با به دست آوردن بینش در مورد یک لایه از ساختار دانه ای که رفتار مکانیکی فولاد ضد زنگ را کنترل می کند، می توان به مزایایی دست یافت. گتی ایماژ
انتخاب فولاد ضد زنگ و آلیاژهای آلومینیوم به طور کلی حول محور استحکام، شکل‌پذیری، ازدیاد طول و سختی است.یعنی قبل از شکستن چقدر خم می شود.
تست کشش و سختی مخرب روشی قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای تعیین خواص مکانیکی است. با این حال، این آزمایش‌ها همیشه زمانی که ضخامت ماده خام شروع به محدود کردن اندازه نمونه آزمایشی می‌کند، قابل اعتماد نیستند. تست کشش محصولات فلزی تخت البته هنوز مفید است، اما می‌توان با نگاهی عمیق‌تر به رفتار عمیق‌تر در یک لایه از ساختار آن، به مزایایی دست یافت.
فلزات از یک سری بلورهای میکروسکوپی به نام دانه‌ها تشکیل شده‌اند. آنها به‌طور تصادفی در سراسر فلز توزیع می‌شوند. اتم‌های عناصر آلیاژی مانند آهن، کروم، نیکل، منگنز، سیلیکون، کربن، نیتروژن، فسفر و گوگرد موجود در آستنیتی، اتم‌هایی از فولادهای زنگ نزن آستنیتی را تشکیل می‌دهند. شبکه کریستالی از طریق الکترون های مشترک آنها.
ترکیب شیمیایی آلیاژ آرایش ترمودینامیکی ترجیحی اتم ها را در دانه ها تعیین می کند که به ساختار کریستالی معروف است. بخش های همگن یک فلز حاوی یک ساختار کریستالی تکرار شونده یک یا چند دانه به نام فاز را تشکیل می دهند. خواص مکانیکی یک آلیاژ تابعی از ساختار بلوری در آلیاژ است. در مورد اندازه و آرایش هر فاز نیز همینطور است.
اکثر مردم با مراحل آب آشنا هستند. وقتی آب مایع یخ می زند، تبدیل به یخ جامد می شود. با این حال، وقتی صحبت از فلزات می شود، فقط یک فاز جامد وجود ندارد. خانواده های آلیاژی خاصی به نام فازهای آنها نامگذاری شده اند. در میان فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای آستنیتی سری 300 عمدتاً از آستنیت تشکیل شده اند که در صورت بازپخت شدن از سری 3erit در 40H تشکیل شده است. فولاد یا مارتنزیت در آلیاژهای فولاد ضد زنگ 410 و 420.
همین امر در مورد آلیاژهای تیتانیوم نیز صدق می کند. نام هر گروه آلیاژ فاز غالب آنها را در دمای اتاق نشان می دهد - آلفا، بتا یا مخلوطی از هر دو. آلیاژهای آلفا، نزدیک به آلفا، آلفا-بتا، بتا و نزدیک بتا وجود دارند.
هنگامی که فلز مایع جامد می شود، ذرات جامد فاز ترجیحی ترمودینامیکی در جایی رسوب می کنند که فشار، دما و ترکیب شیمیایی اجازه می دهد. این معمولاً در سطح مشترک اتفاق می افتد، مانند کریستال های یخ روی سطح یک حوضچه گرم در یک روز سرد. وقتی دانه ها هسته می شوند، ساختار بلوری در یک جهت رشد می کند تا زمانی که دانه های دیگری به دلیل مشکلات متفاوتی در بین آنها ایجاد شود. جهت گیری ساختارهای کریستالی. تصور کنید که دسته ای از مکعب های روبیک با اندازه های مختلف را در یک جعبه قرار دهید. هر مکعب دارای آرایش شبکه ای مربعی است، اما همه آنها در جهات تصادفی مختلف چیده می شوند. یک قطعه کار فلزی کاملاً جامد از یک سری دانه های به ظاهر تصادفی تشکیل شده است.
هر زمان که یک دانه تشکیل می شود، احتمال نقص خط وجود دارد. این عیوب بخش هایی از ساختار بلوری به نام نابجایی هستند. این نابجایی ها و حرکت بعدی آنها در سراسر دانه و در سراسر مرزهای دانه برای شکل پذیری فلز اساسی است.
برای مشاهده ساختار دانه، مقطعی از قطعه کار سوار، آسیاب، صیقل داده شده و حکاکی می شود. هنگامی که یکنواخت و هم محور هستند، ریزساختارهای مشاهده شده در میکروسکوپ نوری کمی شبیه یک پازل به نظر می رسند. در واقعیت، دانه ها سه بعدی هستند و جهت مقطع هر قطعه بسته به نوع کار متفاوت است.
وقتی یک ساختار کریستالی با تمام اتم های آن پر می شود، جایی برای حرکت به جز کشش پیوندهای اتمی باقی نمی ماند.
هنگامی که نیمی از یک ردیف اتم را حذف می کنید، فرصتی ایجاد می کنید تا ردیف دیگری از اتم ها به آن موقعیت بروند و به طور موثر نابجایی را به حرکت درآورند. هنگامی که نیرویی به قطعه کار وارد می شود، حرکت تجمعی نابجایی ها در ریزساختار آن را قادر می سازد بدون شکستن یا شکستن خم شود، کشش یا فشرده شود.
هنگامی که نیرویی روی یک آلیاژ فلزی وارد می شود، سیستم انرژی را افزایش می دهد. اگر انرژی کافی برای ایجاد تغییر شکل پلاستیک اضافه شود، شبکه تغییر شکل می دهد و نابجایی های جدیدی ایجاد می شود. منطقی به نظر می رسد که این امر باید شکل پذیری را افزایش دهد، زیرا فضای بیشتری آزاد می کند و در نتیجه پتانسیل حرکت نابجایی بیشتری ایجاد می کند.
با افزایش تعداد و غلظت نابجایی‌ها، نابجایی‌های بیشتر و بیشتری به هم چسبانده می‌شوند و شکل‌پذیری کاهش می‌یابد. در نهایت نابجایی‌های زیادی ظاهر می‌شود که شکل‌دهی سرد دیگر امکان‌پذیر نیست. از آنجایی که نابجایی‌های سنجاق‌شده موجود دیگر نمی‌توانند حرکت کنند، پیوندهای اتمی در شبکه تا شکستن یا شکستن کش می‌شوند. به همین دلیل است که آلیاژهای فلزی می‌توانند قبل از شکستن فلز تا حدی سخت شوند، و به همین دلیل است که آلیاژهای فلزی می‌توانند قبل از شکستن مقداری فلز کار کنند.
دانه همچنین نقش مهمی در بازپخت بازی می کند. بازپخت یک ماده سخت شده اساساً ریزساختار را مجدداً تنظیم می کند و در نتیجه شکل پذیری را بازیابی می کند. در طی فرآیند بازپخت، دانه ها در سه مرحله تبدیل می شوند:
فردی را تصور کنید که از داخل واگن شلوغ قطار راه می‌رود. جمعیت را فقط می‌توان با ایجاد شکاف بین ردیف‌ها، مانند جابجایی در یک شبکه فشرده کرد. همانطور که پیشرفت می‌کردند، افراد پشت سرشان جای خالی را پر می‌کردند، در حالی که فضای جدیدی در جلو ایجاد می‌کردند. وقتی به انتهای دیگر واگن برسند، ترتیب مسافران در زمان تلاش برای جابجایی مسافران را به تغییر می‌دهم. با یکدیگر برخورد کنید و به دیوارهای واگن های قطار ضربه بزنید و همه را در جای خود قرار دهید.
درک حداقل سطح تغییر شکل مورد نیاز برای شروع تبلور مجدد بسیار مهم است. با این حال، اگر فلز قبل از گرم شدن انرژی تغییر شکل کافی نداشته باشد، تبلور مجدد رخ نخواهد داد و دانه ها به سادگی به رشد خود فراتر از اندازه اصلی خود ادامه می دهند.
خواص مکانیکی را می توان با کنترل رشد دانه تنظیم کرد. مرز دانه اساساً دیواری از نابجایی است. آنها مانع حرکت می شوند.
اگر رشد دانه محدود شود، تعداد دانه های ریز بیشتری تولید می شود. این دانه های کوچکتر از نظر ساختار دانه ریزتر در نظر گرفته می شوند. مرزهای دانه بیشتر به معنای حرکت نابجایی کمتر و استحکام بالاتر است.
اگر رشد دانه محدود نشود، ساختار دانه درشت تر، دانه ها بزرگتر، مرزها کمتر و استحکام کمتر می شود.
اندازه دانه اغلب به عنوان یک عدد بدون واحد، جایی بین 5 تا 15 نامیده می شود. این یک نسبت نسبی است و به میانگین قطر دانه مربوط می شود. هر چه این عدد بیشتر باشد، دانه بندی ریزتر است.
ASTM E112 روش‌هایی را برای اندازه‌گیری و ارزیابی اندازه دانه بیان می‌کند. این شامل شمارش مقدار دانه در یک منطقه معین است. این معمولاً با برش مقطعی از ماده خام، آسیاب و صیقل دادن آن، و سپس اچ کردن آن با اسید برای افشای ذرات انجام می‌شود. شمارش زیر یک میکروسکوپ انجام می‌شود. اعداد اندازه نشان دهنده سطح معقولی از یکنواختی در شکل و قطر دانه است. حتی ممکن است برای اطمینان از عملکرد ثابت در سراسر قطعه کار، محدود کردن تغییرات اندازه دانه به دو یا سه نقطه مفید باشد.
در مورد سخت شدن کار، استحکام و شکل پذیری رابطه معکوس دارند. رابطه بین اندازه دانه و استحکام ASTM مثبت و قوی است، به طور کلی کشیدگی با اندازه دانه ASTM رابطه معکوس دارد.
اندازه دانه اغلب به عنوان یک عدد بدون واحد، جایی بین 5 تا 15 نامیده می شود. این یک نسبت نسبی است و به میانگین قطر دانه مربوط می شود.
اندازه دانه مواد آنیل شده با زمان، دما و سرعت سرد شدن متفاوت است. بازپخت معمولاً بین دمای تبلور مجدد و نقطه ذوب آلیاژ انجام می‌شود. محدوده دمای بازپخت توصیه‌شده برای آلیاژ فولاد زنگ نزن آستنیتی 301 بین 1900 تا 2050 درجه فارنهایت شروع می‌شود. تیتانیوم خالص درجه 1 باید در دمای 1292 درجه فارنهایت آنیل شود و در حدود 3000 درجه فارنهایت ذوب شود.
در طول بازپخت، فرآیندهای بازیابی و تبلور مجدد با یکدیگر رقابت می کنند تا زمانی که دانه های تبلور مجدد تمام دانه های تغییر شکل یافته را مصرف کنند. نرخ تبلور مجدد با دما متفاوت است. پس از تکمیل تبلور مجدد، رشد دانه ها آغاز می شود. یک قطعه کار فولاد ضد زنگ 301 که در 190 درجه سانتیگراد در یک ساختار 190 درجه سانتیگراد بازپخت می شود. 000 درجه فارنهایت برای همان زمان.
اگر ماده به مدت کافی در محدوده بازپخت مناسب قرار نگیرد، ساختار حاصل ممکن است ترکیبی از دانه‌های قدیمی و جدید باشد. اگر خواص یکنواخت در سرتاسر فلز مورد نظر باشد، هدف فرآیند آنیل کردن باید دستیابی به ساختار دانه‌ای هم محور یکنواخت باشد.
برای به دست آوردن یک ریزساختار یکنواخت و هم محور، هر قطعه کار باید برای مدت زمان یکسانی در معرض همان مقدار گرما قرار گیرد و باید با همان سرعت خنک شود. این کار همیشه با بازپخت دسته ای آسان یا امکان پذیر نیست، بنابراین مهم است که حداقل صبر کنید تا کل قطعه کار در دمای مناسب قبل از محاسبه زمان خیساندن، صبر کنید.
اگر اندازه دانه و استحکام با هم مرتبط هستند، و استحکام مشخص است، چرا دانه ها را محاسبه کنیم، درست است؟ همه آزمایش های مخرب دارای تنوع هستند. آزمایش کشش، به ویژه در ضخامت های کمتر، تا حد زیادی به آماده سازی نمونه بستگی دارد. نتایج استحکام کششی که خواص واقعی مواد را نشان نمی دهند، ممکن است شکست زودرس را تجربه کنند.
اگر خواص در سرتاسر قطعه کار یکنواخت نباشد، گرفتن نمونه آزمایش کشش یا نمونه از یک لبه ممکن است کل داستان را بیان نکند. آماده سازی و آزمایش نمونه نیز می تواند زمان بر باشد. چند آزمایش برای یک فلز معین امکان پذیر است، و در چند جهت امکان پذیر است؟ ارزیابی ساختار دانه یک بیمه اضافی در برابر غافلگیری است.
ناهمسانگرد، همسانگرد. ناهمسانگردی به جهت دار بودن خواص مکانیکی اشاره دارد. علاوه بر استحکام، ناهمسانگردی را می توان با بررسی ساختار دانه بهتر درک کرد.
یک ساختار دانه ای یکنواخت و هم محور باید همسانگرد باشد، به این معنی که دارای خواص یکسانی در همه جهات است. همسانگردی به ویژه در فرآیندهای کشش عمیق که تمرکز بر آن بسیار مهم است، مهم است. هنگامی که قسمت خالی به داخل قالب کشیده می شود، ماده ناهمسانگرد به طور یکنواخت جریان پیدا نمی کند، که می تواند منجر به نقصی به نام گوشواره شود. ساختار دانه می تواند محل ناهمگونی ها را در قطعه کار آشکار کند و به تشخیص علت اصلی کمک کند.
بازپخت مناسب برای دستیابی به همسانگردی بسیار مهم است، اما درک میزان تغییر شکل قبل از بازپخت نیز مهم است. همانطور که مواد به صورت پلاستیکی تغییر شکل می‌دهند، دانه‌ها شروع به تغییر شکل می‌کنند. در مورد نورد سرد، تبدیل ضخامت به طول، دانه‌ها در جهت غلتش کشیده می‌شوند. همانطور که جنبه دانه‌ای تغییر شکل می‌دهد و در حالت کلی، نسبت تغییر شکل می‌شود. ممکن است برخی جهت‌گیری‌ها حتی پس از بازپخت حفظ شود. این امر منجر به ناهمسانگردی می‌شود. برای مواد با کشش عمیق، گاهی اوقات لازم است مقدار تغییر شکل قبل از بازپخت نهایی محدود شود تا از سایش جلوگیری شود.
پوست پرتقال. برداشتن تنها عیب کشش عمیق مربوط به قالب نیست. پوست پرتقال زمانی رخ می دهد که مواد خام با ذرات خیلی درشت کشیده شوند. هر دانه به طور مستقل و تابعی از جهت کریستالی خود تغییر شکل می دهد. تفاوت در تغییر شکل بین دانه های مجاور منجر به ظاهر بافتی شبیه به ساختار بافتی روی دیواره پوست پرتقال می شود.
درست مانند پیکسل های روی صفحه تلویزیون، با ساختار ریزدانه، تفاوت بین هر دانه کمتر قابل توجه خواهد بود و به طور موثر وضوح را افزایش می دهد. مشخص کردن خواص مکانیکی به تنهایی ممکن است برای اطمینان از اندازه دانه به اندازه کافی ریز برای جلوگیری از اثر پوست پرتقال کافی نباشد. زمانی که تغییرات ابعادی قطعه کار کمتر از 10 برابر رفتار دانه های منفرد باشد، منعکس کننده رفتار دانه های منفرد نیست، اما خواص دانه ها بیشتر از اندازه منعکس می شود. اندازه و جهت خاص هر دانه است.
برای اندازه دانه ASTM 8، متوسط ​​قطر دانه 885 میکرون است. این بدان معنی است که هر کاهش ضخامت 0.00885 اینچ یا کمتر می تواند تحت تأثیر این اثر میکروفرمینگ قرار گیرد.
اگرچه دانه‌های درشت می‌توانند باعث مشکلات کشیدن عمیق شوند، گاهی اوقات برای چاپ توصیه می‌شوند. مهر زنی یک فرآیند تغییر شکل است که در آن یک لایه خالی فشرده می‌شود تا توپوگرافی سطحی مورد نظر، مانند یک چهارم خطوط صورت جورج واشنگتن را ایجاد کند.
به همین دلیل، به حداقل رساندن تنش جریان سطحی با استفاده از ساختار دانه‌ای درشت‌تر می‌تواند به کاهش نیروهای مورد نیاز برای پرکردن مناسب قالب کمک کند. این امر به‌ویژه برای چاپ قالب آزاد، که در آن نابجایی روی دانه‌های سطحی می‌تواند آزادانه جریان یابد، به جای تجمع در مرزهای دانه، صادق است.
روندهایی که در اینجا مورد بحث قرار می‌گیرند تعمیم‌هایی هستند که ممکن است برای بخش‌های خاصی اعمال نشوند. با این حال، آنها مزایای اندازه‌گیری و استاندارد کردن اندازه دانه‌های مواد خام را هنگام طراحی قطعات جدید برای جلوگیری از عیوب رایج و بهینه‌سازی پارامترهای قالب‌گیری برجسته کردند.
سازندگان ماشین‌های مهر زنی فلزی دقیق و عملیات کشش عمیق روی فلز برای شکل‌دهی قطعات خود، با متالوژیست‌ها بر روی غلتک‌های دقیق دقیق فنی کار می‌کنند که می‌توانند به آنها در بهینه‌سازی مواد تا سطح دانه کمک کنند. وقتی متخصصان متالورژی و مهندسی در هر دو طرف رابطه در یک تیم ادغام شوند، می‌تواند تاثیرات مثبت بیشتری داشته باشد.
STAMPING Journal تنها مجله صنعتی است که به نیازهای بازار مهر زنی فلزی اختصاص داده شده است. از سال 1989، این نشریه فن آوری های پیشرفته، روندهای صنعت، بهترین شیوه ها و اخبار را پوشش می دهد تا به متخصصان مهر زنی کمک کند تا تجارت خود را کارآمدتر اداره کنند.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The FABRICATOR، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.
نسخه دیجیتال The Tube & Pipe Journal اکنون کاملاً در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می کند.
از دسترسی کامل به نسخه دیجیتالی STAMPING Journal، که آخرین پیشرفت های تکنولوژیکی، بهترین شیوه ها و اخبار صنعت را برای بازار مهر زنی فلزی ارائه می دهد، لذت ببرید.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The Fabricator en Español، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.