Предности се могу стећи стицањем увида у један слој структуре зрна који контролише механичко понашање нерђајућег челика.Гетти Имагес
Избор нерђајућег челика и легура алуминијума генерално се фокусира на чврстоћу, дуктилност, издужење и тврдоћу. Ова својства показују како грађевински блокови метала реагују на примењена оптерећења. Они су ефикасан показатељ управљања ограничењима сировина;односно колико ће се савити пре ломљења.Сировина мора моћи да издржи процес обликовања без ломљења.
Деструктивно испитивање затезања и тврдоће је поуздан, исплатив метод за одређивање механичких својстава. Међутим, ови тестови нису увек толико поуздани када дебљина сировог материјала почне да ограничава величину испитног узорка. Испитивање затезања равних металних производа је, наравно, и даље корисно, али користи се могу добити дубље посматрањем једног слоја механичке структуре зрна који контролише његово механичко понашање.
Метали се састоје од низа микроскопских кристала званих зрна. Они су насумично распоређени по металу. Атоми легирајућих елемената, као што су гвожђе, хром, никл, манган, силицијум, угљеник, азот, фосфор и сумпор у аустенитним нерђајућим челицима, су део једног атома метала који се формира у чврстом зрну метала. заједничким електронима.
Хемијски састав легуре одређује термодинамички пожељан распоред атома у зрнима, познат као кристална структура.Хомогени делови метала који садрже понављајућу кристалну структуру формирају једно или више зрна званих фазе. Механичка својства легуре су функција кристалне структуре у легури. Исто важи и за величину и распоред сваке фазе зрна.
Већина људи је упозната са фазама воде. Када се течна вода замрзне, постаје чврст лед. Међутим, када је реч о металима, не постоји само једна чврста фаза. Одређене породице легура су назване по својим фазама. Међу нерђајућим челицима, аустенитне легуре серије 300 се састоје првенствено од аустенита када се жаре. ите у легурама нерђајућег челика 410 и 420.
Исто важи и за легуре титанијума. Назив сваке групе легура указује на њихову преовлађујућу фазу на собној температури – алфа, бета или мешавина оба. Постоје алфа, скоро алфа, алфа-бета, бета и скоро бета легуре.
Када се течни метал стврдне, чврсте честице термодинамички пожељне фазе ће се таложити тамо где то дозвољавају притисак, температура и хемијски састав. Ово се обично дешава на површинама, као што су кристали леда на површини топлог језера током хладног дана. Када се зрна формирају језгро, кристална структура расте у једном смеру све док се не наиђе друго зрно. с. Замислите да ставите гомилу Рубикових коцки различитих величина у кутију. Свака коцка има квадратни распоред решетке, али ће све бити распоређене у различитим насумичним правцима. Потпуно очврснути метални радни комад састоји се од низа наизглед насумично оријентисаних зрна.
Сваки пут када се формира зрно, постоји могућност линијских дефеката. Овим дефектима недостају делови кристалне структуре који се називају дислокације. Ове дислокације и њихово накнадно кретање кроз зрно и преко граница зрна су фундаментални за дуктилност метала.
Попречни пресек радног комада се монтира, бруши, полира и угравира да би се видела структура зрна. Када су уједначене и уједначене, микроструктуре посматране на оптичком микроскопу изгледају помало као слагалица. У стварности, зрна су тродимензионална, а попречни пресек сваког зрна ће варирати у зависности од оријентације радног комада.
Када је кристална структура испуњена свим својим атомима, нема места за кретање осим растезања атомских веза.
Када уклоните половину реда атома, стварате прилику да други ред атома склизне у тај положај, ефикасно померајући дислокацију. Када се сила примени на радни предмет, агрегирано кретање дислокација у микроструктури омогућава му да се савија, растеже или сабија без ломљења или ломљења.
Када сила делује на легуру метала, систем повећава енергију. Ако се дода довољно енергије да изазове пластичну деформацију, решетка се деформише и формирају се нове дислокације. Чини се логичним да би ово требало да повећа дуктилност, јер ослобађа више простора и на тај начин ствара потенцијал за веће кретање дислокације. Међутим, када се дислокације сударају, оне могу да поправе једна другу.
Како се број и концентрација дислокација повећавају, све више и више дислокација се спаја заједно, смањујући дуктилност. На крају се појави толико много дислокација да хладно обликовање више није могуће. Пошто постојеће дислокације причвршћивања више не могу да се померају, атомске везе у решетки се растежу док се не разбију или прекину. .
Зрно такође игра важну улогу у жарењу. Жарење материјала очврслог материјала у суштини ресетује микроструктуру и на тај начин враћа дуктилност. Током процеса жарења, зрна се трансформишу у три корака:
Замислите особу која пролази кроз препун вагон. Гомиле се могу стиснути само остављањем празнина између редова, попут дислокација у решетки. Како су напредовали, људи иза њих испуњавали су празнину коју су оставили, док су стварали нови простор испред. Када стигну до другог краја вагона, распоред путника ће се променити у исто време, ако се путници сусрећу у исто време. и ударио у зидове вагона, причврстивши све на своје место. Што се више дислокација појави, то им је теже да се крећу у исто време.
Важно је разумети минимални ниво деформације који је потребан да би се покренула рекристализација. Међутим, ако метал нема довољно енергије деформације пре загревања, до рекристализације неће доћи и зрна ће једноставно наставити да расту изнад своје првобитне величине.
Механичка својства се могу подесити контролисањем раста зрна. Граница зрна је у суштини зид од дислокација. Оне ометају кретање.
Ако је раст зрна ограничен, производиће се већи број ситних зрна. Ова мања зрна се сматрају финијим у смислу структуре зрна. Више граница зрна значи мање померање дислокације и већу чврстоћу.
Ако раст зрна није ограничен, структура зрна постаје грубља, зрна су већа, границе су мање, а снага је мања.
Величина зрна се често помиње као број без јединица, негде између 5 и 15. Ово је релативан однос и повезан је са просечним пречником зрна. Што је већи број, то је финија грануларност.
АСТМ Е112 описује методе за мерење и процену величине зрна. Подразумева бројање количине зрна у датој области. Ово се обично ради сечењем попречног пресека сировог материјала, млевењем и полирањем, а затим га нагризањем киселином да би се откриле честице. Бројање се врши под микроскопом, а повећање величине АСТМ означава величину гранулације. разуман ниво уједначености облика и пречника зрна. Чак може бити корисно ограничити варијације у величини зрна на две или три тачке како би се обезбедио конзистентан учинак на радном комаду.
У случају радног очвршћавања, чврстоћа и дуктилност имају обрнуту везу. Однос између АСТМ величине зрна и чврстоће има тенденцију да буде позитиван и јак, генерално издужење је обрнуто повезано са АСТМ величином зрна. Међутим, прекомерни раст зрна може довести до тога да „мртво меки“ материјали више не раде ефикасно и очвршћавају.
Величина зрна се често помиње као број без јединица, негде између 5 и 15. Ово је релативан однос и повезан је са просечним пречником зрна. Што је већа АСТМ вредност величине зрна, то је више зрна по јединици површине.
Величина зрна жареног материјала варира у зависности од времена, температуре и брзине хлађења. Жарење се обично врши између температуре рекристализације и тачке топљења легуре. Препоручени температурни опсег жарења за аустенитну легуру нерђајућег челика 301 је између 1.900 и 2.050 степени и 0 степени Фаренхајта, око 5 степени Фаренхајта. комерцијално чист титанијум 1. треба да се жари на 1.292 степена Фаренхајта и растопи на око 3.000 степени Фаренхајта.
Током жарења, процеси опоравка и рекристализације се такмиче једни са другима све док рекристализована зрна не потроше сва деформисана зрна. Брзина рекристализације варира у зависности од температуре. Када се рекристализација заврши, преузима се раст зрна. °Ф за исто време.
Ако се материјал не држи у одговарајућем опсегу жарења довољно дуго, резултујућа структура може бити комбинација старих и нових зрна. Ако се желе уједначене особине у целом металу, процес жарења треба да има за циљ постизање уједначене структуре зрна са једнаком осовином. Униформ значи да су сва зрна приближно исте величине, а равноосна значи да су приближно истог облика.
Да би се добила уједначена и равноосна микроструктура, сваки радни предмет треба да буде изложен истој количини топлоте у истом временском периоду и да се хлади истом брзином. Ово није увек лако нити могуће са серијским жарењем, тако да је важно барем сачекати док се цео радни комад не засити на одговарајућој температури пре него што се израчуна време намакања. Дуже време намакања ће резултирати дужим временима намакања и мекшом структуром материјала.
Ако су величина зрна и чврстоћа повезани, а чврстоћа је позната, зашто рачунати зрна, зар не? Сви ​​тестови разарања имају варијабилност. Испитивање затезања, посебно на мањим дебљинама, у великој мери зависи од припреме узорка. Резултати затезне чврстоће који не представљају стварна својства материјала могу доживети превремени отказ.
Ако својства нису уједначена у целом радном комаду, узимање узорка за испитивање затезања или узорка са једне ивице можда неће испричати целу причу. Припрема узорка и тестирање такође може да одузме много времена. Колико тестова је могуће за дати метал и у колико смерова је то изводљиво? Процена структуре зрна је додатно осигурање од изненађења.
Анизотропна, изотропна. Анизотропија се односи на усмереност механичких својстава. Поред чврстоће, анизотропија се може боље разумети испитивањем структуре зрна.
Уједначена и равноосна структура зрна треба да буде изотропна, што значи да има иста својства у свим правцима. Изотропија је посебно важна у процесима дубоког извлачења где је концентричност критична. Када се готов материјал увуче у калуп, анизотропни материјал неће равномерно тећи, што може довести до дефекта који се назива еаринг. у структури може открити локацију нехомогености у радном комаду и помоћи у дијагностици основног узрока.
Правилно жарење је критично за постизање изотропије, али је такође важно разумети степен деформације пре жарења. Како се материјал пластично деформише, зрна почињу да се деформишу. У случају хладног ваљања, претварањем дебљине у дужину, зрна ће се издужити у смеру ваљања. Како се зрна издужују у правцу ваљања. Како се мењају зрна и укупна својства обрадака, мењају се и механичка својства обрадака. , нека оријентација се може задржати чак и након жарења. Ово доводи до анизотропије. За материјале који су дубоко вучени, понекад је потребно ограничити количину деформације пре коначног жарења да би се избегло хабање.
кора поморанџе. Сакупљање није једини дефект дубоког извлачења повезан са матрицом. Кора наранџе настаје када се извлаче сирови материјали са превише грубим честицама. Свако зрно се деформише независно и као функција његове кристалне оријентације. Разлика у деформацији између суседних зрна резултира текстурираним изгледом сличним наранџиној кори.
Баш као и пиксели на ТВ екрану, са фино зрнатом структуром, разлика између сваког зрна ће бити мање приметна, што ће ефективно повећати резолуцију. Само навођење механичких својстава можда неће бити довољно да се обезбеди довољно фина величина зрна да би се спречио ефекат наранџасте коре. Када је варијација димензија радног комада мања од 10 пута већа од 10 пута већег од 10 пута већег броја зрна, особине појединих зрна неће се одразити на понашање појединих зрна. специфичну величину и оријентацију сваког зрна. То се може видети по ефекту наранџине коре на зидовима исцртаних чаша.
За АСТМ величину зрна од 8, просечан пречник зрна је 885 µин. То значи да на свако смањење дебљине од 0,00885 инча или мање може утицати овај ефекат микроформирања.
Иако груба зрна могу узроковати проблеме дубоког извлачења, понекад се препоручују за утискивање. Утискивање је процес деформације у којем се бланко компримује како би се добила жељена површинска топографија, као што је четвртина контура лица Џорџа Вашингтона. За разлику од извлачења жице, жигосање обично не укључује велики проток расутог материјала, али може захтевати само деформисање површине.
Из тог разлога, минимизирање напрезања површинског тока коришћењем грубље структуре зрна може помоћи у ублажавању сила потребних за правилно пуњење калупа. Ово посебно важи за отискивање слободним калупом, где дислокације на површинским зрнима могу слободно да теку, уместо да се акумулирају на границама зрна.
Трендови о којима се овде говори су генерализације које се можда не примењују на одређене делове. Међутим, они су истакли предности мерења и стандардизације величине зрна сировог материјала приликом пројектовања нових делова како би се избегли уобичајени дефекти и оптимизовали параметри калупа.
Произвођачи прецизних машина за штанцање метала и операција дубоког извлачења на металу да би се формирали њихови делови ће добро сарађивати са металурзима на технички квалификованим прецизним ваљцима који могу да им помогну да оптимизују материјале до нивоа зрна. Када су металуршки и инжењерски стручњаци са обе стране везе интегрисани у један тим, то може да има позитивнији утицај на резултате и трансформацију.
СТАМПИНГ Јоурнал је једини индустријски часопис посвећен потребама тржишта штанцања метала. Од 1989. године, публикација покрива најсавременије технологије, трендове у индустрији, најбоље праксе и вести како би помогла професионалцима за штанцање да ефикасније воде свој посао.
Сада са пуним приступом дигиталном издању Тхе ФАБРИЦАТОР, лак приступ вредним индустријским ресурсима.
Дигитално издање Тхе Тубе & Пипе Јоурнал је сада потпуно доступно, пружајући лак приступ вредним индустријским ресурсима.
Уживајте у потпуном приступу дигиталном издању часописа СТАМПИНГ Јоурнал, које пружа најновија технолошка достигнућа, најбоље праксе и вести из индустрије за тржиште штанцања метала.
Сада са пуним приступом дигиталном издању Тхе Фабрицатор ен Еспанол, лак приступ вредним индустријским ресурсима.