Ieguvumus var gūt, gūstot ieskatu vienā graudu struktūras slānī, kas kontrolē nerūsējošā tērauda mehānisko darbību.Getty Images
Nerūsējošā tērauda un alumīnija sakausējumu izvēle parasti ir vērsta uz stiprību, elastību, pagarinājumu un cietību. Šīs īpašības norāda, kā metāla celtniecības bloki reaģē uz pieliktajām slodzēm. Tie ir efektīvs indikators izejmateriālu ierobežojumu pārvaldībai;tas ir, cik ļoti tas izlocīsies pirms plīšanas.Izejmateriālam jāspēj izturēt formēšanas procesu, nesalaužot.
Destruktīvā stiepes un cietības pārbaude ir uzticama, rentabla metode mehānisko īpašību noteikšanai. Tomēr šie testi ne vienmēr ir tik uzticami, kad izejmateriāla biezums sāk ierobežot testa parauga izmēru. Plakanu metāla izstrādājumu stiepes pārbaude, protams, joprojām ir noderīga, taču priekšrocības var gūt, dziļāk aplūkojot vienu graudu struktūras slāni, kas kontrolē tā mehānisko darbību.
Metālus veido virkne mikroskopisku kristālu, ko sauc par graudiņiem. Tie ir nejauši sadalīti pa visu metālu. Leģējošu elementu atomi, piemēram, dzelzs, hroms, niķelis, mangāns, silīcijs, ogleklis, slāpeklis, fosfors un sērs austenīta nerūsējošajos tēraudos, ir daļa no cieta metāla kristāla šķīduma, kas ir bonīna joni. caur viņu kopīgajiem elektroniem.
Sakausējuma ķīmiskais sastāvs nosaka termodinamiski vēlamo atomu izvietojumu graudos, ko sauc par kristāla struktūru. Viendabīgas metāla daļas, kurās ir atkārtota kristāla struktūra, veido vienu vai vairākus graudus, ko sauc par fāzēm. Sakausējuma mehāniskās īpašības ir atkarīgas no sakausējuma kristāla struktūras. Tas pats attiecas uz katras fāzes graudu lielumu un izvietojumu.
Lielākajai daļai cilvēku ir zināmas ūdens stadijas.Kad šķidrs ūdens sasalst, tas kļūst par cietu ledu.Tomēr, runājot par metāliem, nav tikai viena cietā fāze.Dažas sakausējumu grupas ir nosauktas pēc to fāzēm.Starp nerūsējošajiem tēraudiem austenīta 300. sērijas sakausējumi galvenokārt sastāv no austenīta, kad tos atkvēlina. vieta 410 un 420 nerūsējošā tērauda sakausējumos.
Tas pats attiecas uz titāna sakausējumiem. Katras sakausējumu grupas nosaukums norāda to dominējošo fāzi istabas temperatūrā – alfa, beta vai abu maisījumu. Ir alfa, gandrīz alfa, alfa-beta, beta un gandrīz beta sakausējumi.
Kad šķidrais metāls sastingst, termodinamiski vēlamās fāzes cietās daļiņas izgulsnējas tur, kur to atļauj spiediens, temperatūra un ķīmiskais sastāvs. Tas parasti notiek saskarnēs, piemēram, ledus kristāli uz silta dīķa virsmas aukstā dienā. Kad graudi saliek kodolu, kristāla struktūra aug vienā virzienā, līdz tiek sastapts cits graudiņš. Graudu robežas veidojas krustošanās krustojumā ar atšķirīgām kristālu struktūrām. ķekars dažāda lieluma Rubika kubu kastītē.Katram kubam ir kvadrātveida režģa izkārtojums, taču tie visi būs izvietoti dažādos nejaušos virzienos.Pilnībā sacietējusi metāla sagatave sastāv no virknes šķietami nejauši orientētu graudu.
Ikreiz, kad veidojas grauds, pastāv līnijas defektu iespējamība. Šiem defektiem trūkst kristāla struktūras daļu, ko sauc par dislokācijām. Šie izmežģījumi un to turpmākā kustība pa graudiem un pāri graudu robežām ir būtiska metāla elastībai.
Apstrādājamā priekšmeta šķērsgriezums ir uzstādīts, slīpēts, pulēts un iegravēts, lai apskatītu graudu struktūru.Kad tas ir vienāds un vienāds, optiskā mikroskopā novērotās mikrostruktūras nedaudz atgādina puzli. Patiesībā graudi ir trīsdimensiju, un katra grauda šķērsgriezums mainīsies atkarībā no sagataves šķērsgriezuma orientācijas.
Kad kristāla struktūra ir piepildīta ar visiem tās atomiem, nav vietas kustībai, izņemot atomu saišu stiepšanu.
Noņemot pusi no atomu rindas, jūs radāt iespēju citai atomu rindai ieslīdēt šajā pozīcijā, efektīvi pārvietojot dislokāciju. Kad sagatavei tiek pielikts spēks, mikrostruktūras dislokāciju kopējā kustība ļauj tai saliekties, izstiepties vai saspiesties, nesalaužot vai nesalaužot.
Spēkam iedarbojoties uz metāla sakausējumu, sistēma palielina enerģiju. Ja tiek pievienots pietiekami daudz enerģijas, lai izraisītu plastisku deformāciju, režģis deformējas un veidojas jauni izmežģījumi. Šķiet loģiski, ka tam vajadzētu palielināt elastību, jo tas atbrīvo vairāk vietas un tādējādi rada lielāku dislokācijas kustību potenciālu. Taču, kad dislokācijas saduras, tās var salabot viena otru.
Palielinoties izmežģījumu skaitam un koncentrācijai, arvien vairāk izmežģījumu tiek sasprausti kopā, samazinot elastību. Galu galā parādās tik daudz mežģījumu, ka aukstā formēšana vairs nav iespējama. Tā kā esošās saspiešanas dislokācijas vairs nevar kustēties, atomu saites režģī stiepjas, līdz tās pārtrūkst vai pārtrūkst. Tāpēc metālu sakausējumi sacietē, un pirms tam var būt plastmasas deformācijas ierobežojums.
Graudi arī spēlē svarīgu lomu atkausēšanā. Rūdīta materiāla atkausēšana būtiski atiestata mikrostruktūru un tādējādi atjauno elastību. Atkausēšanas procesā graudi tiek pārveidoti trīs posmos:
Iedomājieties cilvēku, kurš iet cauri pārpildītam vilciena vagonam.Pūļus var izspiest, tikai atstājot starp rindām spraugas, piemēram, izmežģījumus režģī.Viņiem ejot uz priekšu, cilvēki aiz viņiem aizpildīja tukšumu, ko viņi atstāja, kamēr viņi izveidoja jaunu telpu priekšā. Kad viņi sasniedz vagona otru galu, pasažieru izvietojums mainās ar to, ka katrs pasažieri mēģina sadurties ar kustību. vilcienu vagonus, nospraužot visus savās vietās.Jo vairāk izmežģījumu parādās, jo grūtāk tiem vienlaikus pārvietoties.
Ir svarīgi saprast minimālo deformācijas līmeni, kas nepieciešams, lai izraisītu pārkristalizāciju. Tomēr, ja metālam nav pietiekami daudz deformācijas enerģijas pirms uzkarsēšanas, pārkristalizācija nenotiks un graudi vienkārši turpinās augt, pārsniedzot to sākotnējo izmēru.
Mehāniskās īpašības var regulēt, kontrolējot graudu augšanu. Graudu robeža būtībā ir izmežģījumu siena. Tās kavē kustību.
Ja graudu augšana ir ierobežota, tiks ražots lielāks skaits mazu graudu. Šie mazākie graudi tiek uzskatīti par smalkākiem graudu struktūras ziņā. Vairāk graudu robežu nozīmē mazāku dislokācijas kustību un lielāku izturību.
Ja graudu augšana netiek ierobežota, graudu struktūra kļūst rupjāka, graudi ir lielāki, robežas ir mazākas un stiprība ir mazāka.
Graudu lielumu bieži dēvē par bezvienību skaitli, kas ir no 5 līdz 15. Tā ir relatīva attiecība un ir saistīta ar vidējo graudu diametru. Jo lielāks skaitlis, jo smalkāka ir granularitāte.
ASTM E112 ir izklāstītas graudu izmēra mērīšanas un novērtēšanas metodes.Tas ietver graudu daudzuma skaitīšanu noteiktā apgabalā.To parasti veic, izgriežot izejmateriāla šķērsgriezumu, to slīpējot un pulējot un pēc tam kodinot ar skābi, lai atklātu daļiņas. Skaitīšana tiek veikta mikroskopā, un ASTM palielinājums nodrošina atbilstošu skaitļu līmeni. graudu formas un diametra viendabīgums. Var būt pat izdevīgi ierobežot graudu lieluma atšķirības līdz diviem vai trim punktiem, lai nodrošinātu konsekventu veiktspēju visā sagatavē.
Darba sacietēšanas gadījumā izturībai un lokanībai ir apgriezta attiecība. Attiecības starp ASTM graudu lielumu un stiprību mēdz būt pozitīvas un spēcīgas, parasti pagarinājums ir apgriezti saistīts ar ASTM graudu izmēru. Tomēr pārmērīga graudu augšana var izraisīt "miruši mīksto" materiālu sacietēšanu vairs efektīvi.
Graudu lielumu bieži dēvē par bezvienību skaitli, kas ir no 5 līdz 15. Tā ir relatīva attiecība un ir saistīta ar vidējo graudu diametru. Jo augstāka ir ASTM graudu izmēra vērtība, jo vairāk graudu uz laukuma vienību.
Atkvēlinātā materiāla graudu izmērs mainās atkarībā no laika, temperatūras un dzesēšanas ātruma. Atkvēlināšana parasti tiek veikta starp pārkristalizācijas temperatūru un sakausējuma kušanas temperatūru. Austenīta nerūsējošā tērauda sakausējuma 301 ieteicamais atkausēšanas temperatūras diapazons ir no 1900 līdz 2050 grādiem pēc Fārenheita.Tas sāksies 5 fārenheita pakāpe. 1 titāns ir jāatkausē 1292 grādos pēc Fārenheita un jāizkausē aptuveni 3000 grādos pēc Fārenheita.
Atkvēlināšanas laikā reģenerācijas un pārkristalizācijas procesi sacenšas savā starpā, līdz pārkristalizētie graudi patērē visus deformētos graudus. Pārkristalizācijas ātrums mainās atkarībā no temperatūras. Kad pārkristalizācija ir pabeigta, graudu augšana pārņem. 301 nerūsējošā tērauda sagatavei, kas atkvēlināta 1900 °F temperatūrā vienā stundā, būs smalkāka struktūra. tajā pašā laikā.
Ja materiāls netiek turēts pareizajā atlaidināšanas diapazonā pietiekami ilgi, iegūtā struktūra var būt vecu un jaunu graudu kombinācija. Ja visā metālam ir vēlamas vienādas īpašības, atkausēšanas procesa mērķis ir panākt vienmērīgu līdzsvarotu graudu struktūru. Vienots nozīmē, ka visi graudi ir aptuveni vienāda izmēra, un vienāds nozīmē, ka tiem ir aptuveni vienāda forma.
Lai iegūtu viendabīgu un līdzsvarotu mikrostruktūru, katra apstrādājamā detaļa ir jāpakļauj vienādam siltuma daudzumam vienādu laiku un jāatdzesē ar tādu pašu ātrumu. Tas ne vienmēr ir viegli vai iespējams ar pakešu atkausēšanu, tāpēc ir svarīgi vismaz pagaidīt, līdz visa apstrādājamā detaļa ir piesātināta atbilstošā temperatūrā, pirms tiek aprēķināts uzsūkšanās laiks. Ilgāki uzsūkšanās laiki un augstāka materiāla struktūra radīs pretēju/augstāku temperatūru.
Ja graudu lielums un izturība ir saistīti un stiprība ir zināma, kāpēc jāaprēķina graudi, vai ne?Visiem destruktīvajiem testiem ir mainīgums. Stiepes pārbaude, jo īpaši mazākā biezumā, lielā mērā ir atkarīga no parauga sagatavošanas. Stiepes izturības rezultāti, kas neatspoguļo faktiskās materiāla īpašības, var izraisīt priekšlaicīgu bojājumu.
Ja īpašības nav vienādas visā apstrādājamā detaļā, stiepes testa parauga vai parauga ņemšana no vienas malas var neatstāstīt visu. Parauga sagatavošana un pārbaude var būt arī laikietilpīga. Cik daudz testu ir iespējams veikt konkrētam metālam un cik virzienos tas ir iespējams? Graudu struktūras novērtēšana ir papildu apdrošināšana pret pārsteigumiem.
Anizotrops, izotrops.Anizotropija attiecas uz mehānisko īpašību virzienu.Papildus stiprībai anizotropiju var labāk izprast, pārbaudot graudu struktūru.
Viendabīgai un līdzsvarotai graudu struktūrai jābūt izotropai, kas nozīmē, ka tai ir vienādas īpašības visos virzienos. Izotropija ir īpaši svarīga dziļās vilkšanas procesos, kur koncentriskums ir kritisks. Kad sagatave tiek ievilkta veidnē, anizotropais materiāls neplūst vienmērīgi, kas var novest pie defekta, ko sauc par graudu. sagataves viendabīgumu un palīdz diagnosticēt galveno cēloni.
Pareiza atkausēšana ir ļoti svarīga, lai panāktu izotropiju, taču ir svarīgi arī izprast deformācijas pakāpi pirms atkausēšanas. Materiālam plastiski deformējoties, graudi sāk deformēties. Aukstās velmēšanas gadījumā, pārvēršot biezumu garumā, graudi izstiepsies velmēšanas virzienā. Mainoties mehāniskā darba īpašību daļai, mainās graudu malu attiecība, deformācijas gadījumā mainās arī kopējās īpašības. Tas var saglabāties pat pēc atkausēšanas.Tā rezultātā rodas anizotropija. Dziļi stieptiem materiāliem dažreiz ir jāierobežo deformācijas apjoms pirms galīgās atkausēšanas, lai izvairītos no nodiluma.
apelsīna miza.Uzņemšana nav vienīgais dziļi ievelkams defekts, kas saistīts ar matricu.Apelsīna miza rodas, ja tiek izvilktas izejvielas ar pārāk rupjām daļiņām.Katrs graudiņš deformējas neatkarīgi un atkarībā no tā kristāla orientācijas.Deformācijas atšķirības starp blakus esošajiem graudiem rada teksturētu izskatu, kas ir līdzīgs apelsīna mizai.Tasa struktūras struktūra ir granulēta uz kausa virsmas.
Tāpat kā pikseļi televizora ekrānā ar smalkgraudainu struktūru, atšķirība starp katru graudiņu būs mazāk pamanāma, efektīvi palielinot izšķirtspēju. Ar mehānisko īpašību norādīšanu vien var nepietikt, lai nodrošinātu pietiekami smalku graudu izmēru, lai novērstu apelsīna miziņas efektu. Ja sagataves izmēra izmaiņas ir mazākas par 10 reizēm par graudu diametru, atsevišķu graudu īpašību veidošanās deformācija ir vienāda ar lielumu. katra grauda.To var redzēt no apelsīna mizas efekta uz zīmēto krūzīšu sieniņām.
ASTM graudu izmēram 8 vidējais graudu diametrs ir 885 µin. Tas nozīmē, ka šis mikroformēšanas efekts var ietekmēt jebkuru biezuma samazinājumu par 0,00885 collām vai mazāk.
Lai gan rupji graudi var radīt dziļas vilkšanas problēmas, tos dažkārt ieteicams izmantot apdrukai. Zīmogošana ir deformācijas process, kurā sagatave tiek saspiesta, lai iegūtu vēlamo virsmas topogrāfiju, piemēram, ceturtdaļu no Džordža Vašingtona sejas kontūrām. Atšķirībā no stieples vilkšanas, štancēšana parasti nav saistīta ar lielu materiāla plūsmu, taču tai ir nepieciešams liels spēks, kas var deformēt tukšo virsmu.
Šā iemesla dēļ virsmas plūsmas spriedzes samazināšana, izmantojot rupjāku graudu struktūru, var palīdzēt mazināt spēkus, kas nepieciešami pareizai veidņu aizpildīšanai. Tas jo īpaši attiecas uz brīvo nospiedumu iespiedumu, kad virsmas graudu izmežģījumi var brīvi plūst, nevis uzkrāties pie graudu robežām.
Šeit aplūkotās tendences ir vispārinājumi, kas var neattiekties uz konkrētām sadaļām. Tomēr tās izcēla priekšrocības, ko sniedz izejmateriālu daļiņu izmēra mērīšana un standartizēšana, izstrādājot jaunas detaļas, lai izvairītos no izplatītām kļūmēm un optimizētu liešanas parametrus.
Precīzijas metāla štancēšanas iekārtu un metāla dziļvilkšanas operāciju ražotāji, lai veidotu savas detaļas, lieliski sadarbosies ar metalurgiem, kas izmanto tehniski kvalificētus precīzās pārvelcējus, kas var palīdzēt optimizēt materiālus līdz graudu līmenim. Kad metalurģijas un inženierzinātņu eksperti no abām attiecību pusēm tiek integrēti vienā komandā, tam var būt pozitīva pārveidojoša ietekme un radīts vēl vairāk.
STAMPING Journal ir vienīgais nozares žurnāls, kas veltīts metāla štancēšanas tirgus vajadzību apmierināšanai. Kopš 1989. gada izdevums aptver jaunākās tehnoloģijas, nozares tendences, labāko praksi un jaunumus, lai palīdzētu štancēšanas profesionāļiem efektīvāk vadīt savu biznesu.
Tagad ar pilnu piekļuvi The FABRICATOR digitālajam izdevumam, viegla piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.
The Tube & Pipe Journal digitālais izdevums tagad ir pilnībā pieejams, nodrošinot vieglu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Izbaudiet pilnīgu piekļuvi STAMPING Journal digitālajam izdevumam, kas nodrošina jaunākos tehnoloģiskos sasniegumus, labāko praksi un nozares jaunumus metāla štancēšanas tirgum.
Tagad ar pilnu piekļuvi The Fabricator en Español digitālajam izdevumam, viegla piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.