Előnyök érhetők el, ha betekintést nyerünk a szemcseszerkezet egy rétegébe, amely szabályozza a rozsdamentes acél mechanikai viselkedését.Getty Images
A rozsdamentes acél és alumíniumötvözetek kiválasztása általában a szilárdság, a hajlékonyság, a nyúlás és a keménység köré összpontosul. Ezek a tulajdonságok azt jelzik, hogy a fém építőelemei hogyan reagálnak az alkalmazott terhelésekre. Hatékony indikátorai a nyersanyagkorlátok kezelésének;vagyis mennyire hajlik meg törés előtt.A nyersanyagnak törés nélkül el kell viselnie a formázási folyamatot.
A roncsolásos szakító- és keménységvizsgálat megbízható, költséghatékony módszer a mechanikai tulajdonságok meghatározására. Ezek a vizsgálatok azonban nem mindig olyan megbízhatóak, ha a nyersanyag vastagsága már korlátozza a vizsgált minta méretét. A lapos fémtermékek szakítóvizsgálata természetesen továbbra is hasznos, de előnyök származhatnak, ha mélyebben megvizsgáljuk a szemcseszerkezet mechanikai viselkedését szabályozó rétegét.
A fémek egy sor mikroszkopikus kristályból állnak, amelyeket szemcséknek neveznek. Véletlenszerűen oszlanak el a fémben. Az ötvözőelemek atomjai, mint például a vas, króm, nikkel, mangán, szilícium, szén, nitrogén, foszfor és kén ausztenites rozsdamentes acélokban, egyetlen fémkristályos oldat részei, amelyek egy latin bonit ionokká alakulnak. közös elektronjaik révén.
Az ötvözet kémiai összetétele határozza meg az atomok termodinamikailag előnyben részesített elrendezését a szemcsékben, amelyet kristályszerkezetnek neveznek. Az ismétlődő kristályszerkezetet tartalmazó fém homogén részei egy vagy több szemcsét, úgynevezett fázisokat alkotnak. Az ötvözet mechanikai tulajdonságai az ötvözet kristályszerkezetének függvényei. Ugyanez vonatkozik az egyes fázisok szemcséinek méretére és elrendezésére is.
A legtöbb ember ismeri a víz fázisait.Amikor a folyékony víz megfagy, szilárd jéggé válik.A fémeknél azonban nem csak egy szilárd fázis van.Bizonyos ötvözetcsaládokat fázisaikról neveztek el.A rozsdamentes acélok közül az ausztenites 300-as sorozatú ötvözetek elsősorban ausztenitből állnak, amikor lágyítják. 410 és 420 rozsdamentes acélötvözetekben.
Ugyanez vonatkozik a titánötvözetekre is. Az egyes ötvözetcsoportok neve a szobahőmérsékleten uralkodó fázisukat jelzi – alfa, béta vagy mindkettő keveréke. Léteznek alfa, közel alfa, alfa-béta, béta és közel béta ötvözetek.
Amikor a folyékony fém megszilárdul, a termodinamikailag előnyben részesített fázis szilárd részecskéi kicsapódnak, ahol a nyomás, hőmérséklet és kémiai összetétel lehetővé teszi. Ez általában határfelületeken történik, például jégkristályok egy meleg tó felszínén egy hideg napon. Amikor a szemcsék kimagasodnak, a kristályszerkezet egy irányban nő, amíg egy másik szemcse nem találkozik. egy csomó különböző méretű Rubik-kocka egy dobozban.Minden kockának négyzetrácsos elrendezése van, de mindegyik különböző véletlenszerű irányban lesz elrendezve.A teljesen megszilárdult fém munkadarab látszólag véletlenszerűen orientált szemcsék sorozatából áll.
Bármikor, amikor egy szemcse képződik, fennáll a vonalhibák lehetősége. Ezek a hibák a kristályszerkezet hiányzó részei, az úgynevezett diszlokációk. Ezek a diszlokációk és az azt követő elmozdulásuk a szemcse mentén és a szemcsehatárokon alapvető fontosságúak a fém hajlékonysága szempontjából.
A munkadarab egy keresztmetszetét felszerelik, csiszolják, polírozzák és maratják, hogy megtekinthesse a szemcseszerkezetet. Egyenletes és egyenlő tengelyű, az optikai mikroszkópon megfigyelt mikrostruktúrák kicsit kirakós játékhoz hasonlítanak. A valóságban a szemcsék háromdimenziósak, és az egyes szemcsék keresztmetszete a munkadarab keresztmetszete függvényében változik.
Ha egy kristályszerkezet tele van minden atomjával, nincs mozgástere az atomi kötések megfeszítésén kívül.
Ha eltávolítja egy atomsor felét, lehetőséget teremt arra, hogy egy másik atomsor elcsússzon ebbe a pozícióba, hatékonyan mozgatva a diszlokációt. Ha erőt fejtenek ki a munkadarabra, a mikroszerkezetben lévő diszlokációk összesített mozgása lehetővé teszi, hogy eltörjön, megnyúljon vagy összenyomódjon anélkül, hogy eltörne vagy eltörne.
Amikor egy erő hat egy fémötvözetre, a rendszer növeli az energiát. Ha elegendő energiát adunk hozzá a képlékeny deformációhoz, a rács deformálódik, és új diszlokációk képződnek. Logikusnak tűnik, hogy ez növeli a hajlékonyságot, mivel így több hely szabadul fel, és ezáltal több diszlokációs mozgás lehetőségét teremti meg. Ha azonban a diszlokációk összeütköznek, rögzíthetik egymást.
A diszlokációk számának és koncentrációjának növekedésével egyre több diszlokáció tapad össze, ami csökkenti a hajlékonyságot. Végül annyi diszlokáció jelenik meg, hogy a hidegalakítás már nem lehetséges. Mivel a meglévő rögzítési diszlokációk már nem tudnak elmozdulni, a rácsban lévő atomi kötések addig nyúlnak, amíg el nem szakadnak vagy elszakadnak. Emiatt a fémötvözetek megkeményednek, és a fémek deformálódásának korlátja van.
A szemcsék az izzításban is fontos szerepet töltenek be. Az edzett anyag lágyítása lényegében visszaállítja a mikroszerkezetet, és így visszaállítja a rugalmasságot. Az izzítási folyamat során a szemcsék három lépésben alakulnak át:
Képzeljünk el egy embert, aki átsétál egy zsúfolt vasúti kocsin. A tömeget csak úgy lehet összeszorítani, hogy a sorok között rések maradnak, mint egy rácsban lévő kimozdulás. Ahogy haladtak előre, a mögöttük lévők kitöltötték az űrt, amit elhagytak, miközben új teret teremtettek előttük. A kocsi másik végére érve megváltozik az utasok elrendezése, és az utasok elrendeződése megváltozik. Ha túl sok ember próbál átütni egymás mozgását, akkor megpróbálja áthaladni az utasokat. a vasúti kocsik falai, mindenkit a helyükre szorítva. Minél több diszlokáció jelenik meg, annál nehezebben mozognak egyszerre.
Fontos megérteni az újrakristályosodás kiváltásához szükséges minimális alakváltozási szintet. Ha azonban a fém nem rendelkezik elegendő deformációs energiával a felmelegítés előtt, akkor nem történik átkristályosodás, és a szemcsék egyszerűen tovább nőnek eredeti méretük fölé.
A szemcsenövekedés szabályozásával a mechanikai tulajdonságok hangolhatók.A szemcsehatár lényegében diszlokációk fala.Akadályozzák a mozgást.
Ha a szemcsék növekedését korlátozzák, nagyobb számú apró szemcsék keletkeznek. Ezek a kisebb szemek finomabbnak tekinthetők a szemcseszerkezet szempontjából. A több szemcsehatár kisebb diszlokációs mozgást és nagyobb szilárdságot jelent.
Ha a szemcse növekedését nem korlátozzuk, akkor a szemcseszerkezet durvább lesz, a szemcsék nagyobbak, a határok kisebbek, a szilárdság csökken.
A szemcseméretet gyakran egység nélküli számnak nevezik, valahol 5 és 15 között. Ez egy relatív arány, és az átlagos szemcseátmérőhöz kapcsolódik. Minél nagyobb a szám, annál finomabb a szemcsésség.
Az ASTM E112 felvázolja a szemcseméret mérésének és értékelésének módszereit. Ez magában foglalja az adott területen lévő szemek mennyiségének megszámlálását. Ez általában a nyersanyag keresztmetszetének levágásával, őrlésével és polírozásával, majd savval való maratásával történik, hogy a részecskék láthatóvá váljanak. A számlálás mikroszkóp alatt történik, és az ASTM-es méretezés megfelelő nagyítást tesz lehetővé. A szemcseforma és -átmérő egyenletessége. Még előnyös is lehet, ha a szemcseméret változását két vagy három pontra korlátozzuk, hogy egyenletes teljesítményt biztosítsunk a munkadarabon.
Munkaedzés esetén a szilárdság és a hajlékonyság fordított arányban áll egymással. Az ASTM szemcseméret és szilárdság közötti kapcsolat általában pozitív és erős, általában a nyúlás fordítottan kapcsolódik az ASTM szemcseméretéhez. A túlzott szemcsenövekedés azonban azt okozhatja, hogy a „holt lágy” anyagok már nem keményednek meg hatékonyan.
A szemcseméretet gyakran egység nélküli számnak nevezik, valahol 5 és 15 között. Ez egy relatív arány, és az átlagos szemcseátmérőhöz kapcsolódik. Minél magasabb az ASTM szemcseméret értéke, annál több szemcse van egységnyi területen.
A lágyított anyag szemcsemérete az időtől, a hőmérséklettől és a hűtési sebességtől függően változik. Az izzítást általában az átkristályosítási hőmérséklet és az ötvözet olvadáspontja között végzik. A 301-es ausztenites rozsdamentes acélötvözet ajánlott izzítási hőmérsékleti tartománya 1900 és 2050 Fahrenheit-fok között van. 1 titánt 1292 Fahrenheit-fokon kell izzítani, és körülbelül 3000 Fahrenheit-fokon kell megolvadni.
Az izzítás során a visszanyerési és átkristályosodási folyamatok versengenek egymással mindaddig, amíg az átkristályosodott szemcsék az összes deformált szemcsét fel nem fogyasztják. Az átkristályosodás sebessége a hőmérséklet függvényében változik. Az újrakristályosítás befejeződése után a szemcsék növekedése veszi át az uralmat. Egy 301-es rozsdamentes acél munkadarab, amelyet 1900 °F-on hőkezelnek, egy órán át finomabb lesz, mint a finomított munkadarabon20. ugyanabban az időben.
Ha az anyagot nem tartják elég hosszú ideig a megfelelő izzítási tartományban, a kapott szerkezet régi és új szemcsék kombinációja lehet. Ha az egész fémen egységes tulajdonságokra van szükség, az izzítási folyamatnak egységes, egyenlő tengelyű szemcseszerkezet elérésére kell törekednie. Az egységes azt jelenti, hogy minden szemcse megközelítőleg azonos méretű, az egyentengelyű pedig azt, hogy megközelítőleg azonos alakúak.
Az egyenletes és egyenlő tengelyű mikrostruktúra elérése érdekében minden munkadarabot azonos mennyiségű hőnek kell kitenni ugyanannyi ideig, és azonos sebességgel kell hűlni. Ez nem mindig egyszerű és nem lehetséges szakaszos hőkezelésnél, ezért fontos, hogy legalább megvárja, amíg a teljes munkadarab megfelelő hőmérsékleten telítődik, mielőtt az áztatási időt kiszámítaná. Hosszabb áztatási idők és magasabb anyaghőmérsékletek alakulnak ki.
Ha a szemcseméret és a szilárdság összefügg, és a szilárdság ismert, miért kell szemcséket számolni, ugye?Minden roncsolásos vizsgálatnak van változékonysága. A szakítóvizsgálatok, különösen kisebb vastagságok esetén, nagymértékben függenek a minta előkészítésétől. Azok a szakítószilárdsági eredmények, amelyek nem tükrözik az anyag tényleges tulajdonságait, idő előtti tönkremenetelhez vezethetnek.
Ha a tulajdonságok nem egyenletesek az egész munkadarabon, akkor előfordulhat, hogy az egyik élről vett szakítópróba vagy minta nem árulja el a teljes történetet. A minta előkészítése és tesztelése is időigényes lehet. Hány vizsgálat lehetséges egy adott fémen, és hány irányban kivitelezhető? A szemcseszerkezet értékelése extra biztosíték a meglepetések ellen.
Anizotróp, izotróp.Az anizotrópia a mechanikai tulajdonságok irányultságát jelenti.A szilárdság mellett az anizotrópia jobban megérthető a szemcseszerkezet vizsgálatával.
Az egységes és egyenlő tengelyű szemcseszerkezetnek izotrópnak kell lennie, ami azt jelenti, hogy minden irányban azonos tulajdonságokkal rendelkezik. Az izotrópia különösen fontos mélyhúzási folyamatoknál, ahol a koncentrikusság kritikus. Amikor a nyersdarabot a formába húzzuk, az anizotróp anyag nem fog egyenletesen folyni, ami a kalásznak nevezett hibához vezethet. A fülbevaló ott keletkezik, ahol a csésze hullámos szerkezete a csésze felső részén felfedhető. homogenitást a munkadarabban, és segít diagnosztizálni a kiváltó okot.
A megfelelő lágyítás kritikus az izotrópia eléréséhez, de fontos megérteni a deformáció mértékét is a lágyítás előtt.Ahogy az anyag plasztikusan deformálódik, a szemcsék deformálódni kezdenek.Hideghengerlés esetén a vastagság hosszra konvertálásával a szemcsék megnyúlnak a hengerlési irányban.A szemcseméret-arány változásával a mechanikai méretarány megváltozik, így az orientált munkavégzés is változhat az összmunkában. izzítás után is megmarad.Ez anizotrópiát eredményez.Mélyhúzott anyagok esetén néha korlátozni kell a deformáció mértékét a végső izzítás előtt a kopás elkerülése érdekében.
narancshéj.A felszedés nem az egyetlen mélyhúzási hiba a szerszámmal kapcsolatban.A narancsbőr akkor jelentkezik, amikor túl durva részecskéket tartalmazó nyersanyagokat húznak.Minden szemcse egymástól függetlenül deformálódik, és a kristály orientációja függvényében.A szomszédos szemcsék deformációjának különbsége a narancshéjhoz hasonló texturált megjelenést eredményez.A textúra a csésze falának szemcsés felülete.
Csakúgy, mint a képpontok a TV-képernyőn, finomszemcsés szerkezettel, az egyes szemcsék közötti különbség kevésbé lesz észrevehető, ami hatékonyan növeli a felbontást. A mechanikai tulajdonságok megadása önmagában nem biztos, hogy elegendő a kellően finom szemcseméret biztosításához a narancsbőr hatásának elkerüléséhez. Ha a munkadarab méretváltozása kisebb, mint a szemcseátmérő 10-szerese, akkor az egyes szemcsék tulajdonságai nem tükrözik a fajlagos viselkedést. az egyes szemcsék mérete és tájolása.Ez a rajzolt csészék falán megjelenő narancshéj-hatásból is látszik.
8-as ASTM szemcseméret esetén az átlagos szemcseátmérő 885 µin. Ez azt jelenti, hogy ez a mikroformázó hatás bármilyen 0,00885 hüvelyk vagy annál kisebb vastagságcsökkenést befolyásolhat.
Bár a durva szemcsék mélyhúzási problémákat okozhatnak, néha javasolják rányomtatásra. A bélyegzés olyan deformációs folyamat, amelynek során a nyersdarabot összenyomják, hogy a kívánt felületi topográfiát, például George Washington arckontúrjainak egynegyedét megkapják. A huzalhúzással ellentétben a bélyegzés általában nem jár nagy ömlesztett anyagáramlással, de nagy erőt igényel az üres felület, ami csak deformálhatja a felületet.
Emiatt a felületi áramlási feszültség minimalizálása durvább szemcseszerkezet használatával segíthet a megfelelő formakitöltéshez szükséges erők enyhítésében. Ez különösen igaz a szabadon matricázott lenyomatoknál, ahol a felületi szemcséken lévő diszlokációk szabadon folyhatnak, nem pedig a szemcsehatárokon halmozódnak fel.
Az itt tárgyalt trendek általánosítások, amelyek nem biztos, hogy bizonyos szakaszokra vonatkoznak. Ugyanakkor rávilágítottak a nyersanyag szemcseméretének mérésére és szabványosítására az új alkatrészek tervezése során a gyakori hibák elkerülése és az öntési paraméterek optimalizálása érdekében.
A precíziós fémbélyegző gépek és a fémen az alkatrészek kialakításához mélyhúzó műveletek gyártói jól együttműködnek a műszakilag képzett precíziós újrahengerekkel foglalkozó kohászokkal, akik segíthetnek nekik a szemcseszintig optimalizálni az anyagokat. Ha a kohászati ​​és mérnöki szakértők a kapcsolat mindkét oldalán egy csapatba integrálódnak, az pozitív átalakító hatással járhat, és még több eredményt hozhat.
A STAMPING Journal az egyetlen iparági folyóirat, amely a fémbélyegzési piac igényeit szolgálja. 1989 óta a kiadvány a legmodernebb technológiákkal, iparági trendekkel, legjobb gyakorlatokkal és újdonságokkal foglalkozik, hogy segítse a bélyegzéssel foglalkozó szakembereket üzleti tevékenységük hatékonyabb működtetésében.
Most teljes hozzáféréssel a The FABRICATOR digitális kiadásához, egyszerű hozzáféréssel az értékes iparági erőforrásokhoz.
A The Tube & Pipe Journal digitális kiadása már teljes mértékben hozzáférhető, egyszerű hozzáférést biztosítva az értékes iparági forrásokhoz.
Élvezze a teljes hozzáférést a STAMPING Journal digitális kiadásához, amely a legújabb technológiai fejlesztéseket, legjobb gyakorlatokat és iparági híreket tartalmazza a fémbélyegzési piac számára.
Most teljes hozzáféréssel a The Fabricator en Español digitális kiadásához, és könnyű hozzáférést biztosít az értékes iparági forrásokhoz.