Faedah boleh diperolehi dengan mendapatkan pandangan tentang satu lapisan struktur butiran yang mengawal tingkah laku mekanikal keluli tahan karat.Getty Images
Pemilihan keluli tahan karat dan aloi aluminium secara amnya tertumpu pada kekuatan, kemuluran, pemanjangan dan kekerasan. Sifat-sifat ini menunjukkan bagaimana blok binaan logam bertindak balas terhadap beban yang dikenakan. Ia adalah penunjuk yang berkesan untuk menguruskan kekangan bahan mentah;iaitu berapa banyak ia akan bengkok sebelum pecah.Bahan mentah mestilah mampu menahan proses pengacuan tanpa pecah.
Ujian tegangan dan kekerasan yang merosakkan ialah kaedah yang boleh dipercayai dan menjimatkan kos untuk menentukan sifat mekanikal.Walau bagaimanapun, ujian ini tidak selalunya boleh dipercayai sebaik sahaja ketebalan bahan mentah mula mengehadkan saiz sampel ujian.Ujian tegangan produk logam rata sudah tentu masih berguna, tetapi faedah boleh diperoleh dengan melihat lebih mendalam pada satu lapisan struktur bijian yang mengawal tingkah laku mekanikalnya.
Logam terdiri daripada satu siri hablur mikroskopik yang dipanggil bijirin. Ia diedarkan secara rawak ke seluruh logam. Atom unsur pengaloian, seperti besi, kromium, nikel, mangan, silikon, karbon, nitrogen, fosforus dan sulfur dalam keluli tahan karat austenit, adalah sebahagian daripada bijirin tunggal. Atom-atom ini membentuk larutan hablur yang diikat bersama-sama melalui kristal logam melalui ikatan logam.
Komposisi kimia aloi menentukan susunan atom yang disukai secara termodinamik dalam butiran, yang dikenali sebagai struktur kristal.Bahagian homogen logam yang mengandungi struktur kristal berulang membentuk satu atau lebih butiran yang dipanggil fasa. Sifat mekanikal aloi adalah fungsi struktur kristal dalam aloi. Begitu juga dengan saiz dan susunan butiran setiap fasa.
Kebanyakan orang biasa dengan peringkat air.Apabila air cecair membeku, ia menjadi ais pepejal.Walau bagaimanapun, apabila ia berkaitan dengan logam, bukan hanya satu fasa pepejal.Famili aloi tertentu dinamakan sempena fasa mereka.Antara keluli tahan karat, aloi siri 300 austenit terdiri terutamanya daripada austenit apabila disepuhlindapkan.Walau bagaimanapun, 400 siri 40fert keluli tahan karat dalam aloi 400fert dan keluli tahan karat 20 aloi keluli tahan karat.
Perkara yang sama berlaku untuk aloi titanium. Nama setiap kumpulan aloi menunjukkan fasa utama mereka pada suhu bilik - alfa, beta atau campuran kedua-duanya. Terdapat aloi alfa, hampir alfa, alfa-beta, beta dan hampir beta.
Apabila logam cecair menjadi pejal, zarah pepejal fasa pilihan termodinamik akan memendakan di mana tekanan, suhu dan komposisi kimia membenarkan. Ini biasanya berlaku pada antara muka, seperti hablur ais pada permukaan kolam hangat pada hari yang sejuk. Apabila bijirin bernukleus, struktur kristal tumbuh dalam satu arah sehingga bijirin lain ditemui. Sempadan butiran terbentuk pada persimpangan struktur kristal yang berbeza. meletakkan sekumpulan kiub Rubik dengan saiz yang berbeza di dalam kotak.Setiap kiub mempunyai susunan grid segi empat sama, tetapi semuanya akan disusun dalam arah rawak yang berbeza. Bahan kerja logam yang dipejal sepenuhnya terdiri daripada satu siri bijirin yang kelihatan berorientasikan rawak.
Bila-bila masa bijirin terbentuk, terdapat kemungkinan kecacatan garisan. Kecacatan ini adalah bahagian yang hilang dari struktur kristal yang dipanggil kehelan. Kehelan ini dan pergerakan seterusnya di seluruh butiran dan merentasi sempadan butiran adalah asas kepada kemuluran logam.
Keratan rentas bahan kerja dipasang, dikisar, digilap dan terukir untuk melihat struktur butiran. Apabila seragam dan sama, struktur mikro yang diperhatikan pada mikroskop optik kelihatan sedikit seperti teka-teki jigsaw. Pada hakikatnya, butiran adalah tiga dimensi, dan keratan rentas setiap butiran akan berbeza-beza bergantung pada orientasi keratan rentas bahan kerja.
Apabila struktur kristal dipenuhi dengan semua atomnya, tiada ruang untuk pergerakan selain daripada regangan ikatan atom.
Apabila anda mengalih keluar separuh daripada baris atom, anda mencipta peluang untuk satu lagi baris atom untuk tergelincir ke kedudukan itu, dengan berkesan menggerakkan kehelan. Apabila daya dikenakan pada bahan kerja, gerakan teragregat kehelan dalam struktur mikro membolehkannya membengkok, meregang atau memampat tanpa pecah atau pecah.
Apabila daya bertindak pada aloi logam, sistem meningkatkan tenaga. Jika tenaga yang mencukupi ditambah untuk menyebabkan ubah bentuk plastik, kekisi berubah bentuk dan terkehel baru terbentuk. Nampaknya logik bahawa ini sepatutnya meningkatkan kemuluran, kerana ia membebaskan lebih banyak ruang dan dengan itu mewujudkan potensi untuk lebih banyak gerakan terkehel. Walau bagaimanapun, apabila kehelan bertembung, ia boleh membetulkan satu sama lain.
Apabila bilangan dan kepekatan kehelan bertambah, semakin banyak kehelan disematkan bersama-sama, mengurangkan kemuluran.Akhirnya begitu banyak kehelan kelihatan sehingga pembentukan sejuk tidak lagi boleh dilakukan.Oleh kerana kehelan penyepit yang sedia ada tidak lagi boleh bergerak, ikatan atom dalam kekisi meregang sehingga ia pecah atau pecah. Inilah sebabnya aloi logam bekerja mengeras, dan mengapa jumlah logam boleh menjadi mengeras sebelum pecah.
Bijian juga memainkan peranan penting dalam penyepuhlindapan. Penyepuhlindapan bahan yang dikeraskan kerja pada asasnya menetapkan semula struktur mikro dan dengan itu memulihkan kemuluran. Semasa proses penyepuhlindapan, bijirin diubah dalam tiga langkah:
Bayangkan seseorang berjalan melalui kereta api yang sesak. Orang ramai hanya boleh dihimpit dengan meninggalkan celah di antara barisan, seperti terkehel dalam kekisi. Semasa mereka berjalan, orang di belakang mereka mengisi kekosongan yang mereka tinggalkan, sementara mereka mencipta ruang baru di hadapan. Apabila mereka sampai ke hujung gerabak yang lain, susunan penumpang berubah. Jika terlalu ramai orang akan berlanggar dengan dinding sekali gus, mereka akan cuba melintas di dalam bilik dan melanggar dinding. s daripada kereta kereta api, menyematkan semua orang di tempatnya.Semakin banyak kehelan yang muncul, semakin sukar untuk mereka bergerak pada masa yang sama.
Adalah penting untuk memahami tahap ubah bentuk minimum yang diperlukan untuk mencetuskan penghabluran semula. Walau bagaimanapun, jika logam tidak mempunyai tenaga ubah bentuk yang mencukupi sebelum dipanaskan, penghabluran semula tidak akan berlaku dan butiran akan terus membesar melebihi saiz asalnya.
Sifat mekanikal boleh ditala dengan mengawal pertumbuhan bijirin. Sempadan bijirin pada asasnya adalah dinding kehelan. Mereka menghalang pergerakan.
Jika pertumbuhan bijirin dihadkan, bilangan bijirin kecil yang lebih tinggi akan dihasilkan. Bijirin yang lebih kecil ini dianggap lebih halus dari segi struktur bijian. Lebih banyak sempadan bijian bermakna kurang pergerakan kehelan dan kekuatan yang lebih tinggi.
Jika pertumbuhan bijian tidak dihadkan, struktur bijian menjadi lebih kasar, bijian lebih besar, sempadannya kurang, dan kekuatannya lebih rendah.
Saiz butiran sering dirujuk sebagai nombor tanpa unit, di antara 5 dan 15. Ini ialah nisbah relatif dan berkaitan dengan diameter butiran purata. Semakin tinggi nombor, semakin halus butirannya.
ASTM E112 menggariskan kaedah untuk mengukur dan menilai saiz bijian. Ia melibatkan mengira jumlah bijirin dalam kawasan tertentu. Ini biasanya dilakukan dengan memotong keratan rentas bahan mentah, mengisar dan menggilapnya, kemudian mencatnya dengan asid untuk mendedahkan zarah. Pengiraan dilakukan di bawah mikroskop, dan pembesaran membenarkan pensampelan grain yang seragam dalam pensampelan grain yang mencukupi. dalam bentuk dan diameter. Malah mungkin berfaedah untuk mengehadkan variasi dalam saiz butiran kepada dua atau tiga mata untuk memastikan prestasi yang konsisten merentas bahan kerja.
Dalam kes pengerasan kerja, kekuatan dan kemuluran mempunyai hubungan songsang. Hubungan antara saiz bijian ASTM dan kekuatan cenderung positif dan kuat, secara amnya pemanjangan adalah berkait songsang dengan saiz bijian ASTM. Walau bagaimanapun, pertumbuhan bijirin yang berlebihan boleh menyebabkan bahan "lembut mati" tidak lagi berfungsi dengan berkesan.
Saiz butiran sering dirujuk sebagai nombor tanpa unit, antara 5 dan 15. Ini ialah nisbah relatif dan berkaitan dengan diameter butiran purata. Semakin tinggi nilai saiz butiran ASTM, semakin banyak bijian seunit luas.
Saiz butiran bahan anil berbeza mengikut masa, suhu dan kadar penyejukan. Penyepuhlindapan biasanya dilakukan antara suhu penghabluran semula dan takat lebur aloi. Julat suhu penyepuhlindapan yang disyorkan untuk aloi keluli tahan karat austenit 301 ialah antara 1,900 dan 2,050 darjah Fahrenheit. Ia akan mula mencair sekitar 2,550 darjah Fahrenheit secara komersil. mendahului pada 1,292 darjah Fahrenheit dan cair sekitar 3,000 darjah Fahrenheit.
Semasa penyepuhlindapan, proses pemulihan dan penghabluran semula bersaing antara satu sama lain sehingga butiran yang dihablurkan semula memakan semua butiran yang cacat. Kadar penghabluran semula berbeza-beza mengikut suhu. Setelah penghabluran semula selesai, pertumbuhan bijian mengambil alih. Bahan kerja keluli tahan karat 301 yang dipanaskan pada 1,900°F selama satu jam akan mempunyai struktur bahan kerja yang lebih halus pada masa 0°F yang sama untuk masa yang sama.
Jika bahan tidak dipegang dalam julat penyepuhlindapan yang betul cukup lama, struktur yang terhasil mungkin merupakan gabungan bijirin lama dan baru.Jika sifat seragam dikehendaki di seluruh logam, proses penyepuhlindapan harus bertujuan untuk mencapai struktur bijirin sama rata.
Untuk mendapatkan struktur mikro yang seragam dan sama, setiap bahan kerja hendaklah didedahkan kepada jumlah haba yang sama untuk jumlah masa yang sama dan hendaklah menyejukkan pada kadar yang sama. Ini tidak selalunya mudah atau mungkin dengan penyepuhlindapan kelompok, jadi adalah penting untuk sekurang-kurangnya menunggu sehingga keseluruhan bahan kerja tepu pada suhu yang sesuai sebelum mengira masa rendam. Masa rendaman yang lebih lama dan suhu yang lebih tinggi akan menghasilkan struktur yang lebih lembut/sekata.
Jika saiz dan kekuatan butiran berkaitan, dan kekuatannya diketahui, mengapa mengira butiran, bukan?Semua ujian yang merosakkan mempunyai kebolehubahan.Ujian tegangan, terutamanya pada ketebalan yang lebih rendah, sebahagian besarnya bergantung pada penyediaan sampel.Hasil kekuatan tegangan yang tidak mewakili sifat bahan sebenar mungkin mengalami kegagalan pramatang.
Jika sifat tidak seragam di seluruh bahan kerja, mengambil spesimen ujian tegangan atau sampel dari satu tepi mungkin tidak menceritakan keseluruhan cerita. Penyediaan dan ujian sampel juga boleh memakan masa. Berapa banyak ujian yang mungkin untuk logam tertentu, dan dalam berapa banyak arah yang boleh dilaksanakan? Menilai struktur butiran adalah insurans tambahan terhadap kejutan.
Anisotropik, isotropik.Anisotropi merujuk kepada arah sifat mekanikal.Selain kekuatan, anisotropi boleh difahami dengan lebih baik dengan meneliti struktur butiran.
Struktur butiran yang seragam dan sama harus bersifat isotropik, yang bermaksud ia mempunyai sifat yang sama dalam semua arah.Isotropi adalah penting terutamanya dalam proses lukisan dalam di mana konsentrik adalah kritikal. Apabila kosong ditarik ke dalam acuan, bahan anisotropik tidak akan mengalir secara seragam, yang boleh membawa kepada kecacatan yang dipanggil anting-anting. Anting-anting berlaku di mana bahagian atas struktur cawan dalam bentuk gravy boleh membentuk siluet dalam bentuk gravy. membantu mendiagnosis punca utama.
Penyepuhlindapan yang betul adalah penting untuk mencapai isotropi, tetapi ia juga penting untuk memahami tahap ubah bentuk sebelum penyepuhlindapan. Apabila bahan berubah bentuk secara plastis, butiran mula berubah bentuk. Dalam kes gelek sejuk, menukar ketebalan kepada panjang, butiran akan memanjang dalam arah gelekan. Apabila nisbah aspek bijirin berubah, begitu juga dengan sifat bahan kerja yang berubah secara keseluruhan. asi boleh dikekalkan walaupun selepas penyepuhlindapan. Ini mengakibatkan anisotropi. Untuk bahan yang dilukis dalam, kadangkala perlu untuk mengehadkan jumlah ubah bentuk sebelum penyepuhlindapan akhir untuk mengelakkan haus.
kulit oren.Memungut bukan satu-satunya kecacatan lukisan dalam yang dikaitkan dengan die.Kulit oren berlaku apabila bahan mentah dengan zarah yang terlalu kasar ditarik.Setiap butiran berubah bentuk secara bebas dan sebagai fungsi orientasi kristalnya.Perbezaan ubah bentuk antara butiran bersebelahan menghasilkan rupa bertekstur yang serupa dengan kulit oren.Tekstur pada dinding permukaan berbutir.
Sama seperti piksel pada skrin TV, dengan struktur berbutir halus, perbezaan antara setiap butiran akan menjadi kurang ketara, meningkatkan resolusi dengan berkesan. Menentukan sifat mekanikal sahaja mungkin tidak mencukupi untuk memastikan saiz butiran halus yang mencukupi untuk mengelakkan kesan kulit oren. Apabila perubahan dalam saiz bahan kerja kurang daripada 10 kali ganda diameter butiran, sifat-sifat yang membentuk butir-butir itu tidak akan sama. saiz dan orientasi setiap butir.Ini dapat dilihat daripada kesan kulit oren pada dinding cawan yang dilukis.
Untuk saiz butiran ASTM 8, diameter butiran purata ialah 885 µin. Ini bermakna sebarang pengurangan ketebalan 0.00885 inci atau kurang boleh dipengaruhi oleh kesan pembentukkan mikro ini.
Walaupun butiran kasar boleh menyebabkan masalah lukisan dalam, ia kadangkala disyorkan untuk mencetak.Stamping ialah proses ubah bentuk di mana kosong dimampatkan untuk memberikan topografi permukaan yang diingini, seperti satu perempat daripada kontur muka George Washington.Tidak seperti lukisan wayar, stamping biasanya tidak melibatkan banyak aliran bahan pukal, tetapi memerlukan banyak daya, yang mungkin hanya mengubah bentuk permukaan kosong.
Atas sebab ini, meminimumkan tegasan aliran permukaan dengan menggunakan struktur butiran yang lebih kasar boleh membantu mengurangkan daya yang diperlukan untuk pengisian acuan yang betul. Ini benar terutamanya dalam kes cetakan mati bebas, di mana kehelan pada butiran permukaan boleh mengalir dengan bebas dan bukannya terkumpul pada sempadan butiran.
Trend yang dibincangkan di sini ialah generalisasi yang mungkin tidak terpakai pada bahagian tertentu. Walau bagaimanapun, ia menyerlahkan faedah mengukur dan menyeragamkan saiz zarah bahan mentah apabila mereka bentuk bahagian baharu untuk mengelakkan perangkap biasa dan mengoptimumkan parameter pengacuan.
Pengeluar mesin pengecap logam ketepatan dan operasi lukisan dalam pada logam untuk membentuk bahagian mereka akan bekerjasama dengan baik dengan ahli metalurgi pada penggelek semula ketepatan yang berkelayakan teknikal yang boleh membantu mereka mengoptimumkan bahan sehingga ke peringkat bijian. Apabila pakar metalurgi dan kejuruteraan di kedua-dua belah perhubungan digabungkan ke dalam satu pasukan, ia boleh memberi kesan transformatif dan menghasilkan hasil yang lebih positif.
Jurnal STAMPING ialah satu-satunya jurnal industri yang didedikasikan untuk memenuhi keperluan pasaran pengecapan logam. Sejak tahun 1989, penerbitan itu meliputi teknologi termaju, trend industri, amalan terbaik dan berita untuk membantu profesional pengecap menjalankan perniagaan mereka dengan lebih cekap.
Kini dengan akses penuh kepada edisi digital The FABRICATOR, akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal kini boleh diakses sepenuhnya, menyediakan akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Nikmati akses penuh kepada edisi digital Jurnal STAMPING, yang menyediakan kemajuan teknologi terkini, amalan terbaik dan berita industri untuk pasaran pengecapan logam.
Kini dengan akses penuh kepada edisi digital The Fabricator en Español, akses mudah kepada sumber industri yang berharga.