Paslanmaz çeliğin mekanik davranışını kontrol eden tanecik yapısının bir katmanı hakkında fikir edinerek faydalar elde edilebilir.Getty Images
Paslanmaz çelik ve alüminyum alaşımlarının seçimi genellikle dayanım, süneklik, uzama ve sertliğe odaklanır. Bu özellikler, metalin yapı taşlarının uygulanan yüklere nasıl tepki verdiğini gösterir. Hammadde kısıtlamalarını yönetmenin etkili bir göstergesidir;yani kırılmadan önce ne kadar büküleceğidir. Hammaddenin kalıplama işlemine kırılmadan dayanabilmesi gerekir.
Tahribatlı çekme ve sertlik testi, mekanik özellikleri belirlemek için güvenilir, uygun maliyetli bir yöntemdir. Ancak, ham maddenin kalınlığı test numunesinin boyutunu sınırlamaya başladığında bu testler her zaman o kadar güvenilir değildir. Yassı metal ürünlerin çekme testi elbette yine de yararlıdır, ancak tanecik yapısının mekanik davranışını kontrol eden bir katmanına daha derinlemesine bakılarak faydalar elde edilebilir.
Metaller, tane adı verilen bir dizi mikroskobik kristalden oluşur. Metal boyunca rastgele dağılmışlardır. Östenitik paslanmaz çeliklerde demir, krom, nikel, manganez, silikon, karbon, nitrojen, fosfor ve kükürt gibi alaşım elementlerinin atomları tek bir tanenin parçasıdır. Bu atomlar, ortak elektronları aracılığıyla kristal kafese bağlanan metal iyonlarının katı bir çözeltisini oluşturur.
Alaşımın kimyasal bileşimi, kristal yapı olarak bilinen, tanelerdeki atomların termodinamik olarak tercih edilen dizilişini belirler. Tekrar eden bir kristal yapı içeren bir metalin homojen kısımları, faz adı verilen bir veya daha fazla tane oluşturur. Bir alaşımın mekanik özellikleri, alaşımdaki kristal yapının bir fonksiyonudur.
Çoğu insan suyun aşamalarına aşinadır. Sıvı su donduğunda, katı buz haline gelir. Ancak, metaller söz konusu olduğunda, sadece bir katı faz yoktur. Alaşımlı aileler fazlarından sonra adlandırılır. Paslanmaz çelikler, östenitik 300 serisi alaşımları, paslanmaz çelikler. Çelik alaşımları.
Aynı şey titanyum alaşımları için de geçerli. Her bir alaşım grubunun adı, oda sıcaklığındaki baskın fazını gösterir - alfa, beta veya her ikisinin karışımı. Alfa, alfaya yakın, alfa-beta, beta ve betaya yakın alaşımlar vardır.
Sıvı metal katılaştığında, termodinamik olarak tercih edilen fazın katı parçacıkları, basınç, sıcaklık ve kimyasal bileşimin izin verdiği yerlerde çökelir. Bu genellikle, soğuk bir günde ılık bir havuzun yüzeyindeki buz kristalleri gibi arayüzlerde olur. Taneler çekirdeklendiğinde, kristal yapı, başka bir taneyle karşılaşılıncaya kadar bir yönde büyür. Tane sınırları, kristal yapıların farklı yönelimleri nedeniyle uyumsuz kafeslerin kesişme noktalarında oluşur. Bir kutuya farklı boyutlarda bir demet Rubik küpü koyduğunuzu hayal edin. Her küp kare bir ızgara düzenlemesine sahiptir, ancak hepsi farklı rastgele yönlerde düzenlenecektir. Tamamen katılaşmış bir metal iş parçası, görünüşte rastgele yönlendirilmiş bir dizi taneden oluşur.
Bir tanecik oluştuğunda, hat kusurları olasılığı vardır. Bu kusurlar, dislokasyon adı verilen kristal yapının eksik parçalarıdır. Bu dislokasyonlar ve bunların tane boyunca ve tane sınırları boyunca müteakip hareketleri, metal sünekliği için temeldir.
Tane yapısını görmek için iş parçasının enine kesiti monte edilir, taşlanır, parlatılır ve kazınır. Düzgün ve eş eksenli olduğunda, optik mikroskopta gözlemlenen mikro yapılar biraz yapboz gibi görünür. Gerçekte, taneler üç boyutludur ve her bir tanenin enine kesiti, iş parçası enine kesitinin yönüne bağlı olarak değişir.
Bir kristal yapı tüm atomlarıyla dolduğunda, atomik bağların gerilmesi dışında hareket için yer yoktur.
Bir sıra atomun yarısını çıkardığınızda, başka bir sıra atomun bu pozisyona kayması için bir fırsat yaratırsınız ve dislokasyonu etkili bir şekilde hareket ettirirsiniz. İş parçasına bir kuvvet uygulandığında, mikro yapıdaki dislokasyonların toplu hareketi, parçanın kırılmadan veya kırılmadan bükülmesini, gerilmesini veya sıkışmasını sağlar.
Bir metal alaşıma kuvvet etki ettiğinde, sistem enerjiyi artırır. Plastik deformasyona neden olacak kadar enerji eklenirse, kafes deforme olur ve yeni dislokasyonlar oluşur. Daha fazla alan boşalttığı ve böylece daha fazla dislokasyon hareketi potansiyeli yarattığı için bunun sünekliği artırması mantıklı görünmektedir. Ancak, dislokasyonlar çarpıştığında birbirlerini sabitleyebilirler.
Dislokasyonların sayısı ve konsantrasyonu arttıkça, daha fazla dislokasyon birbirine tutturularak süneklik azalır. Sonunda o kadar çok dislokasyon ortaya çıkar ki soğuk şekillendirme artık mümkün değildir. Mevcut pinli dislokasyonlar artık hareket edemediğinden, kafesteki atomik bağlar kırılana veya kopana kadar gerilir. Bu nedenle metal alaşımları sertleşir ve bir metalin kırılmadan önce dayanabileceği plastik deformasyon miktarının bir sınırı vardır.
Tahıl tavlamada da önemli bir rol oynar. İşleme ile sertleştirilmiş bir malzemenin tavlanması esas olarak mikro yapıyı sıfırlar ve böylece sünekliği geri kazandırır. Tavlama işlemi sırasında taneler üç adımda dönüştürülür:
Kalabalık bir tren vagonunun içinden yürüyen bir insan düşünün. Kalabalık ancak sıralar arası boşluk bırakılarak sıkıştırılabilir, tıpkı bir kafesteki dislokasyonlar gibi. görünen, aynı anda hareket etmeleri onlar için daha zor.
Yeniden kristalleşmeyi tetiklemek için gereken minimum deformasyon seviyesini anlamak önemlidir. Ancak, metal ısıtılmadan önce yeterli deformasyon enerjisine sahip değilse, yeniden kristalleşme gerçekleşmez ve taneler orijinal boyutlarının ötesinde büyümeye devam eder.
Tane büyümesi kontrol edilerek mekanik özellikler ayarlanabilir. Tane sınırı esas olarak bir dislokasyon duvarıdır. Hareketi engellerler.
Tane büyümesi kısıtlanırsa, daha fazla sayıda küçük tane üretilecektir. Bu daha küçük taneler, tane yapısı açısından daha ince kabul edilir. Daha fazla tane sınırı, daha az dislokasyon hareketi ve daha yüksek mukavemet anlamına gelir.
Tane büyümesi kısıtlanmazsa, tane yapısı kabalaşır, taneler irileşir, sınırlar küçülür ve mukavemet düşer.
Tane boyutuna genellikle 5 ile 15 arasında birimsiz bir sayı denir. Bu göreceli bir orandır ve ortalama tane çapıyla ilişkilidir. Sayı ne kadar yüksek olursa taneciklik o kadar ince olur.
ASTM E112, tane boyutunu ölçmek ve değerlendirmek için yöntemleri ana hatlarıyla belirtir.Belirli bir alandaki tane miktarının sayılmasını içerir.Bu genellikle ham maddenin bir enine kesitinin kesilmesi, öğütülmesi ve parlatılması ve ardından parçacıkların ortaya çıkması için asitle aşındırılmasıyla yapılır.Sayma mikroskop altında gerçekleştirilir ve büyütme, tanelerin yeterli şekilde örneklenmesini sağlar.ASTM tane boyutu numaralarının atanması, tane şekli ve çapında makul bir tekdüzelik düzeyi gösterir.Tane boyutundaki değişimi iki veya üç noktayla sınırlamak bile avantajlı olabilir iş parçası boyunca tutarlı performans sağlamak için.
Sertleşme durumunda, mukavemet ve süneklik ters bir ilişkiye sahiptir. ASTM tane boyutu ile mukavemet arasındaki ilişki pozitif ve güçlü olma eğilimindedir, genellikle uzama, ASTM tane boyutu ile ters orantılıdır. Ancak, aşırı tane büyümesi, "ölü yumuşak" malzemelerin artık etkili bir şekilde katılaşmamasına neden olabilir.
Tane boyutu genellikle 5 ile 15 arasında birimsiz bir sayı olarak adlandırılır. Bu göreceli bir orandır ve ortalama tane çapıyla ilişkilidir. ASTM tane boyutu değeri ne kadar yüksek olursa, birim alan başına o kadar fazla tane tane olur.
Tavlanan malzemenin tane boyutu zamana, sıcaklığa ve soğuma hızına göre değişir. Tavlama genellikle yeniden kristalleşme sıcaklığı ile alaşımın erime noktası arasında gerçekleştirilir. Östenitik paslanmaz çelik alaşım 301 için önerilen tavlama sıcaklığı aralığı 1.900 ila 2.050 Fahrenhayt derecedir. Erime 2.550 Fahrenhayt derece civarında başlar. Buna karşılık, ticari olarak saf 1. derece titanyum 1.292 derecede tavlanmalıdır. Fahrenheit ve yaklaşık 3.000 Fahrenheit derece eritin.
Tavlama sırasında, geri kazanma ve yeniden kristalleştirme süreçleri, yeniden kristalleşen taneler tüm deforme olmuş taneleri tüketene kadar birbiriyle yarışır. Yeniden kristalleşme hızı sıcaklığa göre değişir. Yeniden kristalleşme tamamlandığında, tane büyümesi devreye girer. 1.900°F'de bir saat tavlanan bir 301 paslanmaz çelik iş parçası, aynı zamanda 2.000°F'de tavlanan aynı iş parçasından daha ince bir tane yapısına sahip olacaktır.
Malzeme uygun tavlama aralığında yeterince uzun süre tutulmazsa, ortaya çıkan yapı eski ve yeni taneciklerin bir kombinasyonu olabilir. Metal boyunca tekdüze özellikler isteniyorsa, tavlama işlemi tek tip bir eş eksenli tane yapısı elde etmeyi amaçlamalıdır. Tekdüze, tüm tanelerin yaklaşık olarak aynı boyutta olduğu ve eş eksenli, bunların yaklaşık olarak aynı şekilde olduğu anlamına gelir.
Düzgün ve eş eksenli bir mikro yapı elde etmek için, her bir iş parçası aynı miktarda ısıya aynı süre boyunca maruz bırakılmalı ve aynı oranda soğumalıdır. Bu toplu tavlamada her zaman kolay veya mümkün değildir, bu nedenle ıslatma süresini hesaplamadan önce en azından tüm iş parçasının uygun sıcaklıkta doymasını beklemek önemlidir.
Tane boyutu ve mukavemeti ilişkiliyse ve mukavemet biliniyorsa, neden taneleri hesaplasın ki?
Özellikler iş parçası boyunca aynı değilse, bir çekme testi numunesi veya bir kenardan numune almak tüm hikayeyi anlatmayabilir. Numune hazırlama ve test etme de zaman alıcı olabilir. Belirli bir metal için kaç test yapılabilir ve kaç yönde yapılabilir? Tane yapısını değerlendirmek sürprizlere karşı ekstra bir sigortadır.
Anizotropik, izotropik. Anizotropi, mekanik özelliklerin yönlülüğünü ifade eder. Mukavemete ek olarak, anizotropi tane yapısı incelenerek daha iyi anlaşılabilir.
Düzgün ve eş eksenli bir tane yapısı izotropik olmalıdır, bu da her yönde aynı özelliklere sahip olduğu anlamına gelir. İzotropi, özellikle eşmerkezliliğin kritik olduğu derin çekme işlemlerinde önemlidir. İş parçası kalıba çekildiğinde, anizotropik malzeme düzgün bir şekilde akmaz ve bu da küpe adı verilen bir kusura yol açabilir. Küpe, çanağın üst kısmının dalgalı bir siluet oluşturduğu yerde oluşur. Tane yapısının incelenmesi, iş parçasındaki homojensizliklerin yerini ortaya çıkarabilir ve temel nedeni teşhis etmeye yardımcı olabilir.
Uygun tavlama, izotropiye ulaşmak için kritiktir, ancak tavlamadan önceki deformasyonun boyutunu anlamak da önemlidir. Malzeme plastik olarak deforme olurken, taneler deforme olmaya başlar. Soğuk haddeleme durumunda, kalınlığı uzunluğa dönüştürürken, taneler haddeleme yönünde uzar. Tanelerin en-boy oranı değiştikçe, izotropi ve genel mekanik özellikler de değişir. Çok deforme olmuş iş parçalarında, tavlamadan sonra bile bazı yönler korunabilir. otropi. Derin çekilmiş malzemeler için, aşınmayı önlemek için son tavlamadan önce bazen deformasyon miktarını sınırlamak gerekir.
portakal kabuğu.Kalpla ilgili tek derin çekme kusuru toplanma değildir.Portakal kabuğu, çok iri parçacıklara sahip ham maddeler çekildiğinde ortaya çıkar.Her bir tane bağımsız olarak ve kristal yönünün bir fonksiyonu olarak deforme olur.Bitişik taneler arasındaki deformasyon farkı, portakal kabuğuna benzer dokulu bir görünüme neden olur.Doku, fincan duvarının yüzeyinde ortaya çıkan granüler yapıdır.
Tıpkı ince taneli bir yapıya sahip bir TV ekranındaki pikseller gibi, her bir tanecik arasındaki fark daha az fark edilir olacak ve bu da çözünürlüğü etkili bir şekilde artıracaktır. Tek başına mekanik özelliklerin belirtilmesi, portakal kabuğu etkisini önlemek için yeterince ince bir tane boyutunun sağlanması için yeterli olmayabilir. çizilmiş bardakların duvarları.
8'lik bir ASTM tane boyutu için ortalama tane çapı 885 µin'dir. Bu, 0,00885 inç veya daha az kalınlıktaki herhangi bir azalmanın bu mikro biçimlendirme etkisinden etkilenebileceği anlamına gelir.
İri tanecikler derin çekme sorunlarına neden olabilse de, bazen baskı için tavsiye edilirler. Damgalama, George Washington'ın yüz hatlarının dörtte biri gibi istenen bir yüzey topografyasını vermek için bir boşluğun sıkıştırıldığı bir deformasyon işlemidir. Tel çekmenin aksine, damgalama genellikle çok fazla dökme malzeme akışı içermez, ancak çok fazla kuvvet gerektirir, bu da yalnızca işlenmemiş parçanın yüzeyini deforme edebilir.
Bu nedenle, daha iri taneli bir yapı kullanarak yüzey akış stresini en aza indirmek, kalıbın uygun şekilde doldurulması için gereken kuvvetlerin hafifletilmesine yardımcı olabilir. Bu, özellikle yüzey taneleri üzerindeki dislokasyonların tane sınırlarında birikmek yerine serbestçe akabildiği serbest kalıp baskısı durumunda geçerlidir.
Burada tartışılan eğilimler, belirli bölümler için geçerli olmayabilecek genellemelerdir. Bununla birlikte, yeni parçalar tasarlarken yaygın tuzaklardan kaçınmak ve kalıplama parametrelerini optimize etmek için ham madde parçacık boyutunu ölçmenin ve standartlaştırmanın faydalarını vurguladılar.
Parçalarına şekil vermek için hassas metal damgalama makineleri ve metal üzerinde derin çekme operasyonları üreticileri, malzemeleri tane seviyesine kadar optimize etmelerine yardımcı olabilecek, teknik olarak nitelikli hassas yeniden silindirler üzerinde metalurjistler ile iyi çalışacaktır. İlişkinin her iki tarafındaki metalurji ve mühendislik uzmanları tek bir ekipte bir araya getirildiğinde, dönüştürücü bir etkiye sahip olabilir ve daha olumlu sonuçlar üretebilir.
STAMPING Journal, kendini metal damgalama pazarının ihtiyaçlarına hizmet etmeye adamış tek endüstri dergisidir. 1989'dan bu yana, yayın, damgalama profesyonellerinin işlerini daha verimli bir şekilde yürütmelerine yardımcı olmak için en son teknolojileri, endüstri trendlerini, en iyi uygulamaları ve haberleri kapsamaktadır.
Şimdi FABRICATOR'un dijital sürümüne tam erişimle, değerli endüstri kaynaklarına kolay erişim.
The Tube & Pipe Journal'ın dijital baskısı artık tamamen erişilebilir durumdadır ve değerli endüstri kaynaklarına kolay erişim sağlar.
Metal damgalama pazarı için en son teknolojik gelişmeleri, en iyi uygulamaları ve endüstri haberlerini sağlayan STAMPING Journal'ın dijital baskısına tam erişimin keyfini çıkarın.
Şimdi The Fabricator en Español'un dijital baskısına tam erişimle, değerli endüstri kaynaklarına kolay erişim.