Privalumų galima gauti įgyjant įžvalgos apie vieną grūdėtumo struktūros sluoksnį, kuris kontroliuoja mechaninį nerūdijančio plieno elgesį.Getty Images
Nerūdijančio plieno ir aliuminio lydinių pasirinkimas paprastai yra sutelktas į stiprumą, plastiškumą, pailgėjimą ir kietumą. Šios savybės rodo, kaip metalo statybiniai blokai reaguoja į taikomas apkrovas. Jie yra veiksmingas žaliavų apribojimų valdymo indikatorius;tai yra kiek jis sulinks prieš sulūždamas.Žaliava turi atlaikyti formavimo procesą nesulūžusi.
Ardomasis tempimo ir kietumo bandymas yra patikimas ir ekonomiškas metodas mechaninėms savybėms nustatyti. Tačiau šie bandymai ne visada tokie patikimi, kai žaliavos storis pradeda riboti bandinio dydį. Žinoma, plokščių metalo gaminių tempimo bandymai vis dar yra naudingi, tačiau naudos galima gauti atidžiau pažvelgus į vieną grūdelių struktūros sluoksnį, kuris kontroliuoja jo mechaninį elgesį.
Metalai yra sudaryti iš mikroskopinių kristalų, vadinamų grūdeliais. Jie atsitiktinai pasiskirsto visame metale. Legiruojamųjų elementų, tokių kaip geležis, chromas, nikelis, manganas, silicis, anglis, azotas, fosforas ir siera, atomai austenitiniame nerūdijančiame pliene, yra vientiso metalo kristalinio tirpalo dalis. per jų bendrus elektronus.
Lydinio cheminė sudėtis lemia termodinamiškai pageidaujamą atomų išsidėstymą grūdeliuose, vadinamą kristalų struktūra. Vienarūšės metalo dalys, turinčios pasikartojančią kristalų struktūrą, sudaro vieną ar daugiau grūdelių, vadinamų fazėmis. Lydinio mechaninės savybės priklauso nuo lydinio kristalų struktūros. Tas pats pasakytina apie kiekvienos fazės grūdelių dydį ir išsidėstymą.
Dauguma žmonių yra susipažinę su vandens etapais.Kai skystas vanduo užšąla, jis tampa kietu ledu.Tačiau kalbant apie metalus, nėra tik vienos kietos fazės.Kai kurios lydinių šeimos pavadintos pagal jų fazes.Tarp nerūdijančio plieno 300 serijos austenitinius lydinius daugiausia sudaro austenitas, kai atkaitinamas. 410 ir 420 nerūdijančio plieno lydinių aikštelė.
Tas pats pasakytina ir apie titano lydinius. Kiekvienos lydinių grupės pavadinimas nurodo jų vyraujančią fazę kambario temperatūroje – alfa, beta arba abiejų mišinys. Yra alfa, beveik alfa, alfa beta, beta ir beveik beta lydiniai.
Kai skystasis metalas kietėja, termodinamiškai pageidaujamos fazės kietosios dalelės nusodins ten, kur leidžia slėgis, temperatūra ir cheminė sudėtis. Paprastai tai atsitinka sąsajose, pavyzdžiui, ledo kristalai šilto tvenkinio paviršiuje šaltą dieną. Kai grūdeliai susiformuoja, kristalų struktūra auga viena kryptimi, kol susiduriama su kitu grūdeliu. Grūdelių ribos susidaro skirtingose ​​kristalų struktūros susikirtimo vietose. krūva skirtingų dydžių Rubiko kubelių dėžutėje.Kiekvienas kubas turi kvadratinį tinklelį, bet jie visi bus išdėstyti skirtingomis atsitiktinėmis kryptimis.Visiškai sukietėjęs metalinis ruošinys susideda iš tariamai atsitiktinai orientuotų grūdelių.
Bet kuriuo atveju, kai susidaro grūdeliai, gali atsirasti linijos defektų. Dėl šių defektų trūksta kristalinės struktūros dalių, vadinamų dislokacijomis. Šie išnirimai ir tolesnis jų judėjimas per grūdelį ir per grūdelių ribas yra esminiai metalo plastiškumas.
Sumontuojamas, šlifuojamas, poliruojamas ir išgraviruotas ruošinio skerspjūvis, kad būtų galima pamatyti grūdelių struktūrą. Kai yra vienodos ir lygiagrečios, optiniame mikroskopu stebimos mikrostruktūros atrodo kaip dėlionė. Realybėje grūdeliai yra trimačiai, o kiekvieno grūdelio skerspjūvis skirsis priklausomai nuo ruošinio skerspjūvio orientacijos.
Kai kristalinė struktūra užpildyta visais savo atomais, nėra vietos judėti, išskyrus atominių ryšių tempimą.
Kai pašalinate pusę atomų eilės, sukuriate galimybę kitai atomų eilui nuslysti į tą padėtį, efektyviai perkeliant dislokaciją. Kai ruošinį veikia jėga, bendras išnirimų judėjimas mikrostruktūroje leidžia jam sulenkti, ištempti ar suspausti nesulaužant ir nesulaužant.
Jėgai veikiant metalo lydinį, sistema padidina energiją. Jei pridedama pakankamai energijos, kad susidarytų plastinė deformacija, gardelė deformuojasi ir susidaro nauji išnirimai. Atrodo logiška, kad tai turėtų padidinti plastiškumą, nes atlaisvina daugiau vietos ir taip sukuriamas potencialas didesniam išnirimo judėjimui. Tačiau susidūrus dislokacijoms jie gali vienas kitą pritvirtinti.
Didėjant išnirimų skaičiui ir koncentracijai, vis daugiau išnirimų sujungiami, o tai sumažina plastiškumą.Galų gale atsiranda tiek daug išnirimų, kad šaltasis formavimas nebeįmanomas. Kadangi esami smeigimo išnirimai nebegali judėti, gardelėse esančios atominės jungtys tęsiasi tol, kol nutrūksta arba nutrūksta. Štai kodėl metalo lydiniai sukietėja, o metalo lūžimo ribojimas gali būti nedidelis.
Grūdai taip pat atlieka svarbų vaidmenį atkaitinimo metu. Grūdinant grūdintą medžiagą iš esmės atkuriama mikrostruktūra ir taip atkuriamas lankstumas. Atkaitinimo proceso metu grūdeliai transformuojami trimis etapais:
Įsivaizduokite žmogų, einantį per sausakimšą traukinio vagoną. Minią galima suspausti tik paliekant tarpus tarp eilių, tarsi išnirimus grotelėje. Jiems eidami į priekį, už jų esantys žmonės užpildė tuštumą, kurią paliko, o priekyje sukūrė naują erdvę. Pasiekus kitą vagono galą, keleivių išdėstymas pasikeičia ir keleivių išdėstymas pasikeis, o vieną kartą per daug žmonių bandys susidurti su savo judėjimu. traukinių vagonus, prisegdami visus į vietas.Kuo daugiau atsiranda išnirimų, tuo sunkiau jiems judėti vienu metu.
Svarbu suprasti minimalų deformacijos lygį, reikalingą rekristalizacijai sukelti. Tačiau, jei metalas neturi pakankamai deformacijos energijos prieš kaitinant, perkristalizacija neįvyks ir grūdeliai tiesiog toliau didės virš savo pradinio dydžio.
Mechanines savybes galima sureguliuoti kontroliuojant grūdų augimą. Grūdų riba iš esmės yra išnirimų siena. Jie trukdo judėti.
Jei grūdų augimas ribojamas, susidaro didesnis skaičius smulkių grūdelių. Šie smulkesni grūdeliai laikomi smulkesniais pagal grūdelių struktūrą. Daugiau grūdų ribų reiškia mažesnį dislokacijos judesį ir didesnį stiprumą.
Jei grūdų augimas neribojamas, grūdų struktūra tampa stambesnė, grūdai didesni, ribos mažesnės, stiprumas mažesnis.
Grūdelių dydis dažnai vadinamas skaičiumi be vienetų, kažkur tarp 5 ir 15. Tai yra santykinis santykis ir yra susijęs su vidutiniu grūdelių skersmeniu. Kuo didesnis skaičius, tuo smulkesnis.
ASTM E112 aprašomi grūdelių dydžio matavimo ir įvertinimo metodai. Tai apima grūdų kiekio tam tikroje srityje skaičiavimą. Paprastai tai atliekama nupjaunant žaliavos skerspjūvį, šlifuojant ir poliruojant, o po to išgraviruojant rūgštimi, kad būtų matomos dalelės. Skaičiavimas atliekamas mikroskopu, o ASTM padidinimas leidžia pasiekti tinkamą dydį. Vienodo grūdelių forma ir skersmuo. Gali būti netgi naudinga apriboti grūdelių dydžio svyravimus iki dviejų ar trijų taškų, kad būtų užtikrintas vienodas ruošinio veikimas.
Darbinio grūdinimo atveju stiprumas ir plastiškumas turi atvirkštinį ryšį. Ryšys tarp ASTM grūdelių dydžio ir stiprumo paprastai yra teigiamas ir stiprus, paprastai pailgėjimas yra atvirkščiai susijęs su ASTM grūdelių dydžiu. Tačiau dėl per didelio grūdelių augimo „negyvos minkštos“ medžiagos gali nebeveiksmingai sukietėti.
Grūdelių dydis dažnai vadinamas skaičiumi be vienetų, kažkur tarp 5 ir 15. Tai santykinis santykis ir yra susijęs su vidutiniu grūdelių skersmeniu. Kuo didesnė ASTM grūdelių dydžio vertė, tuo daugiau grūdų ploto vienete.
Atkaitintos medžiagos grūdelių dydis kinta priklausomai nuo laiko, temperatūros ir aušinimo greičio. Atkaitinimas paprastai atliekamas tarp rekristalizavimo temperatūros ir lydinio lydymosi temperatūros. Rekomenduojamas austenitinio nerūdijančio plieno lydinio 301 atkaitinimo temperatūros diapazonas yra nuo 1 900 iki 2 050 laipsnių Fahrenheito laipsnio. 1 titanas turi būti atkaitintas 1 292 laipsnių pagal Farenheitą ir ištirps maždaug 3 000 laipsnių pagal Farenheitą.
Atkaitinimo metu regeneravimo ir perkristalizavimo procesai konkuruoja tarpusavyje, kol perkristalizuoti grūdeliai sunaudoja visus deformuotus grūdus. Perkristalizavimo greitis kinta priklausomai nuo temperatūros. Pasibaigus rekristalizacijai, grūdų augimas pradeda viršų. 301 nerūdijančio plieno ruošinys, atkaitintas 1 900 °F temperatūroje per vieną valandą, turės tikslią struktūrą. tuo pačiu metu.
Jei medžiaga pakankamai ilgai nelaikoma tinkamo atkaitinimo diapazone, gauta struktūra gali būti senų ir naujų grūdelių derinys. Jei norima vienodų viso metalo savybių, atkaitinimo procese turėtų būti siekiama vienodos lygiagretės grūdelių struktūros. Vienoda reiškia, kad visi grūdeliai yra maždaug tokio paties dydžio, o lygiagrečiai reiškia, kad jie yra maždaug vienodos formos.
Norint gauti vienodą ir vienodą mikrostruktūrą, kiekvienas ruošinys turi būti veikiamas vienodu šilumos kiekiu tiek pat laiko ir turi aušti tokiu pat greičiu. Tai ne visada lengva arba įmanoma naudojant partijos atkaitinimą, todėl prieš skaičiuojant mirkymo trukmę svarbu bent palaukti, kol visas ruošinys bus prisotintas atitinkamoje temperatūroje. Dėl ilgesnio mirkymo trukmės ir aukštesnės medžiagos struktūros sustiprės ir (arba) aukštesnė temperatūra.
Jei grūdelių dydis ir stiprumas yra susiję, o stiprumas žinomas, kam skaičiuoti grūdelius, tiesa?Visi ardomieji bandymai skiriasi. Tempimo bandymai, ypač esant mažesniam storiui, labai priklauso nuo mėginio paruošimo. Tempimo stiprumo rezultatai, kurie neatspindi tikrosios medžiagos savybių, gali per anksti sugesti.
Jei visos ruošinio savybės nėra vienodos, paėmus tempimo bandinį arba mėginį iš vienos briaunos, viskas gali neatpasakoti. Mėginio paruošimas ir bandymas taip pat gali užtrukti. Kiek galima atlikti tam tikro metalo bandymus ir kokiomis kryptimis tai įmanoma? Grūdelių struktūros įvertinimas yra papildoma apsauga nuo netikėtumų.
Anizotropinis, izotropinis.Anizotropija reiškia mechaninių savybių kryptingumą.Be stiprumo, anizotropiją galima geriau suprasti ištyrus grūdelių struktūrą.
Vienoda ir vienoda grūdelių struktūra turi būti izotropinė, o tai reiškia, kad ji turi tas pačias savybes visomis kryptimis. Izotropija ypač svarbi giluminio tempimo procesuose, kur labai svarbus koncentriškumas. Kai ruošinys įtraukiamas į formą, anizotropinė medžiaga netekės tolygiai, todėl gali susidaryti defektas, vadinamas auskaru. Auskaras atsiranda ten, kur viršutinė kaušelio dalis gali atsiskleisti. ruošinio homogeniškumą ir padeda diagnozuoti pagrindinę priežastį.
Tinkamas atkaitinimas yra labai svarbus norint pasiekti izotropiją, tačiau prieš atkaitinimą taip pat svarbu suprasti deformacijos mastą. Medžiagai plastiškai deformuojantis, grūdeliai pradeda deformuotis. Šaltojo valcavimo atveju, paverčiant storį į ilgį, grūdeliai pailgės valcavimo kryptimi. Keičiantis mechaninių grūdelių kraštinių santykiui, keičiasi ir bendras grūdelių charakteristikos. gali išlikti net po atkaitinimo. Dėl to atsiranda anizotropija. Giliai temptoms medžiagoms kartais reikia apriboti deformacijos dydį prieš galutinį atkaitinimą, kad būtų išvengta susidėvėjimo.
apelsino žievelė.Paėmimas nėra vienintelis giluminio tempimo defektas, susijęs su štampu.Apelsino žievelė atsiranda, kai traukiamos žaliavos su per stambiomis dalelėmis.Kiekvienas grūdelis deformuojasi nepriklausomai ir priklausomai nuo jo kristalų orientacijos.Dideliodamas gretimų grūdelių deformacijų skirtumus, susidaro tekstūra, panaši į apelsino žievelę.Ant puoduko sienelės struktūra yra granuliuota.
Lygiai taip pat, kaip ir televizoriaus ekrano pikseliai, kurių struktūra yra smulkiagrūdė, skirtumas tarp kiekvieno grūdelio bus mažiau pastebimas, efektyviai padidindamas skiriamąją gebą. Vien mechaninių savybių nurodymo gali nepakakti, kad būtų užtikrintas pakankamai smulkus grūdelių dydis, kad būtų išvengta apelsino žievelės efekto. Kai ruošinio dydžio pokytis yra mažesnis nei 10 kartų didesnis už grūdelių skersmenį, atskirų grūdelių ypatybės deformuojasi, o konkretus grūdelių dydis nepersistengs. kiekvieno grūdo buvimas.Tai matyti iš apelsino žievelės efekto ant nupieštų puodelių sienelių.
Kai ASTM grūdelių dydis yra 8, vidutinis grūdelių skersmuo yra 885 µin. Tai reiškia, kad šis mikroformavimo efektas gali turėti įtakos bet kokiam storio sumažėjimui 0,00885 colio arba mažesniu.
Nors stambūs grūdeliai gali sukelti gilių tempimo problemų, kartais rekomenduojama juos įspausti. Štampavimas yra deformacijos procesas, kurio metu ruošinys suspaudžiamas, kad būtų suteikta norima paviršiaus topografija, pvz., ketvirtadalis George'o Washingtono veido kontūrų. Skirtingai nuo vielos tempimo, štampavimas paprastai neapima didelio masės medžiagų srauto, tačiau tam reikia daug jėgos, o tai gali tiesiog deformuoti ruošinio paviršių.
Dėl šios priežasties paviršiaus srauto įtempių sumažinimas naudojant stambesnę grūdelių struktūrą gali padėti sumažinti jėgas, reikalingas tinkamam pelėsių užpildymui. Tai ypač pasakytina apie laisvų formų įspaudą, kai paviršiaus grūdelių išnirimai gali laisvai tekėti, o ne kauptis ties grūdelių ribomis.
Čia aptariamos tendencijos yra apibendrinimai, kurie gali būti netaikomi konkrečioms sekcijoms. Tačiau jos išryškino žaliavos dalelių dydžio matavimo ir standartizavimo naudą kuriant naujas dalis, kad būtų išvengta įprastų spąstų ir optimizuojami liejimo parametrai.
Tiksliųjų metalo štampavimo staklių ir metalo giluminio tempimo operacijų, formuojančių jų dalis, gamintojai puikiai dirbs su metalurgais su techniškai kvalifikuotais preciziškais pervoliniais, kurie gali padėti optimizuoti medžiagas iki grūdėtumo. Kai abiejų santykių pusių metalurgijos ir inžinerijos ekspertai yra integruoti į vieną komandą, tai gali turėti teigiamą transformacinį poveikį ir pasiekti daugiau.
STAMPING Journal yra vienintelis pramonės žurnalas, skirtas metalo štampavimo rinkos poreikiams tenkinti. Nuo 1989 m. leidinys apima pažangiausias technologijas, pramonės tendencijas, geriausią praktiką ir naujienas, padedančias štampavimo specialistams efektyviau vykdyti savo verslą.
Dabar su visa prieiga prie skaitmeninio The FABRICATOR leidimo, lengva prieiga prie vertingų pramonės išteklių.
Skaitmeninis „The Tube & Pipe Journal“ leidimas dabar yra visiškai prieinamas ir suteikia lengvą prieigą prie vertingų pramonės išteklių.
Mėgaukitės visapusiška prieiga prie skaitmeninio STAMPING Journal leidimo, kuriame pateikiami naujausi technologiniai pasiekimai, geriausia praktika ir pramonės naujienos metalo štampavimo rinkai.
Dabar su visa prieiga prie skaitmeninio „The Fabricator en Español“ leidimo, lengva prieiga prie vertingų pramonės išteklių.