Voordele kan verkry word deur insig te verkry in een laag van die korrelstruktuur wat die meganiese gedrag van vlekvrye staal beheer. Getty Images
Die keuse van vlekvrye staal en aluminiumlegerings fokus gewoonlik op sterkte, rekbaarheid, verlenging en hardheid. Hierdie eienskappe dui aan hoe die boustene van die metaal op toegepaste ladings reageer. Hulle is 'n effektiewe aanduiding van die bestuur van grondstofbeperkings; dit wil sê, hoeveel dit sal buig voordat dit breek. Die grondstof moet die gietproses kan weerstaan ​​sonder om te breek.
Destruktiewe trek- en hardheidstoetsing is 'n betroubare, koste-effektiewe metode om meganiese eienskappe te bepaal. Hierdie toetse is egter nie altyd so betroubaar sodra die dikte van die rou materiaal die grootte van die toetsmonster begin beperk nie. Trektoetsing van platmetaalprodukte is natuurlik steeds nuttig, maar voordele kan verkry word deur dieper te kyk na een laag van die korrelstruktuur wat die meganiese gedrag daarvan beheer.
Metale bestaan ​​uit 'n reeks mikroskopiese kristalle wat korrels genoem word. Hulle is lukraak deur die metaal versprei. Atome van legeringselemente, soos yster, chroom, nikkel, mangaan, silikon, koolstof, stikstof, fosfor en swael in austenitiese vlekvrye staal, is deel van 'n enkele korrel. Hierdie atome vorm 'n vaste oplossing van metaalione, wat deur hul gedeelde elektrone in die kristalrooster gebind is.
Die chemiese samestelling van die legering bepaal die termodinamies voorkeurrangskikking van atome in die korrels, bekend as die kristalstruktuur. Homogene gedeeltes van 'n metaal wat 'n herhalende kristalstruktuur bevat, vorm een ​​of meer korrels wat fases genoem word. Die meganiese eienskappe van 'n legering is 'n funksie van die kristalstruktuur in die legering. Dieselfde geld vir die grootte en rangskikking van die korrels van elke fase.
Die meeste mense is vertroud met die stadiums van water. Wanneer vloeibare water vries, word dit soliede ys. Wanneer dit egter by metale kom, is daar nie net een soliede fase nie. Sekere legeringsfamilies word na hul fases vernoem. Onder vlekvrye staal bestaan ​​austenitiese 300-reeks legerings hoofsaaklik uit austeniet wanneer dit gegloei word. 400-reeks legerings bestaan ​​egter uit ferriet in 430 vlekvrye staal of martensiet in 410 en 420 vlekvrye staallegerings.
Dieselfde geld vir titaniumlegerings. Die naam van elke legeringsgroep dui hul oorheersende fase by kamertemperatuur aan – alfa, beta of 'n mengsel van beide. Daar is alfa-, naby-alfa-, alfa-beta-, beta- en naby-beta-legerings.
Wanneer die vloeibare metaal stol, sal die vaste deeltjies van die termodinamies voorkeurfase presipiteer waar druk, temperatuur en chemiese samestelling dit toelaat. Dit gebeur gewoonlik by koppelvlakke, soos yskristalle op die oppervlak van 'n warm dam op 'n koue dag. Wanneer korrels kern vorm, groei die kristalstruktuur in een rigting totdat 'n ander korrel teëgekom word. Korrelgrense vorm by die kruisings van wanpassende roosters as gevolg van die verskillende oriëntasies van die kristalstrukture. Stel jou voor dat jy 'n klomp Rubik-blokkies van verskillende groottes in 'n boks sit. Elke kubus het 'n vierkantige roosterrangskikking, maar hulle sal almal in verskillende ewekansige rigtings gerangskik wees. 'n Volledig gestolde metaalwerkstuk bestaan ​​uit 'n reeks skynbaar ewekansig georiënteerde korrels.
Enige tyd wat 'n korrel gevorm word, is daar 'n moontlikheid van lyndefekte. Hierdie defekte is ontbrekende dele van die kristalstruktuur wat ontwrigtings genoem word. Hierdie ontwrigtings en hul daaropvolgende beweging deur die korrel en oor korrelgrense is fundamenteel vir metaalrekbaarheid.
'n Dwarssnit van die werkstuk word gemonteer, geslyp, gepoleer en geëts om die korrelstruktuur te sien. Wanneer dit uniform en gelykassig is, lyk die mikrostrukture wat op 'n optiese mikroskoop waargeneem word, 'n bietjie soos 'n legkaart. In werklikheid is die korrels driedimensioneel, en die dwarssnit van elke korrel sal wissel na gelang van die oriëntasie van die werkstuk se dwarssnit.
Wanneer 'n kristalstruktuur met al sy atome gevul is, is daar geen ruimte vir beweging behalwe die strek van die atoombindings nie.
Wanneer jy die helfte van 'n ry atome verwyder, skep jy 'n geleentheid vir 'n ander ry atome om in daardie posisie te gly, wat die ontwrigting effektief beweeg. Wanneer 'n krag op die werkstuk toegepas word, stel die saamgevoegde beweging van ontwrigtings in die mikrostruktuur dit in staat om te buig, te rek of saam te pers sonder om te breek of te breek.
Wanneer 'n krag op 'n metaallegering inwerk, verhoog die stelsel energie. As genoeg energie bygevoeg word om plastiese vervorming te veroorsaak, vervorm die rooster en vorm nuwe ontwrigtings. Dit lyk logies dat dit die rekbaarheid moet verhoog, aangesien dit meer ruimte vrymaak en dus die potensiaal vir meer ontwrigtingsbeweging skep. Wanneer ontwrigtings egter bots, kan hulle mekaar regmaak.
Soos die aantal en konsentrasie van ontwrigtings toeneem, word meer en meer ontwrigtings saamgepen, wat die rekbaarheid verminder. Uiteindelik verskyn soveel ontwrigtings dat koue vorming nie meer moontlik is nie. Aangesien bestaande penontwrigtings nie meer kan beweeg nie, rek die atoombindings in die rooster totdat hulle breek of breek. Dit is hoekom metaallegerings werkverharding verrig, en hoekom daar 'n beperking is op die hoeveelheid plastiese vervorming wat 'n metaal kan weerstaan ​​voordat dit breek.
Korrels speel ook 'n belangrike rol in uitgloeiing. Die uitgloeiing van 'n werkverharde materiaal herstel in wese die mikrostruktuur en herstel dus die rekbaarheid. Tydens die uitgloeiingsproses word die korrels in drie stappe getransformeer:
Stel jou voor 'n persoon loop deur 'n stampvol treinwa. Skares kan slegs saamgedruk word deur gapings tussen die rye te laat, soos ontwrigtings in 'n rooster. Soos hulle gevorder het, het die mense agter hulle die leemte gevul wat hulle gelaat het, terwyl hulle nuwe ruimte voor geskep het. Sodra hulle die ander kant van die wa bereik, verander die rangskikking van passasiers. As te veel mense gelyktydig probeer verbygaan, sal passasiers wat probeer om plek te maak vir hul beweging met mekaar bots en teen die mure van die treinwaens tref, wat almal in plek vaspen. Hoe meer ontwrigtings daar verskyn, hoe moeiliker is dit vir hulle om gelyktydig te beweeg.
Dit is belangrik om die minimum vlak van vervorming te verstaan ​​wat nodig is om herkristallisasie te veroorsaak. As die metaal egter nie genoeg vervormingsenergie het voordat dit verhit word nie, sal herkristallisasie nie plaasvind nie en die korrels sal eenvoudig voortgaan om verder as hul oorspronklike grootte te groei.
Meganiese eienskappe kan aangepas word deur korrelgroei te beheer. 'n Korrelgrens is in wese 'n muur van ontwrigtings. Hulle belemmer beweging.
As korrelgroei beperk word, sal 'n groter aantal klein korrels geproduseer word. Hierdie kleiner korrels word as fyner beskou in terme van korrelstruktuur. Meer korrelgrense beteken minder ontwrigtingsbeweging en hoër sterkte.
As korrelgroei nie beperk word nie, word die korrelstruktuur growwer, die korrels groter, die grense kleiner en die sterkte laer.
Korrelgrootte word dikwels na verwys as 'n eenheidslose getal, iewers tussen 5 en 15. Dit is 'n relatiewe verhouding en hou verband met die gemiddelde korreldeursnee. Hoe hoër die getal, hoe fyner die korrelrigheid.
ASTM E112 beskryf metodes vir die meting en evaluering van korrelgrootte. Dit behels die tel van die hoeveelheid korrel in 'n gegewe area. Dit word gewoonlik gedoen deur 'n dwarssnit van die rou materiaal te sny, dit te maal en te poleer, en dit dan met suur te ets om die deeltjies bloot te stel. Telling word onder 'n mikroskoop uitgevoer, en die vergroting laat voldoende monsterneming van die korrels toe. Die toekenning van ASTM-korrelgroottenommers dui op 'n redelike vlak van eenvormigheid in korrelvorm en deursnee. Dit kan selfs voordelig wees om variasie in korrelgrootte tot twee of drie punte te beperk om konsekwente werkverrigting oor die werkstuk te verseker.
In die geval van werkverharding het sterkte en rekbaarheid 'n omgekeerde verhouding. Die verhouding tussen ASTM-korrelgrootte en sterkte is geneig om positief en sterk te wees, oor die algemeen is verlenging omgekeerd verwant aan ASTM-korrelgrootte. Oormatige korrelgroei kan egter veroorsaak dat "dooie sagte" materiale nie meer effektief werkverhard nie.
Korrelgrootte word dikwels na verwys as 'n eenheidslose getal, iewers tussen 5 en 15. Dit is 'n relatiewe verhouding en hou verband met die gemiddelde korreldiameter. Hoe hoër die ASTM-korrelgroottewaarde, hoe meer korrels per eenheidsoppervlakte.
Die korrelgrootte van die gegloeide materiaal wissel met tyd, temperatuur en afkoelingstempo. Gloeiing word gewoonlik uitgevoer tussen die herkristallisasietemperatuur en die smeltpunt van die legering. Die aanbevole gloeitemperatuurreeks vir austenitiese vlekvrye staallegering 301 is tussen 1 900 en 2 050 grade Fahrenheit. Dit sal begin smelt rondom 2 550 grade Fahrenheit. In teenstelling hiermee moet kommersieel suiwer graad 1 titanium by 1 292 grade Fahrenheit gegloei word en rondom 3 000 grade Fahrenheit smelt.
Tydens uitgloeiing ding die herstel- en herkristallisasieprosesse met mekaar mee totdat die herkristalliseerde korrels alle misvormde korrels verbruik. Die herkristallisasietempo wissel met temperatuur. Sodra herkristallisasie voltooi is, neem korrelgroei oor. 'n 301 vlekvrye staalwerkstuk wat vir een uur by 1 900 °F uitgegloei is, sal 'n fyner korrelstruktuur hê as dieselfde werkstuk wat vir dieselfde tyd by 2 000 °F uitgegloei is.
Indien die materiaal nie lank genoeg in die korrekte uitgloeiingsbereik gehou word nie, kan die gevolglike struktuur 'n kombinasie van ou en nuwe korrels wees. Indien eenvormige eienskappe dwarsdeur die metaal verlang word, moet die uitgloeiingsproses daarop gemik wees om 'n eenvormige gelykas-korrelstruktuur te verkry. Eenvormig beteken dat alle korrels ongeveer dieselfde grootte is, en gelykas-korrels beteken dat hulle ongeveer dieselfde vorm het.
Om 'n eenvormige en gelykas-mikrostruktuur te verkry, moet elke werkstuk vir dieselfde tyd aan dieselfde hoeveelheid hitte blootgestel word en teen dieselfde tempo afkoel. Dit is nie altyd maklik of moontlik met bondeluitgloeiing nie, daarom is dit belangrik om ten minste te wag totdat die hele werkstuk versadig is by die toepaslike temperatuur voordat die weektyd bereken word. Langer weektye en hoër temperature sal lei tot 'n growwer korrelstruktuur/sagter materiaal en andersom.
As korrelgrootte en sterkte verwant is, en die sterkte bekend is, hoekom moet mens dan korrels bereken, reg? Alle vernietigende toetse het veranderlikheid. Trektoetsing, veral by laer diktes, is grootliks afhanklik van monstervoorbereiding. Treksterkte-resultate wat nie werklike materiaaleienskappe verteenwoordig nie, kan voortydige mislukking ervaar.
Indien die eienskappe nie uniform dwarsdeur die werkstuk is nie, vertel die neem van 'n trektoetsmonster of monster van een rand dalk nie die hele storie nie. Monstervoorbereiding en -toetsing kan ook tydrowend wees. Hoeveel toetse is moontlik vir 'n gegewe metaal, en in hoeveel rigtings is dit haalbaar? Die evaluering van die korrelstruktuur is 'n ekstra versekering teen verrassings.
Anisotropies, isotropies. Anisotropie verwys na die rigting van meganiese eienskappe. Benewens sterkte, kan anisotropie beter verstaan ​​word deur die korrelstruktuur te ondersoek.
'n Uniforme en gelykas-korrelstruktuur moet isotropies wees, wat beteken dat dit dieselfde eienskappe in alle rigtings het. Isotropie is veral belangrik in dieptrekprosesse waar konsentrisiteit krities is. Wanneer die blanko in die vorm getrek word, sal die anisotropiese materiaal nie uniform vloei nie, wat kan lei tot 'n defek wat oorvorming genoem word. Die oorvorming vind plaas waar die boonste deel van die beker 'n golwende silhoeët vorm. Die ondersoek van die korrelstruktuur kan die ligging van inhomogeniteite in die werkstuk openbaar en help om die oorsaak te diagnoseer.
Behoorlike uitgloeiing is van kritieke belang om isotropie te bereik, maar dit is ook belangrik om die mate van vervorming voor uitgloeiing te verstaan. Soos die materiaal plasties vervorm, begin die korrels vervorm. In die geval van koue wals, waar dikte na lengte omgeskakel word, sal die korrels in die rolrigting verleng. Soos die aspekverhouding van die korrels verander, verander die isotropie en algehele meganiese eienskappe ook. In die geval van swaar vervormde werkstukke kan 'n mate van oriëntasie behoue ​​bly selfs na uitgloeiing. Dit lei tot anisotropie. Vir diepgetrekte materiale is dit soms nodig om die hoeveelheid vervorming te beperk voor finale uitgloeiing om slytasie te vermy.
lemoenskil. Optel is nie die enigste dieptrek-defek wat met die matrys geassosieer word nie. Lemoenskil vind plaas wanneer grondstowwe met te growwe deeltjies getrek word. Elke korrel vervorm onafhanklik en as 'n funksie van sy kristaloriëntasie. Die verskil in vervorming tussen aangrensende korrels lei tot 'n tekstuurvoorkoms soortgelyk aan lemoenskil. Tekstuur is die korrelstruktuur wat op die oppervlak van die koppiewand geopenbaar word.
Net soos die pixels op 'n TV-skerm, met 'n fynkorrelstruktuur, sal die verskil tussen elke korrel minder opmerklik wees, wat die resolusie effektief verhoog. Die spesifisering van meganiese eienskappe alleen is dalk nie voldoende om 'n voldoende fyn korrelgrootte te verseker om die lemoenskil-effek te voorkom nie. Wanneer die verandering in werkstukgrootte minder as 10 keer die korreldeursnee is, sal die eienskappe van die individuele korrels die vormingsgedrag dryf. Dit vervorm nie ewe veel oor baie korrels nie, maar weerspieël die spesifieke grootte en oriëntasie van elke korrel. Dit kan gesien word uit die lemoenskil-effek op die wande van die getrekte koppies.
Vir 'n ASTM-korrelgrootte van 8 is die gemiddelde korreldiameter 885 µin. Dit beteken dat enige diktevermindering van 0.00885 duim of minder deur hierdie mikrovormingseffek beïnvloed kan word.
Alhoewel growwe korrels diep trekprobleme kan veroorsaak, word hulle soms aanbeveel vir drukwerk. Stempelwerk is 'n vervormingsproses waarin 'n blanko saamgepers word om 'n verlangde oppervlaktopografie te gee, soos 'n kwart van George Washington se gesigkontoere. Anders as draadtrekwerk, behels stempelwerk gewoonlik nie baie grootmaatmateriaalvloei nie, maar vereis dit baie krag, wat net die oppervlak van die blanko kan vervorm.
Om hierdie rede kan die minimalisering van oppervlakvloeispanning deur 'n growwer korrelstruktuur te gebruik, help om die kragte wat benodig word vir behoorlike vormvulling te verlig. Dit is veral waar in die geval van vry-matrys-afdruk, waar ontwrigtings op oppervlakkorrels vrylik kan vloei eerder as om by korrelgrense op te hoop.
Die tendense wat hier bespreek word, is veralgemenings wat dalk nie op spesifieke afdelings van toepassing is nie. Hulle het egter die voordele van die meting en standaardisering van rou materiaaldeeltjiegrootte tydens die ontwerp van nuwe onderdele uitgelig om algemene slaggate te vermy en gietparameters te optimaliseer.
Vervaardigers van presisie-metaalstempelmasjiene en dieptrekbewerkings op metaal om hul onderdele te vorm, sal goed saamwerk met metallurge op tegnies gekwalifiseerde presisie-herrollers wat hulle kan help om materiale tot op die korrelvlak te optimaliseer. Wanneer metallurgiese en ingenieurskundiges aan beide kante van die verhouding in een span geïntegreer word, kan dit 'n transformerende impak hê en meer positiewe uitkomste lewer.
STAMPING Journal is die enigste bedryfsjoernaal wat toegewy is aan die behoeftes van die metaalstempelmark. Sedert 1989 dek die publikasie die nuutste tegnologieë, bedryfstendense, beste praktyke en nuus om stempelprofessionele persone te help om hul besigheid meer doeltreffend te bedryf.
Nou met volle toegang tot die digitale uitgawe van The FABRICATOR, maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.
Die digitale uitgawe van The Tube & Pipe Journal is nou ten volle toeganklik en bied maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.
Geniet volle toegang tot die digitale uitgawe van STAMPING Journal, wat die nuutste tegnologiese vooruitgang, beste praktyke en bedryfsnuus vir die metaalstempelmark bied.
Nou met volle toegang tot die digitale uitgawe van The Fabricator en Español, maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.