Virdeeler kënne gewonnen ginn andeems een Abléck an eng Schicht vun der Kärenstruktur kritt, déi dat mechanescht Verhale vun Edelstol kontrolléiert. Getty Images
D'Auswiel vun Edelstol- an Aluminiumlegierungen baséiert sech meeschtens op Stäerkt, Dehnbarkeet, Dehnung an Häert. Dës Eegeschafte weisen un, wéi d'Bausteng vum Metall op ugewandte Belaaschtungen reagéieren. Si sinn en effektiven Indikator fir d'Gestioun vu Réimaterialbeschränkungen; dat heescht, wéi vill et sech béit, ier et brécht. D'Réimaterial muss dem Formprozess standhalen, ouni ze briechen.
Destruktiv Zuch- an Härtheetester sinn eng zouverlässeg, käschtegënschteg Method fir d'Bestimmung vu mechaneschen Eegeschaften. Dës Tester sinn awer net ëmmer sou zouverlässeg, wann d'Déckt vum Rohmaterial ufänkt, d'Gréisst vun der Testprouf ze limitéieren. Zuchprüfung vu flaache Metallprodukter ass natierlech ëmmer nach nëtzlech, awer Virdeeler kënne gewonnen ginn, andeems een eng Schicht vun der Kärenstruktur, déi hiert mechanescht Verhalen kontrolléiert, méi déifgräifend ënnersicht.
Metaller bestinn aus enger Serie vu mikroskopesch Kristaller, déi Kären genannt ginn. Si sinn zoufälleg am ganze Metall verdeelt. Atomer vu Legierungselementer, wéi Eisen, Chrom, Néckel, Mangan, Silizium, Kuelestoff, Stéckstoff, Phosphor a Schwefel an austenitesche Stol, sinn Deel vun engem eenzege Kär. Dës Atomer bilden eng fest Léisung vu Metallionen, déi duerch hir gemeinsam Elektronen an de Kristallgitter gebonne sinn.
Déi chemesch Zesummesetzung vun der Legierung bestëmmt déi thermodynamesch bevorzugt Uerdnung vun den Atomer an de Kären, bekannt als Kristallstruktur. Homogen Deeler vun engem Metall, déi eng widderhuelend Kristallstruktur enthalen, bilden een oder méi Kären, déi Phasen genannt ginn. Déi mechanesch Eegeschafte vun enger Legierung sinn eng Funktioun vun der Kristallstruktur an der Legierung. Datselwecht gëllt fir d'Gréisst an d'Uerdnung vun de Kären vun all Phase.
Déi meescht Leit si mat de Stadien vum Waasser vertraut. Wann flëssegt Waasser afréiert, gëtt et zu festem Äis. Wéi och ëmmer, wann et ëm Metaller geet, gëtt et net nëmmen eng fest Phas. Verschidde Legierungsfamillje sinn no hire Phasen benannt. Ënnert den Edelstahl bestinn austenitesch Legierungen aus der Serie 300 haaptsächlech aus Austenit beim Glühen. Wéi och ëmmer, Legierungen aus der Serie 400 bestinn aus Ferrit a 430 Edelstahl oder Martensit a 410 an 420 Edelstahllegierungen.
Datselwecht gëllt fir Titanlegierungen. Den Numm vun all Legierungsgrupp weist hir iwwerwiegend Phas bei Raumtemperatur un – Alpha, Beta oder eng Mëschung aus béiden. Et gëtt Alpha-, No-Alpha-, Alpha-Beta-, Beta- a No-Beta-Legierungen.
Wann dat flëssegt Metall fest gëtt, fällen déi fest Partikelen vun der thermodynamesch bevorzugter Phas do aus, wou Drock, Temperatur a chemesch Zesummesetzung et erlaben. Dëst geschitt normalerweis op Grenzflächen, wéi Äiskristaller op der Uewerfläch vun engem waarme Weier un engem kale Dag. Wann d'Käre sech bilden, wiisst d'Kristallstruktur an eng Richtung, bis en anere Kär begéint gëtt. Käregrenzen bilden sech op den Kräizungspunkten vun net iwwereneestëmmende Gitter wéinst den ënnerschiddlechen Orientéierunge vun de Kristallstrukturen. Stellt Iech vir, Dir leet e Koup Rubiks-Würfele vu verschiddene Gréissten an eng Këscht. All Wierfel huet eng quadratesch Rasteruerdnung, awer si sinn all an ënnerschiddlech zoufälleg Richtungen arrangéiert. E vollstänneg fest Metallwierkstéck besteet aus enger Serie vu scheinbar zoufälleg orientéierte Kären.
All Kéier wann e Kär geformt gëtt, besteet d'Méiglechkeet vu Linnendefekter. Dës Defekter sinn fehlend Deeler vun der Kristallstruktur, déi Dislokatiounen genannt ginn. Dës Dislokatiounen an hir spéider Bewegung duerch de Kär an iwwer d'Kärgrenzen sinn fundamental fir d'Metallduktilitéit.
E Querschnitt vum Werkstéck gëtt montéiert, geschliffen, poléiert an geätzt, fir d'Kärestruktur ze gesinn. Wann se gläichméisseg an gläichachseg sinn, gesinn d'Mikrostrukturen, déi op engem optesche Mikroskop observéiert ginn, e bëssen aus wéi e Puzzle. A Wierklechkeet sinn d'Käre dräidimensional, an de Querschnitt vun all Kär variéiert jee no der Orientéierung vum Querschnitt vum Werkstéck.
Wann eng Kristallstruktur mat all hiren Atomer gefëllt ass, gëtt et kee Plaz fir Bewegung ausser dem Strecken vun den atomare Bindungen.
Wann Dir d'Halschent vun enger Rei vun Atomer ewechhuelt, schaaft Dir eng Méiglechkeet fir eng aner Rei vun Atomer an déi Positioun ze rutschen, wouduerch d'Verrécklung effektiv beweegt gëtt. Wann eng Kraaft op d'Werkstéck ugewannt gëtt, erméiglecht déi aggregéiert Bewegung vun den Verrécklungen an der Mikrostruktur et sech ze béien, ze strecken oder ze kompriméieren ouni ze briechen oder ze briechen.
Wann eng Kraaft op eng Metalllegierung wierkt, erhéicht de System d'Energie. Wann genuch Energie bäigefüügt gëtt fir eng plastesch Deformatioun ze verursaachen, deforméiert sech de Gitter an nei Verrécklungen entstinn. Et schéngt logesch, datt dëst d'Duktilitéit erhéicht, well et méi Plaz fräi mécht an doduerch de Potenzial fir méi Verrécklungsbewegung schaaft. Wann Verrécklungen awer kollidéieren, kënne se sech géigesäiteg fixéieren.
Mat der Zuel an der Konzentratioun vun Dislokatiounen, ginn ëmmer méi Dislokatiounen zesummegepinnt, wat d'Duktilitéit reduzéiert. Schlussendlech entstinn esou vill Dislokatiounen, datt Kaltformung net méi méiglech ass. Well existent Pinning-Dislokatiounen sech net méi beweege kënnen, dehnen sech d'Atombindungen am Gitter bis se briechen oder futti ginn. Dofir verhärten Metalllegierungen, a firwat et eng Limit fir d'Quantitéit un plastescher Deformatioun gëtt, déi e Metall aushale kann, ier et brécht.
Kären spillen och eng wichteg Roll beim Glühen. D'Glühen vun engem deformatiounsgehärtete Material setzt am Fong d'Mikrostruktur zréck an doduerch d'Duktilitéit erëm hier. Wärend dem Glühprozess ginn d'Kären an dräi Schrëtt transforméiert:
Stellt Iech eng Persoun vir, déi duerch e vollgepackte Waggon geet. D'Leit kënnen nëmme gedréckt ginn, andeems een tëscht de Reien Lächer léisst, wéi Verrécklungen an engem Gitter. Wéi se weidergaange sinn, hunn d'Leit hannert hinnen d'Lück gefëllt, déi se hannerlooss hunn, während se neie Raum virun hinne geschaf hunn. Soubal se dat anert Enn vum Waggon erreechen, ännert sech d'Arrangement vun de Passagéier. Wann ze vill Leit gläichzäiteg probéieren ze passéieren, wäerten d'Passagéier, déi probéieren, Plaz fir hir Bewegung ze maachen, mateneen kollidéieren an d'Mauere vun de Waggone treffen, wouduerch jiddereen op der Plaz festgehale gëtt. Wat méi Verrécklungen optrieden, wat méi schwéier et fir si ass, sech gläichzäiteg ze beweegen.
Et ass wichteg de minimale Grad vun der Deformatioun ze verstoen, déi néideg ass fir eng Rekristallisatioun auszeléisen. Wann de Metall awer net genuch Deformatiounsenergie huet, ier en erhëtzt gëtt, fënnt keng Rekristallisatioun statt an d'Käre wäerten einfach weider iwwer hir ursprénglech Gréisst eraus wuessen.
Mechanesch Eegeschafte kënnen duerch d'Kontroll vum Kärwuesstum ofgestëmmt ginn. Eng Kärgrenz ass am Fong eng Mauer vun Dislokatiounen. Si behënneren d'Bewegung.
Wann de Kärewuesstum limitéiert ass, gëtt eng méi grouss Zuel vu klenge Kären produzéiert. Dës méi kleng Kären gëllen als méi fein wat d'Kärestruktur ugeet. Méi Käregrenzen bedeiten manner Verrécklungsbewegung a méi héich Stäerkt.
Wann d'Kärewuesstum net limitéiert ass, gëtt d'Kärestruktur méi grob, d'Käre si méi grouss, d'Grenze si méi kleng an d'Festigkeet ass méi niddreg.
D'Käregréisst gëtt dacks als eng unitéitslos Zuel bezeechent, iergendwou tëscht 5 an 15. Dëst ass e relative Verhältnis a bezitt sech op den duerchschnëttleche Kärenduerchmiesser. Wat méi héich d'Zuel ass, wat méi fein d'Granulatitéit.
ASTM E112 beschreift Methoden fir d'Käregréisst ze moossen an ze evaluéieren. Et geet drëm, d'Quantitéit u Kären an enger bestëmmter Fläch ze zielen. Dëst gëtt normalerweis gemaach andeems en Querschnitt vum Réimaterial geschnidden, geschleeft a poléiert gëtt, an duerno mat Säure geätzt gëtt fir d'Partikelen fräizeleeën. D'Zielen gëtt ënner engem Mikroskop duerchgefouert, an d'Vergréisserung erlaabt eng adäquat Proufnahme vun de Kären. D'Zouweisung vun ASTM-Käregréisstzuelen weist e vernünftege Grad vun Uniformitéit an der Käreform an dem Duerchmiesser un. Et kann souguer virdeelhaft sinn, d'Variatioun an der Käregréisst op zwou oder dräi Punkten ze limitéieren, fir eng konsequent Leeschtung iwwer d'ganzt Werkstéck ze garantéieren.
Am Fall vun der Deformatiounshärtung hunn d'Festigkeit an d'Deuktilitéit eng ëmgedréint Relatioun. D'Relatioun tëscht der ASTM-Käregréisst an der Festigkeit ass normalerweis positiv a staark, am Allgemengen ass d'Dehnung ëmgedréint proportional zu der ASTM-Käregréisst. Wéi och ëmmer, exzessivt Kärewuesstum kann dozou féieren, datt "dout mëll" Materialien net méi effektiv deformatiounshärten.
D'Käregréisst gëtt dacks als eng unitéitslos Zuel bezeechent, iergendwou tëscht 5 an 15. Dëst ass e relative Verhältnis a bezitt sech op den duerchschnëttleche Kärenduerchmiesser. Wat méi héich den ASTM-Käregréisstwäert ass, wat méi Kären pro Flächeneenheet sinn.
D'Käregréisst vum geglühte Material variéiert mat Zäit, Temperatur a Killgeschwindegkeet. D'Glühung gëtt normalerweis tëscht der Rekristallisatiounstemperatur an dem Schmelzpunkt vun der Legierung duerchgefouert. De recommandéierte Glühtemperaturberäich fir d'austenitesch Edelstahllegierung 301 läit tëscht 1.900 an 2.050 Grad Fahrenheit. Et fänkt un ze schmëlzen bei ongeféier 2.550 Grad Fahrenheit. Am Géigesaz dozou soll kommerziell rengt Titan vum Grad 1 bei 1.292 Grad Fahrenheit geglüht ginn a bei ongeféier 3.000 Grad Fahrenheit schmëlzen.
Wärend dem Glühen konkurréiere sech d'Erhuelungs- an d'Rekristallisatiounsprozesser géigesäiteg, bis déi rekristalliséiert Kären all deforméiert Kären verbraucht hunn. D'Rekristallisatiounsquote variéiert mat der Temperatur. Soubal d'Rekristallisatioun ofgeschloss ass, iwwerhëlt d'Kärewuesstum. E Werkstéck aus Edelstol 301, dat eng Stonn bei 1.900°F geglüht gouf, huet eng méi fein Kärestruktur wéi datselwecht Werkstéck, dat fir déiselwecht Zäit bei 2.000°F geglüht gouf.
Wann d'Material net laang genuch am richtege Glühberäich gehale gëtt, kann déi resultéierend Struktur eng Kombinatioun vun alen an neie Kären sinn. Wann eenheetlech Eegeschafte am ganze Metall erwënscht sinn, soll de Glühprozess drop ausgeriicht sinn, eng eenheetlech gläichachseg Kärstruktur z'erreechen. Eenheetlech bedeit, datt all Kären ongeféier déiselwecht Gréisst hunn, an gläichachseg bedeit, datt se ongeféier déiselwecht Form hunn.
Fir eng eenheetlech a gläichméisseg Mikrostruktur ze kréien, soll all Werkstéck fir déiselwecht Zäit der selwechter Quantitéit un Hëtzt ausgesat sinn a mat der selwechter Geschwindegkeet ofkille. Dëst ass net ëmmer einfach oder méiglech beim Batch-Glühen, dofir ass et wichteg op d'mannst ze waarden, bis dat ganzt Werkstéck op der richteger Temperatur gesättigt ass, ier d'Wäichzäit berechent gëtt. Méi laang Wäichzäiten an héich Temperaturen féieren zu enger méi grauwe Kärstruktur/méi mëllen Material a vice-versa.
Wann d'Käregréisst an d'Festigkeet zesummenhänken, an d'Festigkeet bekannt ass, firwat soll een dann d'Käre berechnen, richteg? All destruktiv Tester hunn Variabilitéiten. Zuchtester, besonnesch bei méi klengen Déckten, hänken haaptsächlech vun der Proufvirbereedung of. Zuchtfestigkeitsresultater, déi net déi tatsächlech Materialeegeschafte representéieren, kënne virzäiteg futti goen.
Wann d'Eegeschafte net am ganze Werkstéck gläichméisseg sinn, erzielt d'Zuchprüfung oder d'Prouf vun enger Kant net onbedéngt déi ganz Geschicht. D'Virbereedung an d'Tester vun de Prouwe kënnen och zäitopwänneg sinn. Wéi vill Tester si fir e bestëmmte Metall méiglech, an a wéi vill Richtungen ass dat machbar? D'Evaluatioun vun der Kärenstruktur ass eng zousätzlech Versécherung géint Iwwerraschungen.
Anisotrop, isotrop. Anisotropie bezitt sech op d'Richtungswirkung vu mechanesche Eegeschaften. Nieft der Stäerkt kann d'Anisotropie besser verstanen ginn andeems d'Kärestruktur ënnersicht gëtt.
Eng eenheetlech a gläichachseg Kärestruktur soll isotrop sinn, dat heescht, si huet déiselwecht Eegeschaften an all Richtungen. Isotropie ass besonnesch wichteg bei Déifzéiprozesser, wou d'Konzentrizitéit entscheedend ass. Wann de Ronnstoff an d'Form gezunn gëtt, fléisst dat anisotropescht Material net eenheetlech, wat zu engem Defekt féiere kann, deen als Ouerung bezeechent gëtt. D'Ouerung entsteet do, wou den ieweschten Deel vun der Taass eng wellenförmeg Silhouette bildt. D'Untersuchung vun der Kärestruktur kann d'Lokalisatioun vun Inhomogenitéiten am Werkstéck opdecken an hëllefen, d'Ursaach ze diagnostizéieren.
E richtegt Glühen ass entscheedend fir d'Isotropie z'erreechen, awer et ass och wichteg, den Ausmooss vun der Deformatioun virum Glühen ze verstoen. Wann d'Material plastesch deforméiert, fänken d'Kären un ze deforméieren. Am Fall vun der Kaltwalzung, wou d'Dicke an d'Längt ëmgewandelt gëtt, verlängeren d'Kären sech an der Walzrichtung. Wann d'Aspektverhältnis vun de Kären sech ännert, ännert sech och d'Isotropie an déi allgemeng mechanesch Eegeschaften. Am Fall vu staark deforméierte Werkstécker kann eng gewëssen Orientéierung och nom Glühen erhale bleiwen. Dëst resultéiert an Anisotropie. Fir déifgezunn Materialien ass et heiansdo néideg, d'Ausmooss vun der Deformatioun virum leschte Glühen ze limitéieren, fir Verschleiung ze vermeiden.
Orangenschuel. D'Ophiewen ass net deen eenzege Déifzéihdefekt, deen mat der Matrize verbonnen ass. Orangenschuel trëtt op, wann Réimaterial mat ze groussen Partikelen gezunn ginn. All Kär deforméiert sech onofhängeg an als Funktioun vun senger Kristallorientéierung. Den Ënnerscheed an der Deformatioun tëscht benachbarte Kären resultéiert an engem texturéierten Ausgesinn ähnlech wéi Orangenschuel. Textur ass déi granulär Struktur, déi sech op der Uewerfläch vun der Taasswand weist.
Genau wéi d'Pixelen op engem Fernsehbildschierm, mat enger feinkäreger Struktur, ass den Ënnerscheed tëscht all Kär manner bemierkbar, wat d'Opléisung effektiv erhéicht. D'Spezifikatioun vun de mechaneschen Eegeschafte eleng ass vläicht net genuch fir eng genuch fein Kärgréisst ze garantéieren, fir den Orangenschueleffekt ze vermeiden. Wann d'Dimensiounsvariatioun vum Werkstéck manner wéi den 10-fach Kärdurchmesser ass, bestëmmen d'Eegeschafte vun den eenzelne Kären d'Formverhalen. Et deforméiert sech net gläichméisseg iwwer vill Kären, mee reflektéiert déi spezifesch Gréisst an Orientéierung vun all Kär. Dëst kann um Orangenschueleffekt op de Wänn vun den gezeechente Coupe gesi ginn.
Fir eng ASTM Käregréisst vun 8 ass den duerchschnëttleche Käreduerchmiesser 885 µin. Dëst bedeit, datt all Déckterreduktioun vun 0,00885 Zoll oder manner vun dësem Mikroformungseffekt beaflosst ka ginn.
Och wann grouss Kären déif Zéiproblemer verursaache kënnen, gi se heiansdo fir d'Dréckerei recommandéiert. Stämpfen ass e Verformungsprozess, bei deem e Blank kompriméiert gëtt, fir eng gewënscht Uewerflächentopographie ze vermëttelen, wéi zum Beispill e Véirel vun de Gesiichtskonturen vum George Washington. Am Géigesaz zum Drotzeechnen erfuerdert d'Stämpfen normalerweis net vill Materialfloss, awer vill Kraaft, déi d'Uewerfläch vum Blank just deforméiere kann.
Aus dësem Grond kann d'Minimiséierung vun der Uewerflächenflussstress duerch d'Benotzung vun enger méi gréisserer Kärenstruktur hëllefen, d'Kräften ze reduzéieren, déi fir eng korrekt Formfëllung erfuerderlech sinn. Dëst ass besonnesch wouer fir Fräidrécken, wou Verrécklungen op Uewerflächenkären fräi fléisse kënnen, anstatt sech op Kärengrenzen ze sammelen.
D'Trends, déi hei diskutéiert ginn, si Generaliséierungen, déi net onbedéngt op spezifesch Sektiounen zoutreffen. Si hunn awer d'Virdeeler vun der Miessung an der Standardiséierung vun der Käregréisst vum Rohmaterial beim Design vun neien Deeler ervirgehuewen, fir üblech Mängel ze vermeiden an d'Formparameter ze optimiséieren.
Hiersteller vu Präzisiounsmetallstanzmaschinnen a Déifzéimaschinnen op Metall fir hir Deeler ze formen, wäerten gutt mat Metallurgen op technesch qualifizéierte Präzisiounswalzer zesummeschaffen, déi hinnen hëllefe kënnen, Materialien bis op d'Kärnniveau ze optimiséieren. Wann metallurgesch an Ingenieursexperten op béide Säite vun der Bezéiung an engem Team integréiert sinn, kann dat en transformativen Impakt hunn a méi positiv Resultater produzéieren.
STAMPING Journal ass déi eenzeg Branchenzäitschrëft, déi sech dem Bedierfnes vum Metallprägsmaart widmet. Zënter 1989 behandelt d'Publikatioun déi modernst Technologien, Branchentrends, Best Practices an Neiegkeeten, fir Stämpelprofien ze hëllefen, hiert Geschäft méi effizient ze féieren.
Elo mat vollem Zougang zu der digitaler Editioun vum The FABRICATOR, einfachem Zougang zu wäertvollen Industrieressourcen.
Déi digital Editioun vum The Tube & Pipe Journal ass elo voll zougänglech a bitt einfachen Zougang zu wäertvolle Ressourcen aus der Industrie.
Genéisst vollen Zougang zu der digitaler Editioun vum STAMPING Journal, déi déi lescht technologesch Fortschrëtter, Best Practices an Industrienews fir de Metallprägsmaart ubitt.
Elo mat vollem Zougang zu der digitaler Editioun vum The Fabricator op Spuenesch, einfachem Zougang zu wäertvollen Industrieressourcen.