ניתן להשיג יתרונות על ידי השגת תובנה לגבי שכבה אחת של מבנה הדגן השולטת בהתנהגות המכנית של נירוסטה. Getty Images
הבחירה של סגסוגות נירוסטה וסגסוגות אלומיניום מתרכזת בדרך כלל סביב חוזק, משיכות, התארכות וקשיות. מאפיינים אלה מצביעים על האופן שבו אבני הבניין של המתכת מגיבות לעומסים המופעלים. הם אינדיקטור יעיל לניהול אילוצי חומר גלם;כלומר, כמה הוא יתכופף לפני השבירה. חומר הגלם חייב להיות מסוגל לעמוד בתהליך היציקה מבלי להישבר.
בדיקת מתיחה וקשיות הרסנית היא שיטה אמינה וחסכונית לקביעת מאפיינים מכניים. עם זאת, בדיקות אלו אינן תמיד אמינות ברגע שעובי חומר הגלם מתחיל להגביל את גודל דגימת הבדיקה. בדיקת מתיחה של מוצרי מתכת שטוחים היא כמובן עדיין שימושית, אך ניתן להפיק תועלת על ידי הסתכלות עמוקה יותר על שכבה אחת של ההתנהגות המכאנית שלו.
מתכות מורכבות מסדרה של גבישים מיקרוסקופיים הנקראים גרגירים. הם מפוזרים באקראי בכל המתכת. אטומים של יסודות מתג, כגון ברזל, כרום, ניקל, מנגן, סיליקון, פחמן, חנקן, זרחן וגופרית בפלדות אל-חלד אוסטניטיות, מהווים פתרון של גרגר אטום אחד, מהווים פתרון של גרגר יחיד. סריג דרך האלקטרונים המשותפים שלהם.
ההרכב הכימי של הסגסוגת קובע את הסידור המועדף מבחינה תרמודינמית של האטומים בגרגרים, המכונה מבנה הגביש. חלקים הומוגניים של מתכת המכילים מבנה גבישי חוזר יוצרים גרגר אחד או יותר הנקרא פאזות. התכונות המכניות של סגסוגת הן פונקציה של מבנה הגביש בסגסוגת. כך גם לגבי הגודל והסידור של כל שלב של הגרגרים.
רוב האנשים מכירים את שלבי המים. כאשר מים נוזליים קופאים, הם הופכים לקרח מוצק. עם זאת, כשמדובר למתכות, אין רק שלב מוצק אחד. משפחות סגסוגות מסוימות נקראות על שם השלבים שלהן. בין פלדות אל-חלד, סגסוגות מסדרת austenitic 300 מורכבות בעיקר מאוסטניט כשהן משולבות מ-400 מסדרות ferweless. פלדה או מרטנזיט בסגסוגות נירוסטה 410 ו-420.
כנ"ל לגבי סגסוגות טיטניום. השם של כל קבוצת סגסוגת מציין את השלב השולט שלהן בטמפרטורת החדר - אלפא, בטא או תערובת של שניהם. יש סגסוגות אלפא, כמעט אלפא, אלפא ביתא, בטא וכמעט בטא.
כאשר המתכת הנוזלית מתמצקת, החלקיקים המוצקים של השלב המועדף מבחינה תרמודינמית יפסקו היכן שהלחץ, הטמפרטורה וההרכב הכימי מאפשרים זאת. זה קורה בדרך כלל בממשקים, כמו גבישי קרח על פני השטח של בריכה חמה ביום קר. כאשר גרגרים מתגלעים, מבנה הגביש גדל בכיוון אחד עד שנתקל בגרגר אחר של גבולות התבואות השונות של גבולות התבואה. מבני ריסטל.דמיין לעצמך לשים חבורה של קוביות של רוביק בגדלים שונים בקופסה.לכל קובייה יש סידור רשת מרובע, אבל כולן יהיו מסודרות בכיוונים אקראיים שונים.חתיכת עבודה מתכת מוצקה לחלוטין מורכבת מסדרה של גרגרים בעלי אוריינטציה אקראית לכאורה.
בכל פעם שנוצר גרגר, קיימת אפשרות של פגמים בקו. פגמים אלו הם חלקים חסרים במבנה הגבישי הנקראים נקעים. נקעים אלו ותנועתם שלאחר מכן לאורך התבואה ולרוחב גבולות התבואה הם בסיסיים לגמישות המתכת.
חתך רוחב של חומר העבודה מותקן, מושחז, מלוטש ונחרט כדי לראות את מבנה הגרגר. כאשר הם אחידים ושווים ציר, המיקרו-מבנים הנצפים במיקרוסקופ אופטי נראים קצת כמו פאזל. במציאות, הגרגרים הם תלת מימדיים, והחתך של כל גרגר ישתנה בהתאם לכיוון הרוחב של העבודה.
כאשר מבנה גביש מלא בכל האטומים שלו, אין מקום לתנועה מלבד מתיחה של הקשרים האטומיים.
כאשר אתה מסיר חצי משורה של אטומים, אתה יוצר הזדמנות לשורה נוספת של אטומים להחליק למצב זה, ולמעשה להזיז את הנקע. כאשר מופעל כוח על חומר העבודה, התנועה המצטברת של נקעים במבנה המיקרו מאפשרת לו להתכופף, למתוח או להידחס מבלי להישבר או להישבר.
כאשר כוח פועל על סגסוגת מתכת, המערכת מגדילה את האנרגיה.אם מתווספת מספיק אנרגיה כדי לגרום לעיוות פלסטי, הסריג מתעוות ונוצרות נקעים חדשים.נראה הגיוני שהדבר יגדיל את המשיכות, מכיוון שהוא מפנה יותר מקום ובכך יוצר פוטנציאל לתנועת נקע נוסף. עם זאת, כאשר נקעים מתנגשים, הם יכולים לתקן אחד את השני.
ככל שמספר הנקעים וריכוזם גדלים, יותר ויותר נקעים מחוברים זה לזה, ומפחיתים את הגמישות. בסופו של דבר מופיעות כל כך הרבה נקעים שיצירת קרות אינה אפשרית יותר. מאחר שנקעים קיימים של הצמדה כבר לא יכולים לזוז, הקשרים האטומיים בסריג נמתחים עד שהם נשברים או נשברים. זו הסיבה שסגסוגות מתכת מתקשות עד לכמות המתכת עם עיוות פלסטי.
לתבואה יש גם תפקיד חשוב בחישול. חישול חומר מוקשה למעשה מאפס את המבנה המיקרו ובכך משחזר את הגמישות. במהלך תהליך החישול, הגרגרים עוברים טרנספורמציה בשלושה שלבים:
תארו לעצמכם אדם שעובר בקרון רכבת צפוף. המונים יכולים להיסחט רק על ידי השארת מרווחים בין השורות, כמו נקעים בסריג. ככל שהם התקדמו, האנשים שמאחוריהם מילאו את החלל שהשאירו, תוך שהם יצרו מרחב חדש מלפנים. ברגע שהם מגיעים לקצה השני של הקרון, סידור הנוסעים משתנה. אם יותר מדי אנשים ינסו לעשות את החדר שלהם ולנסות לעבור באותו הזמן ולנסות כל אחד אחר. פגע בקירות קרונות הרכבת, מצמיד את כולם למקומם. ככל שמופיעות יותר נקעים, כך קשה להם יותר לנוע בו זמנית.
חשוב להבין את רמת הדפורמציה המינימלית הנדרשת להפעלת התגבשות מחדש. עם זאת, אם למתכת אין מספיק אנרגיית דפורמציה לפני החימום, התגבשות מחדש לא תתרחש והגרגרים פשוט ימשיכו לגדול מעבר לגודלם המקורי.
ניתן לכוונן מאפיינים מכניים על ידי שליטה בצמיחת התבואה. גבול תבואה הוא בעצם קיר של נקעים. הם מעכבים את התנועה.
אם מגבילים את צמיחת הדגן, ייווצר מספר גבוה יותר של גרגרים קטנים. הגרגרים הקטנים האלה נחשבים עדינים יותר מבחינת מבנה הדגן. גבולות יותר של גרגרים פירושם פחות תנועת נקע וחוזק גבוה יותר.
אם לא מגבילים את גידול הדגן, מבנה התבואה הופך גס יותר, הגרגרים גדולים יותר, הגבולות פחותים והחוזק נמוך יותר.
גודל גרגר מכונה לעתים קרובות מספר חסר יחידה, איפשהו בין 5 ל-15. זהו יחס יחסי וקשור לקוטר הגרגיר הממוצע. ככל שהמספר גבוה יותר, כך הגרנולריות עדינה יותר.
ASTM E112 מתאר שיטות למדידה והערכת גודל גרגר. זה כולל ספירה של כמות הדגן באזור נתון. זה נעשה בדרך כלל על ידי חיתוך חתך רוחב של חומר הגלם, שחיקה והברקה שלו, ולאחר מכן תחריטו בחומצה כדי לחשוף את החלקיקים. הספירה מבוצעת במיקרוסקופ, והגדלה של גודל ה-AS TM מציין גודל הולם. רמה מסוגלת של אחידות בצורת גרגר ובקוטר. אולי אפילו יתרון להגביל את השונות בגודל הגרגר לשתיים או שלוש נקודות כדי להבטיח ביצועים עקביים על פני חומר העבודה.
במקרה של התקשות עבודה, לחוזק ולמשיכות יש קשר הפוך. הקשר בין גודל גרגיר וחוזק ASTM נוטה להיות חיובי וחזק, בדרך כלל התארכות קשורה ביחס הפוך לגודל הגרגיר ASTM. עם זאת, צמיחת גרגרים מוגזמת עלולה לגרום לחומרים "רכים מתים" לא לעבוד יותר ביעילות.
גודל גרגיר מכונה לעתים קרובות מספר ללא יחידה, איפשהו בין 5 ל-15. זהו יחס יחסי וקשור לקוטר הגרגיר הממוצע. ככל שערך גודל הגרגירים ASTM גבוה יותר, כך יותר גרגרים ליחידת שטח.
גודל הגרגירים של החומר החישול משתנה עם הזמן, הטמפרטורה וקצב הקירור. חישול מבוצע בדרך כלל בין טמפרטורת ההתגבשות מחדש ונקודת ההיתוך של הסגסוגת. טווח טמפרטורת החישול המומלץ עבור סגסוגת נירוסטה austenitic 301 הוא בין 1,900 ל-2,050 מעלות צלזיוס. זה יתחיל להמיס בסביבות 50 מעלות צלזיוס, 50 מעלות צלזיוס. צריך להיות חישול ב-1,292 מעלות פרנהייט ולהמיס בסביבות 3,000 מעלות פרנהייט.
במהלך החישול, תהליכי ההתגבשות וההתגבשות מתחרים זה בזה עד שהגרגרים המתגבשים צורכים את כל הגרגירים המעוותים. קצב ההתגבשות משתנה בהתאם לטמפרטורה. לאחר השלמת ההתגבשות, צמיחת הגרגירים משתלטת. חומר עבודה מפלדת אל חלד 301 מחולל ב-1,900°F למשך שעה אחת יקבל מבנה עבודה עדין יותר ב-0 g2. באותו זמן.
אם החומר אינו מוחזק בטווח החישול המתאים מספיק זמן, המבנה המתקבל עשוי להיות שילוב של גרגירים ישנים וחדשים. אם רצויות תכונות אחידות בכל המתכת, תהליך החישול צריך לשאוף להשיג מבנה גרגר שווה ציר אחיד. אחיד פירושו שכל הגרגירים הם בערך באותו גודל, ושווי-צירים פירושו שהם בערך אותה צורה.
כדי לקבל מבנה מיקרו אחיד ושווה ציר, יש לחשוף כל חומר עבודה לאותה כמות חום במשך אותה פרק זמן וצריך להתקרר באותו קצב. זה לא תמיד קל או אפשרי עם חישול אצווה, לכן חשוב להמתין לפחות עד שכל חומר העבודה יהיה רווי בטמפרטורה המתאימה לפני חישוב זמן ההשריה. זמני השרייה ארוכים יותר וטמפרטורות גבוהות יותר של חומר יגרמו לחומר רך יותר ולטמפרטורות גבוהות יותר.
אם גודל גרגר וחוזק קשורים, והחוזק ידוע, מדוע לחשב גרגירים, נכון? לכל הבדיקות ההרסניות יש שונות. בדיקות מתיחה, במיוחד בעוביים נמוכים יותר, תלויות במידה רבה בהכנת הדגימה. תוצאות חוזק מתיחה שאינן מייצגות את תכונות החומר בפועל עלולות להיתקל בטרם עת.
אם המאפיינים אינם אחידים בכל חומר העבודה, ייתכן שנטילת דגימת בדיקת מתיחה או דגימה מקצה אחד לא יספרו את כל הסיפור. הכנה ובדיקה של דגימות יכולות גם לגזול זמן רב. כמה בדיקות אפשריות למתכת נתונה, ובכמה כיוונים זה אפשרי? הערכת מבנה הגרגיר היא ביטוח נוסף מפני הפתעות.
אניסוטרופיה, איזוטרופית.אניזוטרופיה מתייחסת לכיווניות של תכונות מכניות.בנוסף לחוזק, ניתן להבין טוב יותר את האניזוטרופיה על ידי בחינת מבנה התבואה.
מבנה גרגר אחיד ושווה ציר צריך להיות איזוטרופי, מה שאומר שיש לו אותן תכונות בכל הכיוונים. איזוטרופיה חשובה במיוחד בתהליכי ציור עמוקים שבהם הריכוזיות היא קריטית. כאשר החסר נמשך לתוך התבנית, החומר האניזוטרופי לא יזרום בצורה אחידה, מה שעלול להוביל לפגם הנקרא עגיל. אי-הומוגניות בחומר העבודה ועוזרות באבחון שורש הסיבה.
חישול נכון הוא קריטי להשגת איזוטרופיה, אך חשוב גם להבין את מידת העיוות לפני החישול. ככל שהחומר מתעוות פלסטית, הגרגרים מתחילים להתעוות. במקרה של גלגול קר, המרת עובי לאורך, הגרגרים יתארכו בכיוון הגלגול. ככל שיחס הגובה-רוחב של הגרגר משתנה, כך משתנים גם המאפיינים המכוניים של העבודה. כיוון מסוים עשוי להישמר גם לאחר חישול. זה גורם לאנזיטרופיה. עבור חומרים שנמשכו עמוק, לפעמים יש צורך להגביל את כמות העיוות לפני החישול הסופי כדי למנוע בלאי.
קליפת תפוז. איסוף הוא לא פגם המשיכה העמוק היחיד הקשור למות. קליפת התפוז מתרחשת כאשר חומרי גלם עם חלקיקים גסים מדי נמשכים. כל גרגר מתעוות באופן עצמאי וכפונקציה של כיוון הגביש שלו. ההבדל בעיוות בין גרגרים סמוכים מביא למראה מרקם דומה למבנה של קליפת התפוז המראה על פני השטח.
בדיוק כמו הפיקסלים במסך טלוויזיה, עם מבנה עדין, ההבדל בין כל גרגר יהיה פחות מורגש, ולמעשה יגדיל את הרזולוציה. ציון תכונות מכניות לבד עשוי שלא להספיק כדי להבטיח גודל גרגר עדין מספיק כדי למנוע את אפקט קליפת התפוז. כאשר השונות הממדית של חומר העבודה היא פחות מפי 10 מקוטר הגרגיר, המאפיינים של הגרגירים הספציפיים, אבל לא ישקפו את הגרגירים הספציפיים, אבל זה לא ישקף את הגרגירים הספציפיים. והכיוון של כל גרגר. ניתן לראות זאת מאפקט קליפת התפוז על קירות הכוסות המצוירות.
עבור גודל גרגר ASTM של 8, קוטר הגרגיר הממוצע הוא 885 µin. המשמעות היא שכל הפחתת עובי של 0.00885 אינץ' או פחות יכולה להיות מושפעת מאפקט המיקרופורמינג הזה.
למרות שגרגרים גסים עלולים לגרום לבעיות ציור עמוק, הם מומלצים לפעמים להטבעה. הטבעה היא תהליך דפורמציה שבו נדחס ריק כדי להקנות טופוגרפיה משטח רצויה, כגון רבע מקווי המתאר של הפנים של ג'ורג' וושינגטון. בניגוד לשרטוט חוט, הטבעה בדרך כלל אינה כרוכה בזרימת חומר בתפזורת, אך עשויה להצריך עיוות רב של פני השטח.
מסיבה זו, מזעור מתח זרימת פני השטח על ידי שימוש במבנה גרגר גס יותר יכול לסייע בהקלת הכוחות הנדרשים למילוי נכון של עובש. הדבר נכון במיוחד עבור הטבעה חופשית, שבה נקעים על גרגרי פני השטח יכולים לזרום בחופשיות, במקום להצטבר בגבולות התבואה.
המגמות הנדונות כאן הן הכללות שעשויות שלא לחול על סעיפים ספציפיים. עם זאת, הן הדגישו את היתרונות של מדידה וסטנדרטיזציה של גודל גרגירי חומר גלם בעת תכנון חלקים חדשים כדי למנוע פגמים נפוצים ולייעל פרמטרים של דפוס.
יצרנים של מכונות הטבעה מדויקות של מתכת ופעולות ציור עמוק על מתכת ליצירת חלקים שלהם יעבדו היטב עם מתכות על מגלגלים מחדש מדויקים טכניים שיכולים לעזור להם לייעל חומרים עד לרמת התבואה. כאשר מומחי מתכות והנדסה משני הצדדים של מערכת היחסים משולבים בצוות אחד, זה יכול להשפיע בצורה חיובית ולייצר יותר.
STAMPING Journal הוא כתב העת היחיד בתעשייה המוקדש לשרת את הצרכים של שוק הטבעת המתכת. מאז 1989, הפרסום מכסה טכנולוגיות מתקדמות, מגמות בתעשייה, שיטות עבודה מומלצות וחדשות כדי לעזור לאנשי מקצוע בתחום הטבעה לנהל את העסק שלהם בצורה יעילה יותר.
עכשיו עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The FABRICATOR, גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
המהדורה הדיגיטלית של The Tube & Pipe Journal נגישה כעת במלואה, ומספקת גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
תהנה מגישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של STAMPING Journal, המספקת את ההתקדמות הטכנולוגית העדכנית ביותר, שיטות עבודה מומלצות וחדשות בתעשייה עבור שוק הטבעת המתכת.
עכשיו עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The Fabricator en Español, גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.