I benefizii ponu esse acquistati per capiscenu una sola capa di a struttura di granu chì cuntrola u cumpurtamentu meccanicu di l'acciaio inox. Getty Images
A selezzione di l'acciaio inossidabile è l'aliaghji d'aluminiu generalmente centranu attornu à a forza, a duttilità, l'allungamentu è a durezza. Queste proprietà indicanu cumu i blocchi di custruzzione di u metallu rispundenu à i carichi applicati. Sò un indicatore efficace di gestisce e limitazioni di a materia prima;vale à dì, quantu si curvarà prima di rompe. A materia prima deve esse capace di sustene u prucessu di mudificazione senza rompe.
A prova di trazione distruttiva è di durezza hè un metudu affidabile è costu-efficace per determinà e proprietà meccaniche. Tuttavia, sti testi ùn sò micca sempre affidabili una volta chì u grossu di a materia prima principia à limità a dimensione di a prova di prova. A prova di trazione di i prudutti di metalli piani hè di sicuru sempre utile, ma i beneficii ponu esse guadagnati fighjendu più prufondamente à u cuntrollu di a struttura meccanica di quella strata.
I metalli sò custituiti da una seria di cristalli microscòpichi chjamati granuli. Sò distribuiti in modu aleatoriu in tuttu u metale. Atomi di elementi di lega, cum'è ferru, cromu, nichel, manganese, siliciu, carbonu, nitrogenu, fosforu è sulfuru in acciai inossidabili austenitici, sò parti di una sola grana.
A cumpusizioni chimica di l'alea determina a disposizione termodinamicamente preferita di l'atomi in i grani, cunnisciuta cum'è a struttura di cristalli. Porzioni omogenee di un metallu chì cuntene una struttura di cristalli ripetuti formanu unu o più grani chjamati fasi. E proprietà meccaniche di una lega sò una funzione di a struttura di cristalli in l'alia.
A maiò parte di a ghjente hè familiarizata cù e tappe di l'acqua. Quandu l'acqua liquida si congela, diventa ghiaccio solidu. Tuttavia, quandu si tratta di metalli, ùn ci hè micca solu una fase solida. 10 è 420 leghe in acciaio inox.
U stessu passa per l'alliages di titaniu. U nome di ogni gruppu di liga indica a so fase predominante à a temperatura di l'ambienti - alfa, beta o una mistura di i dui.
Quandu u metallu liquidu solidificate, i particeddi solidi di a fase termodinamicamente preferita precipitate induve a prissioni, a temperatura è a cumpusizioni chimica permettenu. Stu solitu succede à l'interfaccia, cum'è i cristalli di ghiaccio nantu à a superficia di un stagnu caldu in un ghjornu friddu. rystal structures.Imagine mette una mansa di cubi di Rubik di diverse dimensioni in un box.Each cube hà un arrangiamentu di griglia quadrata, ma tutti seranu disposti in diverse direzzione aleatoria.Un pezzu di metallu cumpletamente solidificatu hè custituitu da una seria di grani apparentemente orientati casualmente.
Ogni volta chì un granu hè furmatu, ci hè una pussibilità di difetti di linea. Questi difetti mancanu parti di a struttura di cristalli chjamati dislocazioni. Queste dislocazioni è u so muvimentu sussegwente in tuttu u granu è à traversu i cunfini di granu sò fundamentali à a ductilità di metalli.
Una sezione trasversale di u travagliu hè muntatu, macinatu, lucidatu è incisu per vede a struttura di granu. Quandu uniformi è equiaxed, e microstrutture osservate nantu à un microscopiu otticu parenu un pocu cum'è un puzzle. In realtà, i grani sò tridimensionali, è a sezione trasversale di ogni granu varierà secondu l'orientazione di a sezione trasversale di u travagliu.
Quandu una struttura di cristallu hè pienu di tutti i so atomi, ùn ci hè spaziu per u muvimentu altru ch'è l'allungamentu di i ligami atomichi.
Quandu si sguassate a mità di una fila d'atomi, creanu l'uppurtunità per una altra fila d'atomi per sfilà in quella pusizioni, movendu in modu efficace a dislocazione. Quandu una forza hè appiicata à a pezza di travagliu, u muvimentu aggregatu di dislocazioni in a microstruttura li permette di piegà, stende o cumpressà senza rompe o rumpia.
Quandu una forza agisce nantu à una lega di metallu, u sistema aumenta l'energia. Se l'energia hè aghjuntu à pruvucà a deformazione plastica, u lattice si deforma è novi dislocazioni formanu. Sembra logicu chì questu deve aumentà a ductilità, cum'è libera più spaziu è cusì crea u putenziale di più dislocazione motion.However, quandu dislocations collide, ponu riparà l'altri.
Cum'è u numeru è a cuncintrazione di dislocations cresce, più è più dislocations sò pinned inseme, riducendu ductility.Eventually tanti dislocations apparisce chì furmà friddu ùn hè più possible.Since dislocations pinning esistenti ùn pò più spustà, i ligami atomicu in u lattice si stende finu à ch'elli rumpia o break.This hè per quessa alei di metallu travaglià ind'è un limitu di deformazione, è perchè ci hè un limite di metallu di rupture di plastica.
U granu ghjoca ancu un rolu impurtante in l'annealing.Annealing un materiale induritu da u travagliu essenzialmente resetta a microstruttura è cusì restaurà a duttilità.Durante u prucessu di annealing, i grani sò trasfurmati in trè passi:
Immaginate una persona chì caminava in un vagone affollatu di trenu. A folla pò esse cumpressa solu lascendu spazii trà e fila, cum'è dislocazioni in un lattice. Mentre avanzavanu, e persone daretu à elli empianu u vacu chì anu lasciatu, mentre creanu un novu spaziu davanti. Una volta ghjunghjenu à l'altra estremità di u vagone, l'arrangiamentu di i passageri in u stessu tempu, pruvucanu à cambià a stanza di i passageri, per pruvà à cambià a stessa stanza. colliderà cù l'altri è chjappà i muri di i vagoni di u trenu, pinnendu tutti in u locu. U più dislocazioni chì appariscenu, u più duru hè per elli à spustà à u stessu tempu.
Hè impurtante di capisce u livellu minimu di deformazione necessariu per attivà a recrystallization.However, se u metallu ùn hà micca abbastanza energia di deformazione prima di esse riscaldata, a recristalizazione ùn hè micca accadutu è i grani simpricimenti cuntinueghjanu à cultivà fora di a so dimensione originale.
E pruprietà meccaniche ponu esse sintonizzate cuntrullendu a crescita di granu. Un cunfini di granu hè essenzialmente un muru di dislocazioni. Impediscenu u muvimentu.
Se a crescita di granu hè ristretta, un numeru più altu di grani chjuchi serà pruduciutu. Questi grani più chjuchi sò cunsiderati più fini in termini di struttura di granu. Più cunfini di granu significa menu dislocazione è forza più altu.
Se a crescita di granu ùn hè micca ristretta, a struttura di granu diventa più grossa, i graneddi sò più grossi, i cunfini sò menu, è a forza hè più bassu.
U granu di granu hè spessu referitu cum'è un numeru senza unità, in qualchì locu trà 5 è 15. Questu hè un rapportu relative è hè ligatu à u diametru di granu mediu.
L'ASTM E112 delinea i metudi per a misurazione è a valutazione di a dimensione di granu. Implica cuntà a quantità di granu in una determinata area. Questu hè di solitu fattu tagliando una sezione trasversale di a materia prima, macinandola è lucidandola, è dopu incisione cù l'acidu per espunisce e particelle. in forma di granu è diametru. Pò ancu esse vantaghju per limità a variazione di a grana di granu à dui o trè punti per assicurà un rendimentu consistente in tutta a pezza.
In u casu di u travagliu hardening, a forza è a ductilità anu una relazione inversa. U rapportu trà a dimensione di granu ASTM è a forza tende à esse pusitivu è forte, in generale l'allungamentu hè inversamente ligatu à a dimensione di granu ASTM.
U granu di granu hè spessu referitu cum'è un numeru senza unità, in qualchì locu trà 5 è 15. Questu hè un rapportu parente è hè ligatu à u diametru di granu mediu. U più altu u valore di grana ASTM, u più granu per unità di area.
A dimensione di granu di u materiale annealed varieghja cù u tempu, a temperatura è a rata di rinfrescante. L'annealing hè di solitu realizatu trà a temperatura di recristalizazione è u puntu di fusione di l'alia. U intervallu di temperatura di ricottura cunsigliatu per l'aliatura d'acciaio inox austeniticu 301 hè trà 1900 è 2050 gradi Fahrenheit. deve esse annealed à 1,292 gradi Fahrenheit è si scioglie intornu à 3,000 gradi Fahrenheit.
Durante l'annealing, i prucessi di ricuperazione è di recristalizazione cumpetenu l'una cù l'altru finu à chì i grani recristallizati cunsumanu tutti i grani deformati. A freccia di recristalizazione varieghja cù a temperatura. Una volta a recristalizazione hè cumpleta, a crescita di granu assume. Un pezzu d'acciaio inossidabile 301 annealed à 1,900 ° F per una ora avarà una struttura di granu più fina à u stessu tempu per u stessu travagliu.
Se u materiale ùn hè micca tenutu in u intervallu di annealing propiu abbastanza longu, a struttura resultanti pò esse una cumminazione di vechji è novi grani. Se i pruprietà uniformi sò desiderate in tuttu u metallu, u prucessu di annealing deve scopu di ottene una struttura di granu equiaxe uniforme.
Per ottene una microstruttura uniforme è equiax, ogni pezza deve esse esposta à a listessa quantità di calore per u stessu tempu è deve rinfriscà à u listessu ritmu. Questu ùn hè micca sempre faciule o pussibule cù l'annealing batch, per quessa, hè impurtante almenu aspittà finu à chì a pezza sana sia saturata à a temperatura propria prima di calculà u tempu di immersione.
Sè granu granu è forza sò rilativi, è a forza hè cunnisciuta, perchè calculà granu, right?Tutti i testi distruttivi hannu variability.Tensile testing, soprattuttu à i spessi più bassu, hè largamente dipende nantu à preparazione di campionu.Tensile risultati forza chì ùn rapprisentanu propriu proprietà materiali pò spirienza fallimentu premature.
Sì i pruprietà ùn sò micca uniformi in tuttu u pezzu di travagliu, piglià un specimen di prova di tensile o campionu da un bordu ùn pò micca cuntà tutta a storia. A preparazione è a prova di i campioni ponu ancu esse di tempu.
Anisotropic, isotropic.Anisotropy si riferisce à a direzzione di pruprietà meccanica. In più di forza, l'anisotropia pò esse megliu capitu esaminendu a struttura di granu.
Una struttura di granu uniforme è equiax deve esse isotropa, chì significa chì hà e stesse proprietà in tutte e direzzione. L'isotropia hè particularmente impurtante in i prucessi di disegnu prufonda induve a concentricità hè critica. Quandu u biancu hè tiratu in u moldu, u materiale anisotropicu ùn scorrirà uniformemente, chì pò purtà à un difettu chjamatu earing. workpiece è aiutanu à diagnosticà a causa radicali.
L'annealing propiu hè criticu per ottene l'isotropia, ma hè ancu impurtante per capiscenu l'estensione di a deformazione prima di l'annealing. As u materiale plastically deforms, i grani cumincianu à deform.In u casu di laminazione à friddu, cunvertisce u gruixu à a lunghezza, i grani si allunganu in a direzzione di rolling. As u rapportu d'aspettu di granu cambia. l'orientazione pò esse ritenuta ancu dopu à l'annealing.This risultati in anisotropy.For materiali deep-drawn, hè qualchì volta necessariu di limità a quantità di deformazione prima di l'annealing finale per evità l'usura.
aranciu peel.Picking up ùn hè micca u solu difettu prufonda-drawing assuciata incù die.Orange buccia si trova quandu materie prime cù particeddi troppu grossu sò drawn.Each granu deforms indipindentamente è comu una funzione di u so cristalli orientation.The diffarenza di deformazione trà grani adiacenti risultati in un aspettu textured simile à buccia d'aranciu.
Cum'è i pixel nantu à una schermu di TV, cù una struttura di grana fina, a differenza trà ogni granu serà menu notevuli, aumentendu in modu efficace a risoluzione. Specificà e proprietà meccaniche solu ùn pò micca esse abbastanza per assicurà una grana abbastanza fine per prevene l'effettu di buccia d'aranciu. Quandu a variazione dimensionale di a pezza hè menu di 10 volte u diametru di granu, e proprietà di u granu ùn deformanu micca u cumpurtamentu di u granu individuale. s a dimensione specifica è l'orientazione di ogni granu. Questu pò esse vistu da l'effettu di buccia d'aranciu nantu à i mura di i tazzi disegnati.
Per un granu ASTM di 8, u diametru mediu di granu hè 885 µin. Questu significa chì ogni riduzzione di grossu di 0,00885 inch o menu pò esse affettata da stu effettu di microformazione.
Ancu s'è i grani grossi ponu causà prublemi di disegnu prufonda, sò à volte cunsigliatu per l'imprinting. Stamping hè un prucessu di deformazione in quale un biancu hè cumpressu per impartisce una topografia di a superficia desiderata, cum'è un quartu di i contorni faciali di George Washington.
Per quessa, minimizzà u stress di u flussu di a superficia usendu una struttura di granu più grossa pò aiutà à alleviate e forze necessarie per un riempimentu propiu di u muffa. Questu hè soprattuttu veru per l'imprinting free-die, induve dislocazioni nantu à i grani di a superficia ponu scorri liberamente, piuttostu cà accumulà à i cunfini di granu.
I tendenzi discututi quì sò generalizazioni chì ùn ponu micca applicà à rùbbriche specifichi. Tuttavia, anu evidenziatu i benefizii di a misurazione è a standardizazione di a dimensione di granu di materia prima in u disignu di novi parti per evitari difetti cumuni è ottimisà i paràmetri di mudificazione.
I pruduttori di stampi di metalli di precisione è operazioni di imbutitura profonda nantu à u metallu per furmà e so parti anu da travaglià bè cù i metallurgisti nantu à re-rollers di precisione tecnicamente qualificati chì ponu aiutà à ottimisà i materiali finu à u nivellu di granu. Quandu l'esperti metallurgichi è ingegneria di i dui lati di a relazione sò integrati in una squadra, pò avè un impattu trasformativu è pruduce risultati più pusitivi.
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