Придобивките може да се добијат со стекнување увид во еден слој од структурата на зрната што го контролира механичкото однесување на не'рѓосувачки челик. Getty Images
Изборот на нерѓосувачки челик и легури на алуминиум генерално се фокусира на цврстина, еластичност, издолжување и цврстина. Овие својства покажуваат како градежните блокови на металот реагираат на применетите оптоварувања. Тие се ефективен показател за управување со ограничувањата на суровините;односно колку ќе се свитка пред да се скрши.Суровината мора да може да го издржи процесот на обликување без да се скрши.
Деструктивното тестирање на истегнување и цврстина е сигурен, рентабилен метод за одредување на механичките својства. Сепак, овие тестови не се секогаш толку сигурни штом дебелината на суровината ќе почне да ја ограничува големината на примерокот за тестирање.
Металите се составени од низа микроскопски кристали наречени зрна. Тие се случајно распоредени низ металот. кристална решетка низ нивните заеднички електрони.
Хемискиот состав на легурата го одредува термодинамички претпочитаниот распоред на атомите во зрната, познат како кристалната структура. Хомогените делови од металот што содржат повторувачка кристална структура формираат едно или повеќе зрна наречени фази. Механичките својства на легурата се функција на кристалната структура во легурата. Истото важи и за големината и распоредот на секоја зрна.
Повеќето луѓе се запознаени со фазите на водата. Кога течната вода се замрзнува, таа станува цврст мраз. Меѓутоа, кога станува збор за метали, не постои само една цврста фаза. Одредени семејства на легури се именувани по нивните фази. Помеѓу нерѓосувачките челици, аустенитните легури од серијата 300 се состојат првенствено од аустенит кога се состојат без легура3ein00H. челик или мартензит во легури од не'рѓосувачки челик 410 и 420.
Истото важи и за легурите на титаниум. Името на секоја група легури ја означува нивната доминантна фаза на собна температура - алфа, бета или мешавина од двете. Постојат алфа, скоро алфа, алфа-бета, бета и скоро бета легури.
Кога течниот метал ќе се зацврсти, цврстите честички од термодинамички претпочитаната фаза ќе таложат онаму каде што дозволуваат притисокот, температурата и хемискиот состав. Ова обично се случува на интерфејси, како кристали од мраз на површината на топло езерце во студен ден. Кога зрната се нуклеаризираат, кристалната структура расте во една насока додека не се сретне друго зрно за да се појави погрешна форма на грозје. ориентации на кристалните структури. Замислете да ставите еден куп Рубикови коцки со различна големина во кутија. Секоја коцка има распоред на квадратна мрежа, но сите тие ќе бидат распоредени во различни случајни насоки. Целосно зацврстеното метално работно парче се состои од серија на навидум случајно ориентирани зрна.
Секогаш кога се формира зрно, постои можност за дефекти на линиите. На овие дефекти недостасуваат делови од кристалната структура наречени дислокации. Овие дислокации и нивното последователно движење низ зрното и преку границите на зрната се од фундаментално значење за металната еластичност.
Попречен пресек на работното парче е монтиран, мелен, полиран и гравиран за да се види структурата на зрната. Кога се униформирани и изедначени, микроструктурите забележани на оптички микроскоп изгледаат малку како сложувалка. Во реалноста, зрната се тридимензионални, а напречниот пресек на секое зрно ќе се разликува во зависност од работата.
Кога една кристална структура е исполнета со сите нејзини атоми, нема простор за движење освен истегнување на атомските врски.
Кога отстранувате половина од редот атоми, создавате можност уште еден ред атоми да се лизне во таа положба, ефикасно поместувајќи ја дислокацијата. Кога се применува сила на работното парче, збирното движење на дислокациите во микроструктурата му овозможува да се свитка, да се истегне или да се компресира без да се скрши или крши.
Кога сила делува на метална легура, системот ја зголемува енергијата. Ако се додаде доволно енергија за да се предизвика пластична деформација, решетката се деформира и се формираат нови дислокации. Се чини логично дека ова треба да ја зголеми еластичноста, бидејќи ослободува повеќе простор и на тој начин создава потенцијал за поголемо движење на дислокација. Меѓутоа, кога дислокациите се судираат, тие можат да се поправат една со друга.
Како што се зголемува бројот и концентрацијата на дислокациите, сè повеќе дислокации се врзуваат заедно, намалувајќи ја еластичноста. На крајот се појавуваат толку многу дислокации што ладно формирање повеќе не е возможно. Бидејќи постојните дислокации на прицврстување повеќе не можат да се движат, атомските врски во решетката се протегаат додека не се скршат или се скршат. Ова е причината зошто металните легури издржат стврднување пред да се скрши количината на металот и зошто постои ограничување на кршењето на металот.
Зрното, исто така, игра важна улога во жарењето. Греењето на материјал зацврстен со работа во суштина ја ресетира микроструктурата и на тој начин ја враќа еластичноста. За време на процесот на жарење, зрната се трансформираат во три чекори:
Замислете човек што оди низ преполн вагон.Муѓите може да се притиснат само со оставање празнини меѓу редовите, како дислокации во решетка. Како што напредуваа, луѓето зад нив ја пополнуваа празнината што ја оставија, додека тие создадоа нов простор напред. Штом ќе стигнат на другиот крај на вагонот, распоредот на патниците ќе се обидам да ги сменам со премногу патници. едни со други и удирајќи во ѕидовите на вагоните, прицврстувајќи ги сите на своето место. Колку повеќе дислокации се појавуваат, толку потешко им е да се движат во исто време.
Важно е да се разбере минималното ниво на деформација потребно за да се активира рекристализацијата. Меѓутоа, ако металот нема доволно енергија за деформација пред да се загрее, нема да дојде до рекристализација и зрната едноставно ќе продолжат да растат надвор од нивната оригинална големина.
Механичките својства може да се подесат со контролирање на растот на зрната. Границата на зрната во суштина е ѕид од дислокации. Тие го попречуваат движењето.
Ако растот на зрната е ограничен, ќе се произведат поголем број ситни зрна. Овие помали зрна се сметаат за пофини во однос на структурата на зрната. Повеќе граници на зрната значат помало движење на дислокација и поголема јачина.
Ако растот на зрната не е ограничен, структурата на зрната станува погруба, зрната се поголеми, границите се помали, а јачината е помала.
Големината на зрната често се нарекува број без единица, некаде помеѓу 5 и 15. Ова е релативен сооднос и е поврзан со просечниот дијаметар на зрната. Колку е поголем бројот, толку е пофина зрнетата.
ASTM E112 ги прикажува методите за мерење и проценка на големината на зрното. Тоа вклучува броење на количината на зрно во дадена област. Ова обично се прави со сечење на пресек на суровината, мелење и полирање, а потоа офортување со киселина за да се изложат честичките. Броењето се изведува под микроскоп. Броевите за големина укажуваат на разумно ниво на униформност во обликот и дијаметарот на зрната. Може да биде дури и поволно да се ограничат варијациите во големината на зрната на две или три точки за да се обезбеди постојана изведба низ работното парче.
Во случај на стврднување на работата, цврстината и еластичноста имаат обратна врска. Врската помеѓу големината и цврстината на зрното ASTM има тенденција да биде позитивна и силна, генерално издолжувањето е обратно поврзано со големината на зрното ASTM. Сепак, прекумерниот раст на зрната може да предизвика „мртвите меки“ материјали повеќе да не работат ефективно.
Големината на зрната често се нарекува број без единица, некаде помеѓу 5 и 15. Ова е релативен однос и е поврзан со просечниот дијаметар на зрната. Колку е поголема вредноста на големината на зрната ASTM, толку повеќе зрна по единица површина.
Големината на зрното на жарениот материјал варира во зависност од времето, температурата и брзината на ладење. Глоењето обично се изведува помеѓу температурата на рекристализација и точката на топење на легурата. Титаниум од чисто одделение 1 треба да се анулира на 1.292 степени целзиусови и да се стопи околу 3.000 степени целзиусови.
За време на жарењето, процесите на обновување и рекристализација се натпреваруваат едни со други се додека рекристализираните зрна не ги потрошат сите деформирани зрна. 000°F за исто време.
Ако материјалот не се држи доволно долго во соодветниот опсег на жарење, добиената структура може да биде комбинација од стари и нови зрна. Ако се посакуваат униформни својства низ металот, процесот на жарење треба да има за цел да постигне униформа изедначена структура на зрно. Униформа значи дека сите зрна се приближно иста големина, а изедначените значи дека имаат приближно ист облик.
За да се добие униформа и изедначена микроструктура, секое работно парче треба да биде изложено на иста количина на топлина исто време и треба да се лади со иста брзина. Ова не е секогаш лесно или возможно со сериско жарење, па затоа е важно барем да се почека целото работно парче да се засити на соодветна температура пред да се пресмета времето на киснење.
Ако големината и јачината на зрното се поврзани, а јачината е позната, зошто да се пресметаат зрната, нели? Сите деструктивни тестови имаат варијабилност. Тестирањето на истегнување, особено при помали дебелини, во голема мера зависи од подготовката на примерокот. Резултатите од јакоста на истегнување кои не ги претставуваат вистинските својства на материјалот може да доживеат предвремен дефект.
Ако својствата не се униформни низ целото работно парче, земањето примерок или примерок за тестирање на истегнување од еден раб може да не ја раскаже целата приказна. Подготовката и тестирањето на примерокот исто така може да одземат време. Колку тестови се можни за даден метал и во колку насоки е изводливо? Оценувањето на структурата на зрната е дополнително осигурување од изненадувања.
Анизотропен, изотроп.
Униформа и изедначена зрнеста структура треба да биде изотропна, што значи дека ги има истите својства во сите правци. Изотропијата е особено важна во процесите на длабоко цртање каде што концентричноста е критична. Кога празното ќе се повлече во калапот, анизотропниот материјал нема да тече рамномерно, што може да доведе до дефект наречен обетка. структурата на зрната може да ја открие локацијата на нехомогеностите во работното парче и да помогне во дијагностицирањето на основната причина.
Правилното варење е од клучно значење за постигнување изотропија, но исто така е важно да се разбере степенот на деформација пред варењето. Како што материјалот пластично се деформира, зрната почнуваат да се деформираат. Во случај на ладно валање, претворајќи ја дебелината во должина, зрната ќе се издолжуваат во насока на тркалање. формирани работни парчиња, одредена ориентација може да се задржи дури и по жарењето. Ова резултира со анизотропија. За материјалите со длабоко влечење, понекогаш е неопходно да се ограничи количината на деформација пред конечното жарење за да се избегне абење.
кора од портокал. Подигнувањето не е единствениот дефект на длабоко цртање поврзан со матрицата. Кора од портокал се јавува кога се цртаат суровините со премногу груби честички. Секое зрно се деформира независно и како функција на неговата кристална ориентација. Разликата во деформацијата помеѓу соседните зрна резултира со текстуриран изглед сличен на текстурата на кората од портокал.
Исто како и пикселите на телевизискиот екран, со ситно зрнеста структура, разликата помеѓу секое зрно ќе биде помалку забележлива, ефикасно зголемувајќи ја резолуцијата. Специфицирањето на механичките својства само по себе можеби не е доволно за да се обезбеди доволно ситна големина на зрнца за да се спречи ефектот на кора од портокал. Кога промената во големината на работното парче е помала од 10 пати повеќе од дијаметарот на зрната, својствата на поединечните зрнца ќе се рефлектираат над специфичните зрна. големината и ориентацијата на секое зрно. Ова може да се види од ефектот на кора од портокал на ѕидовите на нацртаните чаши.
За големина на зрно ASTM од 8, просечниот дијаметар на зрната е 885 µin. Ова значи дека секое намалување на дебелината од 0,00885 инчи или помалку може да биде под влијание на овој ефект на микроформирање.
Иако крупните зрна можат да предизвикаат длабоки проблеми со цртањето, тие понекогаш се препорачуваат за втиснување. Печатењето е процес на деформација во кој се компресира празно за да се даде посакуваната топографија на површината, како што е четвртина од контурите на лицето на Џорџ Вашингтон.
Поради оваа причина, минимизирањето на напрегањето на површинскиот проток со користење на покрупна структура на зрната може да помогне во ублажувањето на силите потребни за правилно полнење на мувлата. Ова е особено точно во случај на втиснување со слободна матрица, каде што дислокациите на површинските зрна можат слободно да течат наместо да се акумулираат на границите на зрната.
Трендовите што се дискутирани овде се генерализации кои можеби не се однесуваат на одредени делови. Сепак, тие ги истакнаа придобивките од мерењето и стандардизирањето на големината на честичките на суровината при дизајнирање на нови делови за да се избегнат вообичаените стапици и да се оптимизираат параметрите за обликување.
Производителите на прецизни машини за печат на метал и операции за длабоко цртање на метал за да се формираат нивните делови ќе работат добро со металурзите на технички квалификувани прецизни ролери кои можат да им помогнат да ги оптимизираат материјалите до нивото на зрно. Кога металуршките и инженерските експерти од двете страни на врската се интегрираат во еден тим, тоа може да има повеќе позитивно влијание и да произведе повеќе трансформативни ефекти.
STAMPING Journal е единственото индустриско списание посветено да им служи на потребите на пазарот за штанцување метали. Од 1989 година, публикацијата ги покрива најсовремените технологии, трендовите во индустријата, најдобрите практики и новостите за да им помогне на професионалците за печат поефикасно да го водат својот бизнис.
Сега со целосен пристап до дигиталното издание на The FABRICATOR, лесен пристап до вредните ресурси на индустријата.
Дигиталното издание на The Tube & Pipe Journal сега е целосно достапно, обезбедувајќи лесен пристап до вредните индустриски ресурси.
Уживајте во целосен пристап до дигиталното издание на STAMPING Journal, кое ги обезбедува најновите технолошки достигнувања, најдобри практики и индустриски вести за пазарот на метални печати.
Сега со целосен пристап до дигиталното издание на The Fabricator en Español, лесен пристап до вредните индустриски ресурси.