Перавагі могуць быць атрыманы, калі вы даведаецеся пра адзін пласт зярністай структуры, які кантралюе механічныя паводзіны нержавеючай сталі. Getty Images
Выбар нержавеючай сталі і алюмініевых сплаваў звычайна сканцэнтраваны вакол трываласці, пластычнасці, адноснага падаўжэння і цвёрдасці. Гэтыя ўласцівасці паказваюць, як будаўнічыя блокі металу рэагуюць на прыкладзеныя нагрузкі. Яны з'яўляюцца эфектыўным паказчыкам кіравання абмежаваннямі сыравіны;гэта значыць, наколькі моцна ён сагнецца, перш чым зламацца. Сыравіна павінна быць у стане вытрымаць працэс фармавання без разбурэння.
Разбуральныя выпрабаванні на расцяжэнне і цвёрдасць з'яўляюцца надзейным і эканамічна эфектыўным метадам вызначэння механічных уласцівасцей. Аднак гэтыя выпрабаванні не заўсёды настолькі надзейныя, як толькі таўшчыня сыравіны пачынае абмяжоўваць памер доследнага ўзору. Выпрабаванне на расцяжэнне плоскіх металічных вырабаў, вядома, па-ранейшаму карысна, але перавагі можна атрымаць, калі глыбей разгледзець адзін пласт зярністай структуры, які кантралюе яе механічныя паводзіны.
Металы складаюцца з серыі мікраскапічных крышталяў, якія называюцца зернямі. Яны выпадкова размеркаваны па ўсім метале. Атамы легіруючых элементаў, такіх як жалеза, хром, нікель, марганец, крэмній, вуглярод, азот, фосфар і сера ў аўстэнітных нержавеючых сталях, з'яўляюцца часткай аднаго зерня. Гэтыя атамы ўтвараюць цвёрды раствор іёнаў металу, якія звязаны ў крышталічнай рашотцы праз іх агульныя электроны.
Хімічны склад сплаву вызначае тэрмадынамічна пераважнае размяшчэнне атамаў у зернях, вядомае як крышталічная структура. Аднастайныя часткі металу, якія змяшчаюць паўтаральную крышталічную структуру, утвараюць адно або некалькі зерняў, якія называюцца фазамі. Механічныя ўласцівасці сплаву з'яўляюцца функцыяй крышталічнай структуры ў сплаве. Тое ж самае тычыцца памеру і размяшчэння зерняў кожнай фазы.
Большасць людзей знаёмыя са стадыямі вады. Калі вадкая вада замярзае, яна становіцца цвёрдым лёдам. Аднак, калі справа даходзіць да металаў, існуе не толькі адна цвёрдая фаза. Некаторыя сямействы сплаваў названы па іх фазах. Сярод нержавеючай сталі аўстэнітныя сплавы серыі 300 складаюцца ў асноўным з аўстэніту пры адпале. Аднак сплавы серыі 400 складаюцца з ферыту ў нержавеючай сталі 430 або мармеліцы тэнзіт ў сплавах нержавеючай сталі 410 і 420.
Тое ж самае тычыцца тытанавых сплаваў. Назва кожнай групы сплаваў паказвае на іх пераважную фазу пры пакаёвай тэмпературы – альфа, бэта або іх сумесь. Існуюць сплавы альфа, амаль альфа, альфа-бэта, бэта і амаль бэта.
Калі вадкі метал зацвярдзее, цвёрдыя часціцы тэрмадынамічна пераважнай фазы выпадаюць у асадак там, дзе дазваляюць ціск, тэмпература і хімічны склад. Звычайна гэта адбываецца на падзеле падзелу, як крышталі лёду на паверхні цёплай сажалкі ў халодны дзень. Калі збожжа зараджаецца, крышталічная структура расце ў адным кірунку, пакуль не сустрэнецца другое збожжа. Межы збожжа ўтвараюцца на скрыжаваннях неадпаведных рашотак з-за рознай арыентацыі крышталя. структуры. Уявіце сабе, што ў скрынку паклалі кучу кубікаў Рубіка рознага памеру. Кожны кубік мае квадратную сетку, але ўсе яны будуць размешчаны ў розных выпадковых напрамках. Цалкам зацвярдзелая металічная нарыхтоўка складаецца з серыі, здавалася б, бязладна арыентаваных зерняў.
Кожны раз, калі ўтвараецца зерне, існуе верагоднасць узнікнення лінейных дэфектаў. Гэтыя дэфекты ўяўляюць сабой адсутныя часткі крышталічнай структуры, званыя дыслакацыямі. Гэтыя дыслакацыі і іх наступнае перамяшчэнне па зерне і праз межы зерня з'яўляюцца фундаментальнымі для пластычнасці металу.
Папярочны зрэз нарыхтоўкі мантуецца, шліфуецца, паліруецца і вытручваецца для прагляду зярністай структуры. Пры аднастайнасці і роўнай восі мікраструктуры, якія назіраюцца ў аптычны мікраскоп, выглядаюць крыху як галаваломка. У рэчаіснасці збожжа з'яўляюцца трохмернымі, і папярочны зрэз кожнага збожжа будзе адрознівацца ў залежнасці ад арыентацыі папярочнага сячэння нарыхтоўкі.
Калі крышталічная структура запоўнена ўсімі сваімі атамамі, няма месца для руху, акрамя расцяжэння атамных сувязей.
Калі вы выдаляеце палову шэрагу атамаў, вы ствараеце магчымасць для іншага шэрагу атамаў праслізнуць у гэтае становішча, фактычна перамяшчаючы дыслакацыю. Калі да нарыхтоўкі прыкладваецца сіла, сукупны рух дыслакацый у мікраструктуры дазваляе ёй згінацца, расцягвацца або сціскацца, не ламаючыся і не ламаючыся.
Калі сіла дзейнічае на металічны сплаў, сістэма павялічвае энергію. Калі дадаецца дастаткова энергіі, каб выклікаць пластычную дэфармацыю, рашотка дэфармуецца і ўтвараюцца новыя дыслакацыі. Здаецца лагічным, што гэта павінна павялічыць пластычнасць, паколькі вызваляецца больш месца і, такім чынам, ствараецца патэнцыял для большага руху дыслакацый. Аднак, калі дыслакацыі сутыкаюцца, яны могуць фіксаваць адна адну.
Па меры павелічэння колькасці і канцэнтрацыі дыслакацый усё больш і больш дыслакацый змацоўваюцца разам, што зніжае пластычнасць. У рэшце рэшт з'яўляецца так шмат дыслакацый, што халоднае фармаванне больш немагчыма. Паколькі існуючыя дыслакацыі замацавання больш не могуць рухацца, атамныя сувязі ў рашотцы расцягваюцца, пакуль не разарвуцца або не разарвуцца. Вось чаму металічныя сплавы ўмацоўваюцца і чаму існуе абмежаванне на пластычную дэфармацыю, якую метал можа вытрымаць перад разрывам.
Збожжа таксама гуляе важную ролю ў адпале. Адпал загартаванага матэрыялу істотна аднаўляе мікраструктуру і, такім чынам, аднаўляе пластычнасць. У працэсе адпалу збожжа трансфармуюцца ў тры этапы:
Уявіце сабе чалавека, які ідзе праз перапоўнены вагон цягніка. Натоўп можна сціснуць, толькі пакідаючы прамежкі паміж радамі, як вывіхі ў рашотцы. Па меры прасоўвання людзі ззаду запаўнялі пустэчу, якую яны пакінулі, у той час як яны стваралі новую прастору спераду. Як толькі яны дасягаюць іншага канца вагона, размяшчэнне пасажыраў мяняецца. Калі занадта шмат людзей паспрабуюць прайсці міма адначасова, пасажыры, якія спрабуюць вызваліць месца для свайго руху, сутыкнуцца адзін з адным і стукнуцца аб сцяну s вагонаў цягніка, заціскаючы ўсіх на месцы. Чым больш з'яўляецца вывіхаў, тым цяжэй ім рухацца адначасова.
Важна разумець мінімальны ўзровень дэфармацыі, неабходны для запуску рэкрышталізацыі. Аднак, калі метал не мае дастатковай энергіі дэфармацыі перад награваннем, рэкрышталізацыі не адбудзецца, і збожжа проста працягне расці за межы свайго першапачатковага памеру.
Механічныя ўласцівасці можна наладзіць, кантралюючы рост збожжа. Мяжа збожжа - гэта па сутнасці сцяна з дыслакацый. Яны перашкаджаюць руху.
Калі рост збожжа абмежаваны, утворыцца большая колькасць дробных зярнят. Гэтыя меншыя збожжа лічацца больш дробнымі з пункту гледжання структуры збожжа. Больш межаў збожжа азначае меншы рух дыслакацый і большую трываласць.
Калі рост збожжа не абмежаваны, структура збожжа становіцца больш грубай, збожжа больш буйным, межы меншымі, трываласць меншай.
Памер збожжа часта называюць безразмерным лікам, дзесьці паміж 5 і 15. Гэта адноснае стаўленне і звязана з сярэднім дыяметрам збожжа. Чым вышэй лік, тым больш дробная зярністасць.
ASTM E112 апісвае метады вымярэння і ацэнкі памеру зярністасці. Ён уключае ў сябе падлік колькасці збожжа ў дадзенай вобласці. Гэта звычайна робіцца шляхам разразання папярочнага зрэзу сыравіны, шліфоўкі і паліроўкі, а затым пратручвання кіслатой для агалення часціц. Падлік праводзіцца пад мікраскопам, і павелічэнне дазваляе адэкватна адбіраць пробы збожжа. Прысваенне лічбаў памеру збожжа ASTM паказвае на разумны ўзровень аднастайнасці формы і дыяметра зярністасці. Можа быць нават выгадна абмежаваць змяненне памеру збожжа двума-трыма пунктамі, каб забяспечыць стабільную прадукцыйнасць нарыхтоўкі.
У выпадку працоўнага ўмацавання трываласць і пластычнасць маюць зваротную залежнасць. Суадносіны паміж памерам зярністасці ASTM і трываласцю, як правіла, дадатныя і моцныя, звычайна падаўжэнне знаходзіцца ў зваротнай залежнасці ад памеру зярністасці ASTM. Аднак празмерны рост зярністасці можа прывесці да таго, што «мёртвамяккія» матэрыялы больш не працуюць эфектыўна.
Памер збожжа часта называюць безразмерным лікам, дзесьці паміж 5 і 15. Гэта адноснае суадносіны і звязана з сярэднім дыяметрам збожжа. Чым вышэй значэнне памеру збожжа ASTM, тым больш збожжа на адзінку плошчы.
Памер зерня отожженного матэрыялу змяняецца ў залежнасці ад часу, тэмпературы і хуткасці астуджэння. Адпал звычайна выконваецца паміж тэмпературай рэкрышталізацыі і тэмпературай плаўлення сплаву. Рэкамендуемы дыяпазон тэмператур адпалу для аўстэнітнага сплаву нержавеючай сталі 301 знаходзіцца ў дыяпазоне ад 1900 да 2050 градусаў па Фарэнгейту. Ён пачне плавіцца пры тэмпературы 2550 градусаў па Фарэнгейту. У адрозненне ад камерцыйнага чысты тытан 1-й ступені павінен быць адпалены пры тэмпературы 1292 градусаў па Фарэнгейце і расплаўлены пры тэмпературы каля 3000 градусаў па Фарэнгейце.
Падчас адпалу працэсы аднаўлення і рэкрышталізацыі канкуруюць адзін з адным, пакуль рэкрышталізаваныя збожжа не з'едуць усе дэфармаваныя збожжа. Хуткасць рэкрышталізацыі змяняецца ў залежнасці ад тэмпературы. Пасля завяршэння рэкрышталізацыі пачынаецца рост збожжа. Нарыхтоўка з нержавеючай сталі 301, отожженная пры 1900°F на працягу адной гадзіны, будзе мець больш дробную зярністую структуру, чым тая ж нарыхтоўка, отожженная пры 2000 °F за той жа час.
Калі матэрыял не вытрымліваецца ў належным дыяпазоне адпалу дастаткова доўга, атрыманая структура можа ўяўляць сабой камбінацыю старых і новых зерняў. Калі пажаданыя раўнамерныя ўласцівасці ва ўсім метале, працэс адпалу павінен быць накіраваны на дасягненне аднастайнай раўнамернай зерністай структуры. Аднастайнасць азначае, што ўсе зерні прыблізна аднолькавага памеру, а раўнавосевая азначае, што яны маюць прыблізна аднолькавую форму.
Каб атрымаць аднастайную і роўнавосевую мікраструктуру, кожная нарыхтоўка павінна быць падвергнута ўздзеянню аднолькавай колькасці цяпла на працягу аднолькавага часу і павінна астываць з аднолькавай хуткасцю. Гэта не заўсёды проста або магчыма пры перыядычным адпале, таму важна прынамсі пачакаць, пакуль уся нарыхтоўка насыціцца пры адпаведнай тэмпературы, перш чым разлічваць час замочвання. Большы час замочвання і больш высокія тэмпературы прывядуць да больш грубай зярністай структуры/мякчэйшага матэрыялу, і наадварот.
Калі памер зярністасці і трываласць звязаныя паміж сабой і трываласць вядомая, навошта разлічваць збожжа, ці не так? Усе выпрабаванні на разбурэнне маюць зменлівасць. Выпрабаванні на расцяжэнне, асабліва пры меншай таўшчыні, у значнай ступені залежаць ад падрыхтоўкі ўзору. Вынікі трываласці на разрыў, якія не адлюстроўваюць рэальныя ўласцівасці матэрыялу, могуць сутыкнуцца з заўчасным выхадам з ладу.
Калі ўласцівасці не аднолькавыя па ўсёй нарыхтоўцы, узяцце ўзору або ўзору для выпрабаванняў на расцяжэнне з аднаго краю можа не сказаць усё. Падрыхтоўка і выпрабаванне ўзору таксама могуць заняць шмат часу. Колькі выпрабаванняў магчыма для дадзенага металу і ў колькіх напрамках гэта магчыма? Ацэнка зярністай структуры з'яўляецца дадатковай страхоўкай ад сюрпрызаў.
Анізатропны, ізатропны. Анізатрапія адносіцца да накіраванасці механічных уласцівасцей. Акрамя трываласці, анізатрапію можна лепш зразумець, даследуючы зярністую структуру.
Аднастайная структура зярністасці з роўнымі восямі павінна быць ізатропнай, што азначае, што яна мае аднолькавыя ўласцівасці ва ўсіх напрамках. Ізатрапія асабліва важная ў працэсах глыбокай выцяжкі, дзе канцэнтрычнасць мае вырашальнае значэнне. Калі нарыхтоўка ўцягваецца ў форму, анізатропны матэрыял не будзе цячы раўнамерна, што можа прывесці да дэфекту, званага каласаннем. Завушніца ўзнікае там, дзе верхняя частка кубка ўтварае хвалісты сілуэт. Вывучэнне структуры збожжа. можа выявіць месцазнаходжанне неаднароднасцяў у нарыхтоўцы і дапамагчы дыягнаставаць першапрычыну.
Правільны адпал мае вырашальнае значэнне для дасягнення ізатрапіі, але таксама важна разумець ступень дэфармацыі да адпалу. Калі матэрыял пластычна дэфармуецца, збожжа пачынае дэфармавацца. У выпадку халоднай пракаткі, пераўтвараючы таўшчыню ў даўжыню, збожжа будзе падаўжацца ў напрамку пракаткі. Па меры змены суадносін бакоў збожжа змяняюцца ізатрапія і агульныя механічныя ўласцівасці. У выпадку моцна дэфармаванай працы частак, некаторая арыентацыя можа захоўвацца нават пасля адпалу. Гэта прыводзіць да анізатрапіі. Для матэрыялаў глыбокай выцяжкі часам неабходна абмежаваць велічыню дэфармацыі перад канчатковым адпалам, каб пазбегнуць зносу.
апельсінавая скарынка. Збіранне - гэта не адзіны дэфект глыбокай выцяжкі, звязаны з гібрыдкай. Апельсінавая скарынка ўзнікае пры выцягванні сыравіны з занадта грубымі часціцамі. Кожнае зерне дэфармуецца незалежна і ў залежнасці ад арыентацыі крышталя. Розніца ў дэфармацыі паміж суседнімі зернямі прыводзіць да тэкстуры, падобнай да апельсінавай скарынкі. Тэкстура - гэта грануляваная структура, якая выяўляецца на паверхні сценкі кубка.
Гэтак жа, як у пікселяў на экране тэлевізара, з дробназярністай структурай, розніца паміж кожным зернем будзе менш прыкметнай, што эфектыўна павялічвае разрозненне. Аднаго толькі ўказання механічных уласцівасцей можа быць недастаткова для забеспячэння дастаткова дробнага памеру зерня для прадухілення эфекту апельсінавай скарынкі. Калі змяненне памеру нарыхтоўкі менш чым у 10 разоў перавышае дыяметр зерня, уласцівасці асобных зерняў будуць абумоўліваць паводзіны фарміравання. Гэта не дэфармуецца аднолькава для многіх зерняў, але адлюстроўвае пэўны памер і або арыентацыя кожнага зерня. Гэта відаць па эфекту апельсінавай скарынкі на сценках намаляваных кубкаў.
Для памеру збожжа ASTM, роўнага 8, сярэдні дыяметр збожжа складае 885 мкдзюйм. Гэта азначае, што любое памяншэнне таўшчыні на 0,00885 цалі або менш можа залежаць ад гэтага эфекту мікрафармавання.
Нягледзячы на ​​тое, што буйныя збожжа могуць выклікаць праблемы з глыбокай выцяжкай, іх часам рэкамендуюць для адбітка. Штампоўка - гэта працэс дэфармацыі, пры якім нарыхтоўка сціскаецца, каб надаць жаданы рэльеф паверхні, напрыклад, чвэрць контураў твару Джорджа Вашынгтона. У адрозненне ад валачэння дроту, штампоўка звычайна не прадугледжвае вялікага патоку сыпкага матэрыялу, але патрабуе вялікай сілы, якая можа проста дэфармаваць паверхню нарыхтоўкі.
Па гэтай прычыне мінімізацыя напружання павярхоўнага цячэння за кошт выкарыстання больш грубай зярністай структуры можа дапамагчы паменшыць сілы, неабходныя для належнага запаўнення формы. Гэта асабліва актуальна ў выпадку адбітка свабоднай штампа, калі дыслакацыі на паверхневых зернях могуць свабодна цячы, а не назапашвацца на межах зерняў.
Тэндэнцыі, якія абмяркоўваюцца тут, з'яўляюцца абагульненнямі, якія могуць не прымяняцца да пэўных секцый. Аднак яны падкрэслілі перавагі вымярэння і стандартызацыі памеру часціц сыравіны пры распрацоўцы новых дэталяў, каб пазбегнуць распаўсюджаных памылак і аптымізаваць параметры фармавання.
Вытворцы прэцызійных машын для штампоўкі металаў і аперацый глыбокай выцяжкі металу для фарміравання дэталяў будуць добра супрацоўнічаць з металургамі на тэхнічна кваліфікаваных прэцызійных катках, якія могуць дапамагчы ім аптымізаваць матэрыялы аж да зярністасці. Калі металургічныя і інжынерныя эксперты з абодвух бакоў супрацоўнічаюць у адну каманду, гэта можа аказаць трансфармацыйны ўплыў і даць больш станоўчыя вынікі.
STAMPING Journal - адзіны галіновы часопіс, прысвечаны патрэбам рынку штампоўкі. З 1989 года выданне асвятляе перадавыя тэхналогіі, галіновыя тэндэнцыі, лепшыя практыкі і навіны, каб дапамагчы прафесіяналам штампоўкі больш эфектыўна весці свой бізнес.
Цяпер з поўным доступам да лічбавага выдання The FABRICATOR лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Лічбавае выданне The Tube & Pipe Journal цяпер цалкам даступна, што забяспечвае лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Атрымлівайце асалоду ад поўнага доступу да лічбавага выдання STAMPING Journal, якое змяшчае апошнія тэхналагічныя дасягненні, лепшыя практыкі і галіновыя навіны для рынку штампоўкі.
Цяпер з поўным доступам да лічбавага выдання The Fabricator en Español лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.