيفية استجابة اللبنات الأساسية للمعدن للأحمال المطبقة ، وهي مؤشر فعال لإدارة قيود المواد الخام ؛أي مقدار ثنيها قبل أن تنكسر. يجب أن تكون المادة الخام قادرة على تحمل عملية التشكيل دون أن تنكسر.
اختبار الشد والصلابة المدمر هو طريقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة لتحديد الخواص الميكانيكية ، ومع ذلك ، لا يمكن الاعتماد على هذه الاختبارات دائمًا بمجرد أن يبدأ سمك المادة الخام في الحد من حجم عينة الاختبار ، ولا يزال اختبار الشد للمنتجات المعدنية المسطحة مفيدًا بالطبع ، ولكن يمكن الحصول على الفوائد من خلال النظر بعمق في طبقة واحدة من بنية الحبوب التي تتحكم في سلوكها الميكانيكي.
تتكون المعادن من سلسلة من البلورات المجهرية تسمى حبيبات ويتم توزيعها عشوائيًا في جميع أنحاء المعدن ، وتشكل ذرات عناصر صناعة السبائك ، مثل الحديد والكروم والنيكل والمنغنيز والسيليكون والكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت في الفولاذ الأوستنيتي ، جزءًا من حبة واحدة ، وتشكل هذه الذرات جزيئات صلبة من بلورات معدنية مشتركة في محلول بلوري.
يحدد التركيب الكيميائي للسبيكة الترتيب المفضل للديناميكا الحرارية للذرات في الحبيبات ، والمعروف باسم التركيب البلوري ، وتشكل الأجزاء المتجانسة من المعدن التي تحتوي على بنية بلورية متكررة حبة واحدة أو أكثر تسمى الأطوار ، والخواص الميكانيكية للسبيكة هي إحدى وظائف التركيب البلوري في السبيكة ، وينطبق الشيء نفسه على حجم وترتيب حبيبات كل مرحلة.
معظم الناس على دراية بمراحل الماء ، فعندما يتجمد الماء السائل يتحول إلى جليد صلب ، ومع ذلك عندما يتعلق الأمر بالمعادن ، لا توجد مرحلة صلبة واحدة فقط ، وقد تم تسمية عائلات معينة من السبائك على اسم مراحلها ، ومن بين الفولاذ المقاوم للصدأ ، تتكون سبائك الأوستنيتي 300 بشكل أساسي من الأوستينيت عند التلدين ، ومع ذلك ، تتكون سبائك سلسلة 400 من الفريت الصلب في 430 أو 420 من الفولاذ المقاوم للصدأ.
وينطبق الشيء نفسه على سبائك التيتانيوم ، حيث يشير اسم كل مجموعة سبيكة إلى طورها السائد في درجة حرارة الغرفة - ألفا أو بيتا أو خليط من الاثنين معًا ، وهناك سبائك ألفا وشبه ألفا وألفا بيتا وبيتا وشبه بيتا.
عندما يتصلب المعدن السائل ، فإن الجزيئات الصلبة في الطور المفضل للديناميكا الحرارية سوف تترسب حيث يسمح الضغط ودرجة الحرارة والتركيب الكيميائي ، يحدث هذا عادة في الواجهات ، مثل بلورات الثلج على سطح بركة دافئة في يوم بارد ، وعندما تتكوّن الحبيبات ، ينمو التركيب البلوري في اتجاه واحد حتى تتم مصادفة حبة أخرى ، وتتشكل حدود الحبوب عند التقاطعات من التراكيب الكريستالية غير المتطابقة. أحجام مختلفة في صندوق ، كل مكعب له ترتيب شبكة مربعة ، ولكن سيتم ترتيبها جميعًا في اتجاهات عشوائية مختلفة. تتكون قطعة العمل المعدنية الصلبة بالكامل من سلسلة من الحبيبات التي تبدو عشوائية الاتجاه.
في أي وقت تتشكل فيه الحبوب ، هناك احتمال لحدوث عيوب في الخطوط ، هذه العيوب تفتقد إلى أجزاء من التركيب البلوري تسمى الاضطرابات ، وهذه الاضطرابات وحركتها اللاحقة في جميع أنحاء الحبوب وعبر حدود الحبيبات أساسية ليونة المعدن.
يتم تثبيت المقطع العرضي لقطعة العمل وتثبيته وصقله وحفره لعرض بنية الحبيبات ، وعندما تكون موحدة ومتوازنة ، تبدو الهياكل المجهرية التي يتم ملاحظتها على المجهر الضوئي مثل أحجية الصور المقطوعة ، وفي الواقع ، تكون الحبيبات ثلاثية الأبعاد ، وسيختلف المقطع العرضي لكل حبة اعتمادًا على اتجاه المقطع العرضي لقطعة العمل.
عندما تمتلئ بنية بلورية بكل ذراتها ، فلا مجال للحركة سوى تمدد الروابط الذرية.
عندما تزيل نصف صف من الذرات ، فإنك تخلق فرصة لصف آخر من الذرات للانزلاق إلى هذا الموضع ، مما يؤدي إلى تحريك الخلع بشكل فعال. عندما يتم تطبيق قوة على قطعة العمل ، فإن الحركة المجمعة للخلع في البنية المجهرية تمكنها من الانحناء أو التمدد أو الانضغاط دون أن تنكسر أو تنكسر.
عندما تعمل القوة على سبيكة معدنية ، يزيد النظام من الطاقة ، وإذا تمت إضافة طاقة كافية لإحداث تشوه في البلاستيك ، فإن التشوه الشبكي يتشوه وتشكل اضطرابات جديدة ، ويبدو من المنطقي أن يزيد هذا من الليونة ، لأنه يحرر مساحة أكبر ، وبالتالي يخلق احتمالية لمزيد من حركة الخلع ، ومع ذلك ، عندما تصطدم الاضطرابات ، يمكن إصلاح بعضها البعض.
مع زيادة عدد حالات الخلع وتركيزها ، يتم تثبيت المزيد والمزيد من الاضطرابات معًا ، مما يقلل من الليونة ، وفي النهاية يبدو أن الكثير من الاضطرابات لم يعد ممكنًا ، نظرًا لأن خلع التثبيت الحالي لم يعد قادرًا على الحركة ، وتمتد الروابط الذرية في الشبكة حتى تنكسر أو تنكسر ، وهذا هو السبب في أن السبائك المعدنية تعمل ، ولماذا يمكن أن يكون هناك حد لمقدار البلاستيك قبل الانكسار.
تلعب الحبوب أيضًا دورًا مهمًا في التلدين ، فالتعامل مع المادة المصلبة بالعمل يعيد بشكل أساسي البنية المجهرية وبالتالي يعيد ليونة الحبوب ، وأثناء عملية التلدين ، يتم تحويل الحبيبات في ثلاث خطوات:
تخيل شخصًا يسير في عربة قطار مزدحمة ، لا يمكن الضغط على الحشود إلا من خلال ترك فجوات بين الصفوف ، مثل خلع في الشبكة ، ومع تقدمهم ، ملأ الأشخاص خلفهم الفراغ الذي تركوه ، بينما قاموا بإنشاء مساحة جديدة أمامهم ، وبمجرد وصولهم إلى الطرف الآخر من العربة ، يتغير ترتيب الركاب ، وإذا حاول الكثير من الناس المرور مع بعضهم البعض في نفس الوقت ، يصطدم الركاب بالحركة في نفس الوقت. كلما زاد عدد الاضطرابات التي تظهر ، زادت صعوبة حركتهم في نفس الوقت.
من المهم فهم الحد الأدنى من التشوه المطلوب لبدء عملية إعادة التبلور ، ومع ذلك ، إذا لم يكن المعدن يحتوي على طاقة تشوه كافية قبل تسخينه ، فلن تحدث إعادة التبلور وستستمر الحبوب ببساطة في النمو بما يتجاوز حجمها الأصلي.
يمكن ضبط الخواص الميكانيكية من خلال التحكم في نمو الحبوب ، فحدود الحبوب هو أساسًا جدار الاضطرابات التي تعيق الحركة.
إذا تم تقييد نمو الحبوب ، فسيتم إنتاج عدد أكبر من الحبوب الصغيرة ، وتعتبر هذه الحبوب الأصغر حجمًا أدق من حيث بنية الحبوب.
إذا لم يتم تقييد نمو الحبوب ، تصبح بنية الحبوب أكثر خشونة ، وتكون الحبوب أكبر ، وتكون الحدود أقل ، وتكون القوة أقل.
غالبًا ما يُشار إلى حجم الحبوب على أنه عدد غير موحد ، في مكان ما بين 5 و 15 ، وهي نسبة نسبية وترتبط بمتوسط ​​قطر الحبوب ، فكلما زاد العدد ، كانت التفاصيل أدق.
تحدد ASTM E112 طرقًا لقياس وتقييم حجم الحبوب ، وتتضمن عد كمية الحبوب في منطقة معينة ، ويتم ذلك عادةً عن طريق قطع مقطع عرضي من المادة الخام وطحنها وتلميعها ، ثم نقشها بالحمض لفضح الجسيمات ، ويتم العد تحت المجهر ، ويسمح التكبير بأخذ عينات كافية من الحبوب ، وقد يشير تحديد مستوى الحجم المعقول للحبوب إلى الحد من حجم الحبوب ASTM. إلى نقطتين أو ثلاث نقاط لضمان أداء ثابت عبر قطعة العمل.
في حالة تصلب العمل ، يكون للقوة والليونة علاقة عكسية. العلاقة بين حجم حبيبات ASTM وقوتها تميل إلى أن تكون إيجابية وقوية ، والاستطالة بشكل عام مرتبطة بشكل عكسي بحجم حبيبات ASTM. ومع ذلك ، يمكن أن يتسبب النمو المفرط للحبوب في جعل المواد "الميتة" لا تعمل بشكل فعال.
غالبًا ما يُشار إلى حجم الحبوب على أنه رقم بدون وحدة ، في مكان ما بين 5 و 15 ، وهي نسبة نسبية وترتبط بمتوسط ​​قطر الحبوب ، وكلما زادت قيمة حجم الحبوب ASTM ، زادت الحبوب لكل وحدة مساحة.
يختلف حجم الحبيبات للمادة الملدنة مع الوقت ودرجة الحرارة ومعدل التبريد ، وعادة ما يتم إجراء التسوية بين درجة حرارة إعادة التبلور ونقطة انصهار السبيكة ، ويتراوح نطاق درجة حرارة التلدين الموصى بها لسبائك الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ 301 بين 1900 و 2050 درجة فهرنهايت ، وسيبدأ الذوبان حوالي 2550 درجة فهرنهايت ، وعلى النقيض من ذلك ، يجب أن يذوب تيتانيوم بدرجة 1 فهرنهايت نقي تجاريًا عند حوالي 1،29 درجة فهرنهايت.
أثناء التلدين ، تتنافس عمليات الاسترداد وإعادة التبلور مع بعضها البعض حتى تستهلك الحبوب المعاد بلورتها جميع الحبوب المشوهة ، ويختلف معدل إعادة التبلور باختلاف درجة الحرارة ، وبمجرد اكتمال عملية إعادة التبلور ، يتولى نمو الحبوب.
إذا لم يتم الاحتفاظ بالمواد في نطاق التلدين المناسب لفترة كافية ، فقد يكون الهيكل الناتج عبارة عن مزيج من الحبوب القديمة والجديدة ، وإذا كانت الخصائص المنتظمة مطلوبة في جميع أنحاء المعدن ، فيجب أن تهدف عملية التلدين إلى تحقيق بنية حبيبية متجانسة ، وتعني أن جميع الحبيبات متساوية الحجم تقريبًا ، وتعني متساوية أنها بنفس الشكل تقريبًا.
للحصول على بنية مجهرية موحدة ومتوازنة ، يجب تعريض كل قطعة عمل لنفس كمية الحرارة لنفس الفترة الزمنية ويجب أن تبرد بنفس المعدل ، وهذا ليس دائمًا سهلًا أو ممكنًا مع التلدين بالدُفعات ، لذلك من المهم الانتظار على الأقل حتى تشبع قطعة العمل بأكملها عند درجة الحرارة المناسبة قبل حساب وقت النقع.
إذا كان حجم الحبيبات وقوتها مرتبطين ، والقوة معروفة ، فلماذا يتم حساب الحبوب ، أليس كذلك؟ كل الاختبارات المدمرة لها تغيرات ، يعتمد اختبار الشد ، خاصة عند السماكات المنخفضة ، إلى حد كبير على تحضير العينة ، نتائج مقاومة الشد التي لا تمثل خصائص المواد الفعلية قد تواجه فشلًا مبكرًا.
إذا لم تكن الخصائص موحدة في جميع أنحاء قطعة العمل ، فإن أخذ عينة أو عينة من اختبار الشد من حافة واحدة قد لا يروي القصة بأكملها ، كما يمكن أن يستغرق تحضير العينة والاختبار وقتًا طويلاً. كم عدد الاختبارات الممكنة لمعدن معين ، وكم عدد الاتجاهات الممكنة؟
متباين الخواص ، الخواص الخواص: يشير التباين إلى اتجاه الخواص الميكانيكية ، بالإضافة إلى القوة ، يمكن فهم التباين بشكل أفضل من خلال فحص بنية الحبوب.
يجب أن يكون الهيكل الحبيبي المنتظم والمتساوي الخواص ، مما يعني أن له نفس الخصائص في جميع الاتجاهات ، ويكون التباين مهمًا بشكل خاص في عمليات الرسم العميق حيث يكون التركيز أمرًا بالغ الأهمية ، وعندما يتم سحب الفراغ في القالب ، لن تتدفق المادة متباينة الخواص بشكل موحد ، مما قد يؤدي إلى عيب يسمى القرط ، ويحدث القرط حيث يمكن أن يشكل الجزء العلوي من الكأس شكلًا متموجًا للحبيبات. أوس السبب الجذري.
التلدين المناسب أمر بالغ الأهمية لتحقيق الخواص ، ولكن من المهم أيضًا فهم مدى التشوه قبل التلدين ، وبما أن المادة تتشوه بشكل بلاستيكي ، تبدأ الحبيبات في التشوه ، وفي حالة الدرفلة على البارد ، وتحويل السماكة إلى الطول ، ستستطيل الحبيبات في اتجاه التدحرج. يؤدي إلى تباين الخواص بالنسبة للمواد المسحوبة بعمق ، من الضروري في بعض الأحيان الحد من مقدار التشوه قبل التلدين النهائي لتجنب التآكل.
قشر البرتقال ، الالتقاط ليس العيب الوحيد الذي يصاحب السحب العميق للموت ، قشر البرتقال يحدث عندما يتم سحب المواد الخام ذات الجزيئات الخشنة للغاية ، كل حبة تتشوه بشكل مستقل وكوظيفة لاتجاهها البلوري ، ينتج عن الاختلاف في التشوه بين الحبوب المتجاورة مظهر محكم مشابه لقشر البرتقال ، الملمس هو الهيكل الحبيبي الذي يظهر على سطح جدار الكوب.
تمامًا مثل وحدات البكسل الموجودة على شاشة التلفزيون ، مع هيكل دقيق الحبيبات ، سيكون الفرق بين كل حبة أقل وضوحًا ، مما يؤدي إلى زيادة الدقة بشكل فعال. قد لا يكون تحديد الخصائص الميكانيكية وحدها كافياً لضمان حجم حبيبات دقيق بما فيه الكفاية لمنع تأثير قشر البرتقال ، عندما يكون التغيير في حجم قطعة العمل أقل من 10 أضعاف قطر الحبيبات ، فإن خصائص الحبوب الفردية ستدفع سلوك تشكيل الحبيبات بشكل متساوٍ ، وهذا لا يؤدي إلى تشوه وتغيير حجم الحبيبات. على جدران الكؤوس المرسومة.
بالنسبة لحجم حبيبات ASTM البالغ 8 ، يبلغ متوسط ​​قطر الحبوب 885 بوصة ، وهذا يعني أن أي انخفاض في السُمك بمقدار 0.00885 بوصة أو أقل يمكن أن يتأثر بتأثير التشكيل الدقيق هذا.
على الرغم من أن الحبيبات الخشنة يمكن أن تسبب مشاكل في الرسم العميق ، إلا أنه يوصى بها أحيانًا للطبع ، فالختم هو عملية تشوه يتم فيها ضغط الفراغ لإضفاء التضاريس المرغوبة للسطح ، مثل ربع ملامح وجه جورج واشنطن ، على عكس رسم الأسلاك ، لا يتطلب الختم عادةً الكثير من تدفق المواد السائبة ، ولكنه يتطلب الكثير من القوة ، والتي قد تشوه سطح الفراغ فقط.
لهذا السبب ، يمكن أن يساعد تقليل إجهاد التدفق السطحي باستخدام بنية حبيبات خشنة في التخفيف من القوى المطلوبة لملء القالب المناسب ، وينطبق هذا بشكل خاص في حالة الطباعة بالقالب الحر ، حيث يمكن أن تتدفق الاضطرابات على الحبيبات السطحية بحرية بدلاً من التراكم عند حدود الحبوب.
الاتجاهات التي نوقشت هنا هي تعميمات قد لا تنطبق على أقسام محددة ، ومع ذلك ، فقد سلطوا الضوء على فوائد قياس وتوحيد حجم جزيئات المواد الخام عند تصميم أجزاء جديدة لتجنب المزالق الشائعة وتحسين معايير التشكيل.
سيعمل مصنعو آلات ختم المعادن الدقيقة وعمليات السحب العميق على المعدن لتشكيل أجزائهم بشكل جيد مع علماء المعادن على بكرات دقيقة مؤهلة تقنيًا والتي يمكن أن تساعدهم في تحسين المواد وصولاً إلى مستوى الحبوب ، وعندما يتم دمج خبراء المعادن والهندسة على كلا الجانبين في فريق واحد ، يمكن أن يكون لها تأثير تحويلي وتحقيق نتائج أكثر إيجابية.
STAMPING Journal هي المجلة الصناعية الوحيدة المخصصة لتلبية احتياجات سوق ختم المعادن. منذ عام 1989 ، كان المنشور يغطي أحدث التقنيات واتجاهات الصناعة وأفضل الممارسات والأخبار لمساعدة المتخصصين في صناعة الختم على إدارة أعمالهم بكفاءة أكبر.
الآن مع الوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من The FABRICATOR ، سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبح الإصدار الرقمي من The Tube & Pipe Journal متاحًا بشكل كامل الآن ، مما يوفر وصولاً سهلاً إلى موارد الصناعة القيمة.
استمتع بالوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من مجلة STAMPING Journal ، والتي توفر أحدث التطورات التكنولوجية وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من The Fabricator en Español ، سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.