Beneficiile pot fi obținute prin obținerea unei perspective asupra unui singur strat al structurii granulare care controlează comportamentul mecanic al oțelului inoxidabil.Getty Images
Selecția de oțel inoxidabil și aliaje de aluminiu se concentrează în general pe rezistență, ductilitate, alungire și duritate. Aceste proprietăți indică modul în care blocurile de construcție ale metalului răspund la sarcinile aplicate. Sunt un indicator eficient al gestionării constrângerilor de materie primă;adică cât de mult se va îndoi înainte de rupere.Materia primă trebuie să poată rezista procesului de turnare fără a se rupe.
Testarea distructivă de întindere și duritate este o metodă fiabilă și rentabilă pentru determinarea proprietăților mecanice. Cu toate acestea, aceste teste nu sunt întotdeauna la fel de fiabile odată ce grosimea materiei prime începe să limiteze dimensiunea eșantionului de testat. Testarea la tracțiune a produselor metalice plate este, desigur, încă utilă, dar beneficiile pot fi obținute prin analizarea mai profundă a structurii sale mecanice asupra unui singur strat de control al structurii sale mecanice.
Metalele sunt formate dintr-o serie de cristale microscopice numite granule. Sunt distribuite aleatoriu în metal. Atomii elementelor de aliere, cum ar fi fier, crom, nichel, mangan, siliciu, carbon, azot, fosfor și sulf din oțelurile inoxidabile austenitice, fac parte dintr-un singur granul.
Compoziția chimică a aliajului determină aranjamentul preferat din punct de vedere termodinamic al atomilor din boabe, cunoscut sub numele de structură cristalină. Porțiuni omogene ale unui metal care conține o structură cristalină care se repetă formează unul sau mai multe granule numite faze. Proprietățile mecanice ale unui aliaj sunt o funcție a structurii cristaline din aliaj. Același lucru este valabil și pentru dimensiunea granulelor și aranjamentul fiecărei faze.
Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu etapele apei. Când apa lichidă îngheață, devine gheață solidă. Cu toate acestea, când vine vorba de metale, nu există doar o fază solidă. Anumite familii de aliaje sunt denumite după fazele lor. Dintre oțelurile inoxidabile, aliajele austenitice din seria 300 constau în principal din austenită când sunt recoapte. Aliaje de oțel inoxidabil 10 și 420.
Același lucru este valabil și pentru aliajele de titan. Numele fiecărui grup de aliaje indică faza lor predominantă la temperatura camerei – alfa, beta sau un amestec al ambelor. Există aliaje alfa, aproape alfa, alfa-beta, beta și aproape beta.
Când metalul lichid se solidifică, particulele solide ale fazei preferate termodinamic vor precipita acolo unde presiunea, temperatura și compoziția chimică o permit. Acest lucru se întâmplă de obicei la interfețe, cum ar fi cristalele de gheață de pe suprafața unui iaz cald într-o zi rece. Când boabele se nucleează, structura cristalină crește într-o direcție până când se întâlnește un alt cereale. structuri de cristal.Imaginați-vă să puneți o grămadă de cuburi Rubik de diferite dimensiuni într-o cutie.Fiecare cub are un aranjament de grilă pătrată, dar toate vor fi aranjate în direcții aleatorii diferite.O piesă de metal complet solidificată constă dintr-o serie de granule aparent orientate aleatoriu.
De fiecare dată când se formează un grăunț, există posibilitatea de apariție a defecte de linie. Aceste defecte sunt părți lipsă ale structurii cristaline numite dislocații. Aceste dislocații și mișcarea lor ulterioară de-a lungul granulului și de-a lungul granițelor de granule sunt fundamentale pentru ductilitatea metalului.
O secțiune transversală a piesei de prelucrat este montată, șlefuită și gravată pentru a vedea structura granulelor. Când sunt uniforme și echiaxiale, microstructurile observate la un microscop optic arată un pic ca un puzzle. În realitate, granulele sunt tridimensionale, iar secțiunea transversală a fiecărui granu va varia în funcție de orientarea secțiunii transversale a piesei de prelucrat.
Când o structură cristalină este umplută cu toți atomii săi, nu există loc pentru mișcare, în afară de întinderea legăturilor atomice.
Când eliminați jumătate dintr-un rând de atomi, creați o oportunitate ca un alt rând de atomi să alunece în acea poziție, deplasând efectiv dislocația. Când o forță este aplicată piesei de prelucrat, mișcarea agregată a dislocațiilor în microstructură îi permite să se îndoaie, să se întindă sau să se comprima fără rupere sau rupere.
Când o forță acționează asupra unui aliaj metalic, sistemul crește energia. Dacă se adaugă suficientă energie pentru a provoca deformarea plastică, rețeaua se deformează și se formează noi dislocații. Pare logic ca acest lucru să crească ductilitatea, deoarece eliberează mai mult spațiu și creează astfel potențialul pentru mai multă mișcare de dislocare. Cu toate acestea, atunci când dislocațiile se ciocnesc, ele se pot fixa între ele.
Pe măsură ce numărul și concentrația dislocațiilor cresc, tot mai multe dislocații sunt fixate împreună, reducând ductilitatea. În cele din urmă apar atât de multe dislocații încât formarea la rece nu mai este posibilă. Deoarece dislocațiile de fixare existente nu se mai pot deplasa, legăturile atomice din rețea se întind până se rupe sau se rupe.
Granulele joacă, de asemenea, un rol important în recoacere. Recoacerea unui material întărit prin lucru resetează în esență microstructura și astfel restabilește ductilitatea. În timpul procesului de recoacere, boabele sunt transformate în trei etape:
Imaginați-vă o persoană care trece printr-un vagon aglomerat. Mulțimea poate fi strânsă doar lăsând goluri între rânduri, ca dislocări într-o zăbrele. Pe măsură ce progresau, oamenii din spatele lor umpleau golul pe care l-au lăsat, în timp ce și-au creat un nou spațiu în față. Odată ce au ajuns la celălalt capăt al vagonului, aranjarea pasagerilor, în același timp, încercă să-și schimbe prea multe locuri pentru ca pasagerii să se schimbe în același timp. se vor ciocni unul cu celălalt și se vor lovi de pereții vagoanelor, fixând pe toți în loc. Cu cât apar mai multe dislocări, cu atât le este mai greu să se miște în același timp.
Este important să înțelegem nivelul minim de deformare necesar pentru a declanșa recristalizarea. Cu toate acestea, dacă metalul nu are suficientă energie de deformare înainte de a fi încălzit, recristalizarea nu va avea loc și boabele vor continua să crească dincolo de dimensiunea lor inițială.
Proprietățile mecanice pot fi reglate prin controlul creșterii granulelor. Un granuț este în esență un perete de dislocații. Ele împiedică mișcarea.
Dacă creșterea boabelor este restricționată, se va produce un număr mai mare de boabe mici. Aceste boabe mai mici sunt considerate mai fine din punct de vedere al structurii cerealelor. Mai multe granițe înseamnă mai puțină mișcare de dislocare și o rezistență mai mare.
Dacă creșterea boabelor nu este restricționată, structura boabelor devine mai grosieră, boabele sunt mai mari, limitele sunt mai mici și rezistența este mai mică.
Dimensiunea boabelor este adesea denumită un număr fără unități, undeva între 5 și 15. Acesta este un raport relativ și este legat de diametrul mediu al granulelor. Cu cât numărul este mai mare, cu atât granularitatea este mai fină.
ASTM E112 prezintă metode de măsurare și evaluare a mărimii granulelor. Aceasta implică numărarea cantității de cereale într-o anumită zonă. Acest lucru se face de obicei prin tăierea unei secțiuni transversale a materiei prime, șlefuirea și lustruirea acesteia, apoi gravarea acesteia cu acid pentru a expune particulele. Numărarea se efectuează la microscop, iar mărirea permite mărirea gradului de mărime a granulației adecvată a granulelor. în forma și diametrul granulelor. Poate fi chiar avantajos să se limiteze variația mărimii granulelor la două sau trei puncte pentru a asigura o performanță constantă pe piesă de prelucrat.
În cazul întăririi prin muncă, rezistența și ductilitatea au o relație inversă. Relația dintre dimensiunea granulelor ASTM și rezistența tinde să fie pozitivă și puternică, în general, alungirea este invers legată de dimensiunea granulelor ASTM. Cu toate acestea, creșterea excesivă a granulelor poate face ca materialele „moale moarte” să nu mai funcționeze întărirea eficient.
Dimensiunea boabelor este adesea denumită un număr fără unități, undeva între 5 și 15. Acesta este un raport relativ și este legat de diametrul mediu al boabelor. Cu cât este mai mare valoarea dimensiunii granulelor ASTM, cu atât mai multe boabe pe unitate de suprafață.
Dimensiunea granulelor materialului recoacet variază în funcție de timp, temperatură și viteza de răcire. Recoacere se efectuează de obicei între temperatura de recristalizare și punctul de topire al aliajului. Intervalul de temperatură de recoacere recomandat pentru aliajul de oțel inoxidabil austenitic 301 este între 1.900 și 2.050 de grade Fahrenheit. Va începe să se topească în jurul valorii de grade Fahrenheit, contrast de titan pur. ar trebui să fie recoaptă la 1.292 de grade Fahrenheit și să se topească în jur de 3.000 de grade Fahrenheit.
În timpul recoacerii, procesele de recuperare și recristalizare concurează între ele până când boabele recristalizate consumă toate boabele deformate. Viteza de recristalizare variază în funcție de temperatură. Odată ce recristalizarea este completă, creșterea boabelor preia.
Dacă materialul nu este menținut în intervalul de recoacere adecvat suficient de mult, structura rezultată poate fi o combinație de granule vechi și noi. Dacă se dorește proprietăți uniforme pe întregul metal, procesul de recoacere ar trebui să urmărească obținerea unei structuri de coacere uniformă echiaxială. Uniform înseamnă că toate boabele au aproximativ aceeași dimensiune, iar echiaxială înseamnă că au aproximativ aceeași formă.
Pentru a obține o microstructură uniformă și echiaxială, fiecare piesă de prelucrat trebuie expusă la aceeași cantitate de căldură pentru aceeași perioadă de timp și trebuie să se răcească în aceeași viteză. Acest lucru nu este întotdeauna ușor sau posibil cu recoacerea în loturi, deci este important să așteptați cel puțin până când întreaga piesă de prelucrat este saturată la temperatura adecvată înainte de a calcula timpul de înmuiere.
Dacă dimensiunea și rezistența granulelor sunt legate, iar rezistența este cunoscută, de ce să se calculeze boabele, nu? Toate testele distructive au variabilitate. Testarea la tracțiune, în special la grosimi mai mici, depinde în mare măsură de pregătirea probei. Rezultatele rezistenței la tracțiune care nu reprezintă proprietățile reale ale materialului pot suferi defecțiuni premature.
Dacă proprietățile nu sunt uniforme pe toată piesa de prelucrat, prelevarea unui eșantion de încercare la tracțiune sau eșantion de pe o margine poate să nu spună întreaga poveste. Pregătirea și testarea probei pot fi, de asemenea, consumatoare de timp. Câte teste sunt posibile pentru un anumit metal și în câte direcții este fezabilă? Evaluarea structurii granulelor este o asigurare suplimentară împotriva surprizelor.
Anizotropic, izotrop. Anizotropia se referă la direcționalitatea proprietăților mecanice. Pe lângă rezistență, anizotropia poate fi mai bine înțeleasă prin examinarea structurii granulelor.
O structură de cereale uniformă și echiaxială ar trebui să fie izotropă, ceea ce înseamnă că are aceleași proprietăți în toate direcțiile. Izotropia este deosebit de importantă în procesele de ambutisare adâncă, unde concentricitatea este critică. Când semifabricatul este tras în matriță, materialul anizotrop nu va curge uniform, ceea ce poate duce la un defect numit ureche. piesa de prelucrat și ajută la diagnosticarea cauzei principale.
Recoacere corectă este esențială pentru obținerea izotropiei, dar este, de asemenea, important să înțelegem gradul de deformare înainte de recoacere. Pe măsură ce materialul se deformează plastic, boabele încep să se deformeze. În cazul laminarii la rece, transformând grosimea în lungime, boabele se vor alungi în direcția de laminare. orientarea poate fi păstrată chiar și după recoacere. Acest lucru are ca rezultat anizotropie. Pentru materialele ambute adânc, uneori este necesar să se limiteze cantitatea de deformare înainte de recoacere finală pentru a evita uzura.
Coaja de portocală. Ridicarea nu este singurul defect de embosare adânc asociat cu matrița. Coaja de portocală apare atunci când sunt extrase materii prime cu particule prea grosiere. Fiecare bob se deformează independent și în funcție de orientarea cristalului. Diferența de deformare dintre boabele adiacente are ca rezultat un aspect texturat similar cu coaja de portocală.
La fel ca pixelii de pe ecranul televizorului, cu o structură cu granulație fină, diferența dintre fiecare granulație va fi mai puțin vizibilă, crescând eficient rezoluția. Specificarea proprietăților mecanice în sine poate să nu fie suficientă pentru a asigura o dimensiune a granulației suficient de fină pentru a preveni efectul de coajă de portocală. Când variația dimensională a piesei de prelucrat este mai mică de 10 ori diametrul granulelor, proprietățile boabelor nu vor deforma în mod egal comportamentul boabelor individuale. este dimensiunea și orientarea specifică a fiecărui bob. Acest lucru se poate observa din efectul de coajă de portocală de pe pereții cupelor desenate.
Pentru o dimensiune ASTM de 8, diametrul mediu al granulelor este de 885 µin. Aceasta înseamnă că orice reducere a grosimii de 0,00885 inci sau mai puțin poate fi afectată de acest efect de microformare.
Deși granulele grosiere pot cauza probleme de embotire adâncă, ele sunt uneori recomandate pentru imprimare. Ștanțarea este un proces de deformare în care un semifabricat este comprimat pentru a conferi o topografie dorită a suprafeței, cum ar fi un sfert din contururile faciale ale lui George Washington.
Din acest motiv, reducerea la minimum a tensiunii de curgere la suprafață prin utilizarea unei structuri de cereale mai grosiere poate ajuta la atenuarea forțelor necesare pentru umplerea corectă a matriței. Acest lucru este valabil mai ales pentru imprimarea cu matriță liberă, unde dislocațiile de pe boabele de suprafață pot curge liber, mai degrabă decât să se acumuleze la limitele granulelor.
Tendințele discutate aici sunt generalizări care s-ar putea să nu se aplice anumitor secțiuni. Cu toate acestea, ele au evidențiat beneficiile măsurării și standardizării granulei materiilor prime atunci când se proiectează noi piese pentru a evita defectele comune și a optimiza parametrii de turnare.
Producătorii de mașini de ștanțat de precizie a metalelor și de operațiuni de emboutire adâncă pe metal pentru a-și forma piesele vor lucra bine cu metalurgiștii pe role de precizie calificate din punct de vedere tehnic, care îi pot ajuta să optimizeze materialele până la nivelul cerealelor. Când experții metalurgici și de inginerie de ambele părți ale relației sunt integrați într-o singură echipă, aceasta poate avea un impact transformator și poate produce rezultate mai pozitive.
STAMPING Journal este singurul jurnal din industrie dedicat să servească nevoile pieței de ștanțare a metalelor. Din 1989, publicația acoperă tehnologii de ultimă oră, tendințe din industrie, bune practici și știri pentru a ajuta profesioniștii în ștanțare să-și conducă afacerea mai eficient.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a The FABRICATOR, acces ușor la resurse valoroase din industrie.
Ediția digitală a The Tube & Pipe Journal este acum complet accesibilă, oferind acces ușor la resurse valoroase din industrie.
Bucurați-vă de acces complet la ediția digitală a Jurnalului STAMPING, care oferă cele mai recente progrese tehnologice, cele mai bune practici și știri din industrie pentru piața de ștanțare a metalelor.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a The Fabricator en Español, acces ușor la resurse valoroase din industrie.