Hyötyjä voidaan saada näkemällä yksi kerros raerakennetta, joka ohjaa ruostumattoman teräksen mekaanista käyttäytymistä.Getty Images
Ruostumattoman teräksen ja alumiiniseosten valinnassa keskitytään yleensä lujuuteen, sitkeyteen, venymään ja kovuuteen. Nämä ominaisuudet osoittavat, kuinka metallin rakennuspalikat reagoivat kuormitukseen. Ne ovat tehokas indikaattori raaka-ainerajoitusten hallinnasta;eli kuinka paljon se taipuu ennen rikkoutumista. Raaka-aineen on kestettävä muovausprosessi rikkoutumatta.
Hajottava vetolujuus- ja kovuustestaus on luotettava ja kustannustehokas menetelmä mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseen. Nämä testit eivät kuitenkaan aina ole yhtä luotettavia, kun raaka-aineen paksuus alkaa rajoittaa koenäytteen kokoa. Tasaisten metallituotteiden vetolujuustestaus on tietysti edelleen hyödyllistä, mutta hyötyä voidaan saada katsomalla syvemmälle sen mekaanista käyttäytymistä säätelevää raerakenteen kerrosta.
Metallit koostuvat sarjasta mikroskooppisia kiteitä, joita kutsutaan rakeiksi. Ne jakautuvat satunnaisesti kaikkialle metalliin. Seosalkuaineiden, kuten raudan, kromin, nikkelin, mangaanin, piin, hiilen, typen, fosforin ja rikin atomit austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä ovat osa kiinteitä metallikiteitä, jotka muodostavat kiinteän metallin boniini-ioneja. yhteisten elektronien kautta.
Seoksen kemiallinen koostumus määrittää termodynaamisesti edullisen atomien sijoittelun rakeissa, joka tunnetaan nimellä kiderakenne. Toistuvan kiderakenteen sisältävät metallin homogeeniset osat muodostavat yhden tai useamman rakeen, jota kutsutaan faasiksi. Seoksen mekaaniset ominaisuudet riippuvat seoksen kiderakenteesta. Sama pätee kunkin faasin rakeiden kokoon ja järjestelyyn.
Useimmat ihmiset tuntevat veden vaiheet. Kun nestemäinen vesi jäätyy, se muuttuu kiinteäksi jääksi. Metalleissa ei kuitenkaan ole vain yhtä kiinteää faasia. Tietyt seosperheet on nimetty niiden faasien mukaan. Ruostumattomien terästen joukossa austeniittiset 300-sarjan seokset koostuvat pääasiassa austeniitista, kun ne hehkutetaan. Kuitenkin marrasteriitit koostuvat 40-sarjasta kaikki staatiini 410 ja 420 ruostumattomasta teräksestä.
Sama koskee titaaniseoksia. Kunkin metalliseosryhmän nimi ilmaisee niiden vallitsevan faasin huoneenlämpötilassa – alfa, beeta tai molempien seos. On alfa-, lähes alfa-, alfa-beta-, beeta- ja lähes beeta-seoksia.
Kun nestemäinen metalli jähmettyy, termodynaamisesti edullisen faasin kiinteät hiukkaset saostuvat siellä, missä paine, lämpötila ja kemiallinen koostumus sen sallivat. Tämä tapahtuu yleensä rajapinnoissa, kuten jääkiteissä lämpimän lammen pinnalla kylmänä päivänä. Kun rakeet kiteytyvät, kiderakenne kasvaa yhteen suuntaan, kunnes kohdataan toinen rake. Rakeiden rajat muodostuvat erilaisten kiderakenteiden risteyskohdassa. nippu erikokoisia Rubikin kuutioita laatikossa.Jokaisessa kuutiossa on neliöruudukkojärjestely, mutta ne kaikki asettuvat eri satunnaisiin suuntiin. Täysin jähmettynyt metallityökappale koostuu sarjasta näennäisesti satunnaisesti suuntautuneita rakeita.
Aina kun rae muodostuu, on olemassa viivavirheiden mahdollisuus. Näistä vioista puuttuu kiderakenteen osia, joita kutsutaan dislokaatioiksi. Nämä dislokaatiot ja niiden myöhempi liike rakeissa ja raerajojen yli ovat olennaisia ​​metallin sitkeyden kannalta.
Työkappaleen poikkileikkaus asennetaan, hiotaan, kiillotetaan ja syövytetään, jotta raerakenne näkyy. Tasaisena ja tasaakselisena optisella mikroskoopilla havaitut mikrorakenteet näyttävät hieman palapeliltä. Todellisuudessa rakeet ovat kolmiulotteisia ja kunkin rakeen poikkileikkaus vaihtelee työkappaleen poikkileikkauksen mukaan.
Kun kiderakenne on täytetty kaikilla atomeilla, siinä ei ole tilaa muulle liikkumiselle kuin atomisidosten venyminen.
Kun poistat puolet atomirivistä, luot mahdollisuuden toiselle atomiriville liukua kyseiseen asentoon, mikä liikuttaa sijoiltaan tehokkaasti. Kun työkappaleeseen kohdistetaan voima, mikrorakenteessa olevien dislokaatioiden yhteenlaskettu liike mahdollistaa sen taipumisen, venymisen tai puristumisen rikkoutumatta tai rikkoutumatta.
Kun voima vaikuttaa metalliseokseen, järjestelmä lisää energiaa. Jos energiaa lisätään tarpeeksi plastisen muodonmuutoksen aiheuttamiseksi, hila muotoutuu ja syntyy uusia dislokaatioita. Vaikuttaa loogiselta, että tämä lisää sitkeyttä, koska se vapauttaa enemmän tilaa ja luo siten potentiaalia suuremmalle dislokaatioliikkeelle. Kuitenkin, kun sijoiltaan törmäävät, ne voivat kiinnittää toisensa.
Kun dislokaatioiden lukumäärä ja keskittyminen lisääntyvät, yhä useampi sijoiltaan kiinnittyy yhteen, mikä heikentää sitkeyttä. Lopulta ilmenee niin paljon sijoiltaan, että kylmämuovaus ei ole enää mahdollista. Koska olemassa olevat kiinnityssiirtymät eivät enää voi liikkua, hilassa olevat atomisidokset venyvät, kunnes ne katkeavat tai katkeavat. Tästä syystä metalliseokset kovettuvat ennen kuin metallin muodonmuutosten määrä voi olla rajallinen.
Raeilla on myös tärkeä rooli hehkutuksessa. Työkarkaistun materiaalin hehkuttaminen olennaisesti palauttaa mikrorakenteen ja palauttaa siten sitkeyden. Hehkutusprosessin aikana rakeet muuttuvat kolmessa vaiheessa:
Kuvittele ihmistä kävelevän täpötäynnä junavaunun läpi. Väkijoukkoja voidaan puristaa vain jättämällä rivien väliin rakoja, kuten sijoituksia hilaan. Edistyessään heidän takanaan olevat ihmiset täyttivät jättämänsä tyhjiön, samalla kun he loivat uuden tilan eteen. Kun he saapuvat vaunun toiseen päähän, matkustajien järjestely muuttuu. junavaunut kiinnittäen kaikki paikoilleen. Mitä enemmän sijoiltaan tulee sijoiltaan, sitä vaikeampaa niiden on liikkua samanaikaisesti.
On tärkeää ymmärtää muodonmuutosten vähimmäistaso, joka vaaditaan uudelleenkiteytymisen käynnistämiseksi. Kuitenkin, jos metallilla ei ole tarpeeksi muodonmuutosenergiaa ennen kuumennusta, uudelleenkiteytystä ei tapahdu ja rakeet yksinkertaisesti jatkavat kasvamistaan ​​alkuperäisen kokonsa yli.
Mekaanisia ominaisuuksia voidaan säätää säätelemällä jyvien kasvua. Raeraja on pohjimmiltaan dislokaatioiden seinämä. Ne haittaavat liikkumista.
Jos jyvien kasvua rajoitetaan, syntyy enemmän pieniä jyviä. Näitä pienempiä jyviä pidetään raerakenteen kannalta hienompina. Enemmän raerajaa tarkoittaa vähemmän syrjäytysliikettä ja suurempaa lujuutta.
Jos jyvien kasvua ei rajoiteta, raerakenne karkeutuu, jyvät ovat suurempia, rajat pienemmät ja lujuus heikkenee.
Raekokoa kutsutaan usein yksiköttömäksi luvuksi, joka on 5 ja 15 välillä. Tämä on suhteellinen suhde ja liittyy keskimääräiseen raehalkaisijaan. Mitä suurempi luku, sitä hienompi rakeisuus.
ASTM E112 esittelee menetelmät raekoon mittaamiseksi ja arvioimiseksi. Se sisältää jyvien määrän laskemisen tietyllä alueella. Tämä tehdään yleensä leikkaamalla raaka-aineesta poikkileikkaus, hiomalla ja kiillottamalla se ja sitten syövyttämällä se hapolla hiukkasten paljastamiseksi. Laskenta suoritetaan mikroskoopilla, ja ASTM-symboli antaa riittävän suuren koon. raemuodon ja halkaisijan tasaisuus. Saattaa jopa olla edullista rajoittaa raekoon vaihtelu kahteen tai kolmeen pisteeseen tasaisen suorituskyvyn varmistamiseksi koko työkappaleessa.
Työkarkaisussa lujuudella ja sitkeydellä on käänteinen suhde. ASTM-raekoon ja lujuuden välinen suhde on yleensä positiivinen ja vahva, yleensä venymä on kääntäen verrannollinen ASTM-raekokoon. Liiallinen raekasvu voi kuitenkin aiheuttaa sen, että "kuolleen pehmeät" materiaalit eivät enää toimi tehokkaasti.
Raekokoa kutsutaan usein yksiköttömäksi luvuksi, jossain väliltä 5 ja 15. Tämä on suhteellinen suhde ja liittyy keskimääräiseen raekokoon. Mitä korkeampi ASTM-raekokoarvo on, sitä enemmän jyviä pinta-alayksikköä kohti.
Hehkutetun materiaalin raekoko vaihtelee ajan, lämpötilan ja jäähdytysnopeuden mukaan. Hehkutus suoritetaan yleensä uudelleenkiteytyslämpötilan ja lejeeringin sulamispisteen välillä. Austeniittisen ruostumattoman teräslejeeringin 301 suositeltu hehkutuslämpötila-alue on 1 900–2 050 Fahrenheit-astetta. 1 titaani tulee hehkuttaa 1 292 Fahrenheit-asteessa ja sulaa noin 3 000 Fahrenheit-asteessa.
Hehkutuksen aikana talteenotto- ja uudelleenkiteytysprosessit kilpailevat keskenään, kunnes uudelleenkiteytetyt rakeet kuluttavat kaikki epämuodostuneet rakeet. Uudelleenkiteytysnopeus vaihtelee lämpötilan mukaan. Kun uudelleenkiteytys on valmis, raekasvu ottaa vallan. 301 ruostumattomasta teräksestä valmistettu työkappale, joka on hehkutettu 1 900 °F:ssa yhden tunnin ajan, on hienojakoisempi rakenne 20 °F:ssa yhden tunnin ajan. samaan aikaan.
Jos materiaalia ei pidetä riittävän pitkään oikealla hehkutusalueella, tuloksena oleva rakenne voi olla yhdistelmä vanhoja ja uusia rakeita. Jos halutaan yhtenäisiä ominaisuuksia kaikkialla metallissa, hehkutusprosessin tulee pyrkiä saavuttamaan yhtenäinen tasaakselinen raerakenne. Tasainen tarkoittaa, että kaikki rakeet ovat suunnilleen samankokoisia, ja tasakeskeisyys tarkoittaa, että ne ovat suunnilleen saman muotoisia.
Tasaisen ja tasaakselisen mikrorakenteen saamiseksi jokainen työkappale tulee altistaa samalle määrälle lämpöä saman ajan ja sen tulee jäähtyä samalla nopeudella. Tämä ei ole aina helppoa tai mahdollista erähehkutuksessa, joten on tärkeää ainakin odottaa, että koko työkappale kyllästyy sopivassa lämpötilassa ennen liotusajan laskemista. Pidempi liotusaikoja ja käänteisiä lämpötiloja aiheuttavat päinvastainen materiaali.
Jos raekoko ja lujuus ovat yhteydessä toisiinsa ja lujuus on tiedossa, miksi laskea rakeita, eikö?Kaikissa tuhoavissa testeissä on vaihtelua. Vetokokeet, erityisesti pienemmillä paksuuksilla, ovat suurelta osin riippuvaisia ​​näytteen valmistelusta. Vetolujuustulokset, jotka eivät edusta materiaalin todellisia ominaisuuksia, voivat vaurioitua ennenaikaisesti.
Jos ominaisuudet eivät ole tasaisia ​​läpi koko työkappaleen, vetokoekappaleen tai näytteen ottaminen yhdestä reunasta ei välttämättä kerro koko tarinaa. Näytteen valmistelu ja testaus voivat olla myös aikaa vieviä. Kuinka monta testiä tietylle metallille on mahdollista tehdä ja kuinka moneen suuntaan se on mahdollista? Raerakenteen arviointi on lisävakuutus yllätyksiltä.
Anisotrooppinen, isotrooppinen. Anisotropialla tarkoitetaan mekaanisten ominaisuuksien suuntaavuutta. Lujuuden lisäksi anisotropiaa voidaan ymmärtää paremmin tutkimalla raerakennetta.
Tasaisen ja tasaakselisen raerakenteen tulee olla isotrooppinen, mikä tarkoittaa, että sillä on samat ominaisuudet kaikkiin suuntiin. Isotropia on erityisen tärkeä syvävetoprosesseissa, joissa samankeskisyys on kriittinen. Kun aihio vedetään muottiin, anisotrooppinen materiaali ei virtaa tasaisesti, mikä voi johtaa vaurioon, jota kutsutaan korvakoruksi. homogeenisuus työkappaleessa ja auttaa diagnosoimaan perimmäinen syy.
Oikea hehkutus on kriittinen isotropian saavuttamiseksi, mutta on myös tärkeää ymmärtää muodonmuutoksen laajuus ennen hehkutusta.Kun materiaali plastisesti muotoutuu, rakeet alkavat muotoutua.Kylmävalssauksessa, muuttaessaan paksuus pituudeksi, rakeet venyvät valssaussuunnassa.Kun rakeiden muotosuhde muuttuu jonkin verran deformoituneen työskentelyn ominaisuuksissa, niin muuttuvat myös jyvien kokonaisominaisuudet. Hehkutus voi säilyä jopa hehkutuksen jälkeen. Tämä johtaa anisotropiaan. Syvävedetyissä materiaaleissa on joskus tarpeen rajoittaa muodonmuutoksen määrää ennen lopullista hehkutusta kulumisen välttämiseksi.
Appelsiinin kuori. Poimiminen ei ole ainoa syvävetovirhe, joka liittyy stansseihin. Appelsiinin kuori tapahtuu, kun vedetään liian karkeita hiukkasia sisältäviä raaka-aineita.Jokainen rae muuttaa muotoaan itsenäisesti ja kiteen suuntauksen mukaan. Vierekkäisten rakeiden välinen muodonmuutosero johtaa appelsiininkuoren kaltaiseen teksturoituun ulkonäköön. Kupin seinämän pintarakenne on rakeinen.
Aivan kuten TV-ruudun pikseleissä, joissa on hienorakeinen rakenne, kunkin rakeen välinen ero on vähemmän havaittavissa, mikä lisää tehokkaasti resoluutiota. Pelkästään mekaanisten ominaisuuksien määrittäminen ei välttämättä riitä varmistamaan riittävän hienoa raekokoa estämään appelsiininkuorivaikutuksen. Kun työkappaleen koon muutos on alle 10 kertaa raehalkaisija, yksittäisten rakeiden ominaisuudet eivät vaikuta muodonmuutoskäyttäytymiseen, mutta se ei vaikuta moniin raekoon muotoutumiseen. Tämä näkyy piirrettyjen kuppien seinillä olevasta appelsiininkuoriefektistä.
ASTM-raekoolla 8 keskimääräinen raehalkaisija on 885 µin. Tämä tarkoittaa, että tämä mikromuovausvaikutus voi vaikuttaa mihin tahansa paksuuden pienenemiseen, joka on 0,00885 tuumaa tai vähemmän.
Vaikka karkeat rakeet voivat aiheuttaa syväveto-ongelmia, niitä suositellaan joskus painamiseen.Leimaus on muodonmuutosprosessi, jossa aihiota puristetaan, jotta saadaan haluttu pinnan topografia, kuten neljännes George Washingtonin kasvojen muodoista. Toisin kuin langanvetossa, leimaamiseen ei yleensä liity paljon massamateriaalin virtausta, mutta se vaatii paljon aihion pintaa, mikä saattaa vain muuttaa muotoaan.
Tästä syystä pintavirtausrasituksen minimoiminen karkeamman raerakenteen avulla voi lievittää oikeanlaisen muotin täyttöön tarvittavia voimia. Tämä pätee erityisesti free-die-painatukseen, jossa pintarakeiden dislokaatiot voivat virrata vapaasti sen sijaan, että ne kerääntyisivät raerajoille.
Tässä käsitellyt trendit ovat yleistyksiä, jotka eivät välttämättä koske tiettyjä osia. Ne kuitenkin korostivat raaka-aineen hiukkaskoon mittaamisen ja standardoinnin etuja suunniteltaessa uusia osia, jotta vältetään yleiset sudenkuopat ja optimoidaan puristusparametrit.
Metallin tarkkuusleimauskoneiden valmistajat ja metallin syvävetotoiminnot osien muodostamiseksi toimivat hyvin metallurgien kanssa, jotka käyttävät teknisesti päteviä tarkkuusrullia, jotka voivat auttaa heitä optimoimaan materiaalit raetasolle asti. Kun metallurgian ja insinöörin asiantuntijat molemmilla puolilla yhdistetään yhdeksi tiimiksi, sillä voi olla positiivisempia muutosvaikutuksia ja enemmän.
STAMPING Journal on ainoa alan aikakauslehti, joka on omistettu palvelemaan metallileimausmarkkinoiden tarpeita. Vuodesta 1989 lähtien julkaisu on kattanut huipputeknologiaa, alan trendejä, parhaita käytäntöjä ja uutisia auttaakseen leimausalan ammattilaisia ​​hoitamaan liiketoimintaansa tehokkaammin.
Nyt täysi pääsy The FABRICATORin digitaaliseen versioon, helppo pääsy arvokkaisiin alan resursseihin.
The Tube & Pipe Journalin digitaalinen painos on nyt täysin saatavilla, ja se tarjoaa helpon pääsyn arvokkaisiin teollisuuden resursseihin.
Nauti STAMPING Journalin digitaalisesta painoksesta, joka tarjoaa uusimmat teknologian edistysaskeleet, parhaat käytännöt ja alan uutiset metallileimausmarkkinoille.
Nyt täysi pääsy The Fabricator en Español -lehden digitaaliseen versioon, helppo pääsy arvokkaisiin alan resursseihin.