Faydaları paslanmayan poladın mexaniki davranışını idarə edən dənə strukturunun bir təbəqəsi haqqında məlumat əldə etməklə əldə etmək olar. Getty Images
Paslanmayan polad və alüminium ərintilərinin seçimi ümumiyyətlə möhkəmlik, elastiklik, uzanma və sərtlik ətrafında cəmləşir. Bu xüsusiyyətlər metalın tikinti bloklarının tətbiq olunan yüklərə necə reaksiya verdiyini göstərir. Onlar xammal məhdudiyyətlərinin idarə olunmasının effektiv göstəricisidir; yəni qırılmadan əvvəl nə qədər əyiləcəyi. Xammal qırılmadan qəlibləmə prosesinə davam gətirməlidir.
Dağıdıcı dartılma və sərtlik sınağı mexaniki xüsusiyyətləri təyin etmək üçün etibarlı və səmərəli bir üsuldur. Lakin, xammalın qalınlığı sınaq nümunəsinin ölçüsünü məhdudlaşdırmağa başladıqdan sonra bu testlər həmişə etibarlı olmur. Düz metal məhsulların dartılma sınağı əlbəttə ki, yenə də faydalıdır, lakin mexaniki davranışını idarə edən dənə strukturunun bir təbəqəsinə daha dərindən baxmaqla fayda əldə etmək olar.
Metallar dənəciklər adlanan bir sıra mikroskopik kristallardan ibarətdir. Onlar metal boyunca təsadüfi şəkildə paylanmışdır. Austenitik paslanmayan poladlarda dəmir, xrom, nikel, manqan, silisium, karbon, azot, fosfor və kükürd kimi ərinti elementlərinin atomları tək bir dənəciyin bir hissəsidir. Bu atomlar ortaq elektronları vasitəsilə kristal qəfəsinə birləşən metal ionlarının bərk məhlulu əmələ gətirir.
Ərintinin kimyəvi tərkibi, kristal quruluşu kimi tanınan dənələrdəki atomların termodinamik olaraq üstünlük verilən düzülüşünü müəyyən edir. Təkrarlanan kristal quruluşu olan metalın homojen hissələri faza adlanan bir və ya daha çox dənə əmələ gətirir. Ərintinin mexaniki xüsusiyyətləri ərintidəki kristal quruluşunun funksiyasıdır. Eyni şey hər fazanın dənələrinin ölçüsü və düzülüşü üçün də keçərlidir.
Əksər insanlar suyun mərhələləri ilə tanışdırlar. Maye su donduqda bərk buza çevrilir. Lakin metallara gəldikdə, yalnız bir bərk faza olmur. Müəyyən ərinti ailələri fazalarına görə adlandırılır. Paslanmayan poladlar arasında, austenitik 300 seriyalı ərintilər tavlandıqda əsasən austenitə malikdir. Lakin, 400 seriyalı ərintilər 430 paslanmayan poladda ferritdən və ya 410 və 420 paslanmayan polad ərintilərində martensitdən ibarətdir.
Eyni şey titan ərintilərinə də aiddir. Hər bir ərinti qrupunun adı onların otaq temperaturunda üstünlük təşkil edən fazasını - alfa, beta və ya hər ikisinin qarışığını göstərir. Alfa, alfaya yaxın, alfa-beta, beta və betaya yaxın ərintilər var.
Maye metal bərkidikdə, termodinamik cəhətdən üstünlük verilən fazanın bərk hissəcikləri təzyiq, temperatur və kimyəvi tərkibin imkan verdiyi yerlərdə çökəcək. Bu, adətən soyuq gündə isti gölməçənin səthindəki buz kristalları kimi sərhədlərdə baş verir. Dənəciklər nüvələşdikdə, kristal quruluşu başqa bir dənə ilə qarşılaşana qədər bir istiqamətdə böyüyür. Kristal strukturlarının fərqli istiqamətlərinə görə uyğunsuz qəfəslərin kəsişmələrində dənəcik sərhədləri əmələ gəlir. Müxtəlif ölçülü bir dəstə Rubik kubunu bir qutuya qoymağı təsəvvür edin. Hər kub kvadrat şəbəkə düzülüşünə malikdir, lakin hamısı fərqli təsadüfi istiqamətlərdə düzüləcək. Tamamilə bərkimiş metal iş parçası təsadüfi istiqamətlənmiş bir sıra dənəciklərdən ibarətdir.
Dənəcik əmələ gəldikdə, xətt qüsurları ehtimalı var. Bu qüsurlar kristal strukturunun dislokasiya adlanan hissələrinin itkin düşməsidir. Bu dislokasiyalar və onların sonrakı dənəcik boyunca və dənəcik sərhədləri boyunca hərəkəti metalın elastikliyi üçün əsasdır.
Dənəcik quruluşunu görmək üçün iş parçasının en kəsiyi quraşdırılır, cilalanır, cilalanır və oyulur. Vahid və bərabər oxlu olduqda, optik mikroskopda müşahidə edilən mikrostrukturlar bir az pazl kimi görünür. Əslində dənəciklər üçölçülüdür və hər bir dənəciyin en kəsiyi iş parçasının en kəsiyinin istiqamətindən asılı olaraq dəyişəcək.
Kristal quruluş bütün atomları ilə doldurulduqda, atom bağlarının uzanmasından başqa hərəkət üçün yer qalmır.
Bir sıra atomların yarısını çıxardığınız zaman, başqa bir sıra atomların həmin mövqeyə sürüşməsi üçün fürsət yaradırsınız və bu da dislokasiyanı effektiv şəkildə hərəkət etdirir. İş parçasına qüvvə tətbiq edildikdə, mikrostrukturdakı dislokasiyaların aqreqat hərəkəti onun qırılmadan və ya qırılmadan əyilməsinə, uzanmasına və ya sıxılmasına imkan verir.
Bir metal ərintisinə bir qüvvə təsir etdikdə, sistem enerjini artırır. Plastik deformasiyaya səbəb olmaq üçün kifayət qədər enerji əlavə edilərsə, qəfəs deformasiyaya uğrayır və yeni çıxıqlar əmələ gəlir. Bunun daha çox yer boşaltdığı və beləliklə daha çox çıxıq hərəkəti üçün potensial yaratdığı üçün elastikliyi artırması məntiqli görünür. Lakin, çıxıqlar toqquşduqda, onlar bir-birini düzəldə bilərlər.
Dislokasiyaların sayı və konsentrasiyası artdıqca, getdikcə daha çox dislokasiya bir-birinə yapışır və bu da elastikliyi azaldır. Nəticədə o qədər çox dislokasiya yaranır ki, soyuq əmələ gəlmə artıq mümkün deyil. Mövcud sancaq dislokasiyaları artıq hərəkət edə bilmədiyindən, qəfəsdəki atom rabitələri qırılana və ya qırılana qədər uzanır. Məhz buna görə metal ərintiləri bərkiyir və metalın qırılmadan əvvəl tab gətirə biləcəyi plastik deformasiya miqdarında məhdudiyyət var.
Taxıl da tavlamada mühüm rol oynayır. İşlə bərkimiş materialın tavlanması mahiyyət etibarilə mikrostrukturu sıfırlayır və beləliklə, elastikliyi bərpa edir. Tavlama prosesi zamanı taxıllar üç mərhələdə çevrilir:
Təsəvvür edin ki, izdihamlı qatar vaqonunun içindən keçən bir insan var. İzdihamı yalnız sıralar arasında, sanki bir qəfəsdəki çıxıntılar kimi boşluqlar qoymaqla sıxışdırmaq olar. Onlar irəlilədikcə, arxalarındakı insanlar boşluqları doldurur, onlar isə öndə yeni yer yaradırdılar. Vaqonun digər ucuna çatdıqdan sonra sərnişinlərin düzülüşü dəyişir. Eyni anda çox sayda insan keçməyə çalışarsa, hərəkətləri üçün yer açmağa çalışan sərnişinlər bir-biri ilə toqquşacaq və qatar vaqonlarının divarlarına dəyəcək və hamını yerində sıxışdıracaqlar. Nə qədər çox çıxıntı görünsə, eyni anda hərəkət etmək bir o qədər çətinləşir.
Yenidən kristallaşmanı tetiklemek üçün tələb olunan minimum deformasiya səviyyəsini anlamaq vacibdir. Lakin, metal qızdırılmadan əvvəl kifayət qədər deformasiya enerjisinə malik deyilsə, yenidən kristallaşma baş verməyəcək və dənəciklər sadəcə orijinal ölçüsündən kənara çıxmağa davam edəcək.
Mexaniki xüsusiyyətlər dən böyüməsini idarə etməklə tənzimlənə bilər. Dən sərhədi mahiyyət etibarilə çıxıqların divarıdır. Onlar hərəkətə mane olur.
Əgər dən böyüməsi məhdudlaşdırılarsa, daha çox sayda kiçik dənələr əmələ gələcək. Bu kiçik dənələr dən strukturu baxımından daha incə hesab olunur. Daha çox dən sərhədləri daha az dislokasiya hərəkəti və daha yüksək möhkəmlik deməkdir.
Əgər dən böyüməsi məhdudlaşdırılmırsa, dən strukturu daha qaba olur, dənələr daha böyük, sərhədləri daha kiçik və möhkəmliyi daha aşağı olur.
Dənə ölçüsünə çox vaxt 5 ilə 15 arasında olan vahidsiz bir ədəd deyilir. Bu, nisbi nisbətdir və orta dənə diametri ilə əlaqədardır. Rəqəm nə qədər yüksəkdirsə, dənəvərlik bir o qədər incədir.
ASTM E112, dənə ölçüsünün ölçülməsi və qiymətləndirilməsi üsullarını müəyyən edir. Bu, müəyyən bir sahədəki dənə miqdarının sayılmasını əhatə edir. Bu, adətən xammalın en kəsiyini kəsmək, üyütmək və cilalamaq, sonra isə hissəcikləri ifşa etmək üçün turşu ilə aşındırmaqla edilir. Sayma mikroskop altında aparılır və böyütmə dənələrdən adekvat nümunə götürməyə imkan verir. ASTM dənə ölçüsü nömrələrinin təyin edilməsi, dənə formasında və diametrində ağlabatan səviyyədə vahidlik olduğunu göstərir. İş parçasında ardıcıl performans təmin etmək üçün dənə ölçüsündəki dəyişikliyi iki və ya üç nöqtə ilə məhdudlaşdırmaq belə faydalı ola bilər.
İşlə bərkimə halında, möhkəmlik və elastiklik tərs əlaqəyə malikdir. ASTM dənə ölçüsü ilə möhkəmlik arasındakı əlaqə müsbət və güclü olmağa meyllidir, ümumiyyətlə uzanma ASTM dənə ölçüsü ilə tərs mütənasibdir. Lakin, həddindən artıq dənə böyüməsi "ölü yumşaq" materialların artıq effektiv şəkildə bərkiməməsinə səbəb ola bilər.
Dənə ölçüsünə çox vaxt vahidsiz ədəd deyilir, təxminən 5 ilə 15 arasındadır. Bu, nisbi nisbətdir və orta dənə diametri ilə əlaqədardır. ASTM dənə ölçüsü dəyəri nə qədər yüksəkdirsə, vahid sahəyə düşən dənə bir o qədər çoxdur.
Tavlanmış materialın dənəcik ölçüsü zamana, temperatura və soyutma sürətinə görə dəyişir. Tavlama adətən yenidən kristallaşma temperaturu ilə ərimə nöqtəsi arasında aparılır. Austenitik paslanmayan polad ərintisi 301 üçün tövsiyə olunan tavlama temperaturu diapazonu 1900 ilə 2050 dərəcə Farenheyt arasındadır. Təxminən 2550 dərəcə Farenheyt əriməyə başlayacaq. Bunun əksinə olaraq, kommersiya baxımından təmiz 1-ci dərəcəli titan 1292 dərəcə Farenheytdə tavlanmalı və təxminən 3000 dərəcə Farenheyt əridilməlidir.
Tavlama zamanı bərpa və yenidən kristallaşma prosesləri yenidən kristallaşmış dənəciklər bütün deformasiyaya udulana qədər bir-biri ilə rəqabət aparır. Yenidən kristallaşma sürəti temperaturdan asılı olaraq dəyişir. Yenidən kristallaşma başa çatdıqdan sonra dənəciklərin böyüməsi üstünlük təşkil edir. 1900°F temperaturda bir saat tavlanmış 301 paslanmayan polad iş parçası, eyni vaxtda 2000°F temperaturda tavlanmış eyni iş parçasından daha incə dənəcik quruluşuna malik olacaq.
Əgər material lazımi tavlama diapazonunda kifayət qədər uzun müddət saxlanılmazsa, nəticədə yaranan struktur köhnə və yeni dənələrin kombinasiyası ola bilər. Metal boyunca vahid xüsusiyyətlər arzu olunursa, tavlama prosesi vahid bərabər oxlu dənə quruluşuna nail olmağa yönəlməlidir. Vahidlik bütün dənələrin təxminən eyni ölçüdə, bərabər oxlu isə təxminən eyni formada olması deməkdir.
Vahid və bərabər oxlu mikrostruktur əldə etmək üçün hər bir iş parçası eyni müddət ərzində eyni miqdarda istiliyə məruz qalmalı və eyni sürətlə soyumalıdır. Bu, toplu tavlama ilə həmişə asan və ya mümkün olmur, buna görə də islatma müddətini hesablamadan əvvəl ən azı bütün iş parçasının lazımi temperaturda doymasını gözləmək vacibdir. Daha uzun islatma müddətləri və daha yüksək temperaturlar daha qaba dənəcik quruluşuna/daha yumşaq materiala və əksinə səbəb olacaq.
Əgər dənə ölçüsü və möhkəmlik əlaqəlidirsə və möhkəmlik məlumdursa, niyə dənələri hesablamaq lazımdır, elə deyilmi? Bütün dağıdıcı sınaqlar dəyişkənliyə malikdir. Dartılma sınaqları, xüsusən də daha aşağı qalınlıqlarda, əsasən nümunənin hazırlanmasından asılıdır. Həqiqi material xüsusiyyətlərini əks etdirməyən dartılma möhkəmliyi nəticələri vaxtından əvvəl sıradan çıxa bilər.
Əgər xüsusiyyətlər iş parçası boyunca vahid deyilsə, dartılma testi nümunəsi və ya bir kənardan nümunə götürmək bütün hekayəni izah etməyə bilər. Nümunənin hazırlanması və sınaqdan keçirilməsi də vaxt apara bilər. Müəyyən bir metal üçün neçə sınaq mümkündür və neçə istiqamətdə mümkündür? Dənəcik strukturunun qiymətləndirilməsi sürprizlərə qarşı əlavə bir sığortadır.
Anizotrop, izotrop. Anizotropiya mexaniki xüsusiyyətlərin istiqamətliliyinə aiddir. Möhkəmliyə əlavə olaraq, anizotropiyanı dənəcik strukturunu araşdırmaqla daha yaxşı başa düşmək olar.
Vahid və bərabər oxlu dənəcik strukturu izotrop olmalıdır, yəni bütün istiqamətlərdə eyni xüsusiyyətlərə malikdir. İzotropiya xüsusilə konsentrikliyin vacib olduğu dərin çəkmə proseslərində vacibdir. Boşluq qəlibə çəkildikdə, anizotrop material bərabər şəkildə axmayacaq və bu da sırğa adlanan qüsura səbəb ola bilər. Sırğa fincanın yuxarı hissəsinin dalğalı siluet əmələ gətirdiyi yerdə baş verir. Dənəcik strukturunun araşdırılması iş parçasında qeyri-bərabərliklərin yerini aşkar edə və kök səbəbini diaqnoz etməyə kömək edə bilər.
Düzgün tavlama izotropiyaya nail olmaq üçün vacibdir, lakin tavlamadan əvvəl deformasiyanın dərəcəsini anlamaq da vacibdir. Material plastik deformasiyaya uğradıqca, dənəciklər deformasiyaya uğramağa başlayır. Soyuq yayma halında, qalınlığı uzunluğa çevirdikdə, dənəciklər yayma istiqamətində uzanacaq. Dənəcik aspekt nisbəti dəyişdikcə izotropiya və ümumi mexaniki xüsusiyyətlər də dəyişir. Ağır deformasiyaya uğramış iş parçaları halında, tavlamadan sonra belə bəzi istiqamətlər saxlanıla bilər. Bu, anizotropiyaya səbəb olur. Dərin dartılmış materiallar üçün bəzən aşınmanın qarşısını almaq üçün son tavlamadan əvvəl deformasiyanın miqdarını məhdudlaşdırmaq lazımdır.
Portağal qabığı. Qabıqlama qəliblə əlaqəli yeganə dərin çəkmə qüsuru deyil. Portağal qabığı çox iri hissəcikləri olan xammal çəkildikdə baş verir. Hər bir dənə müstəqil olaraq və kristal istiqamətinin funksiyası olaraq deformasiyaya uğrayır. Bitişik dənəciklər arasındakı deformasiya fərqi portağal qabığına bənzər teksturalı görünüşə səbəb olur. Tekstura fincan divarının səthində aşkarlanan dənəcik quruluşdur.
Televizor ekranındakı piksellər kimi, incə dənəli strukturla, hər bir dənə arasındakı fərq daha az nəzərə çarpacaq və bu da qətnaməni effektiv şəkildə artıracaq. Təkcə mexaniki xüsusiyyətlərin müəyyən edilməsi portağal qabığı effektinin qarşısını almaq üçün kifayət qədər incə dənə ölçüsünü təmin etmək üçün kifayət etməyə bilər. İş parçasının ölçü variasiyası dənə diametrinin 10 qatından az olduqda, fərdi dənələrin xüsusiyyətləri formalaşma davranışını idarə edəcək. Bir çox dənə üzərində bərabər şəkildə deformasiyaya uğramır, lakin hər bir dənəyin spesifik ölçüsünü və istiqamətini əks etdirir. Bunu çəkilmiş stəkanların divarlarına portağal qabığı effektindən görmək olar.
ASTM dənə ölçüsü 8 üçün orta dənə diametri 885 µin-dir. Bu o deməkdir ki, 0,00885 düym və ya daha az qalınlıq azalması bu mikroformalaşdırma effektindən təsirlənə bilər.
Kobud dənəciklər dərin çəkmə problemlərinə səbəb ola bilsə də, bəzən çap üçün tövsiyə olunur. Ştamplama, boşluğun Corc Vaşinqtonun üz konturlarının dörddə biri kimi istənilən səth topoqrafiyasını vermək üçün sıxıldığı bir deformasiya prosesidir. Məftil çəkmədən fərqli olaraq, ştamplama adətən çoxlu həcmli material axını tələb etmir, lakin çoxlu qüvvə tələb edir ki, bu da boşluğun səthini deformasiya edə bilər.
Bu səbəbdən, daha qaba dənəcik strukturundan istifadə etməklə səth axını gərginliyini minimuma endirmək, qəlibin düzgün doldurulması üçün tələb olunan qüvvələri azaltmağa kömək edə bilər. Bu, xüsusilə sərbəst qəlibləmə üçün doğrudur, burada səth dənəciklərindəki çıxıntılar dənəcik sərhədlərində yığılmaq əvəzinə sərbəst şəkildə axa bilər.
Burada müzakirə olunan tendensiyalar konkret bölmələrə tətbiq olunmaya biləcək ümumiləşdirmələrdir. Bununla belə, onlar ümumi qüsurların qarşısını almaq və qəlibləmə parametrlərini optimallaşdırmaq üçün yeni hissələrin dizaynı zamanı xammalın dənə ölçüsünün ölçülməsinin və standartlaşdırılmasının faydalarını vurğulamışdır.
Dəqiq metal ştamplama maşınları və metal üzərində dərin çəkmə əməliyyatları istehsalçıları, materialları dənəvər səviyyəyə qədər optimallaşdırmağa kömək edə biləcək texniki cəhətdən ixtisaslı dəqiq rerulerlər üzərində işləyən metallurglarla yaxşı işləyəcəklər. Münasibətlərin hər iki tərəfindəki metallurgiya və mühəndislik mütəxəssisləri bir komandada birləşdirildikdə, bu, transformativ təsir göstərə və daha müsbət nəticələr verə bilər.
STAMPING Jurnalı metal ştamplama bazarının ehtiyaclarını ödəməyə həsr olunmuş yeganə sənaye jurnalıdır. 1989-cu ildən bəri nəşr ştamplama mütəxəssislərinə işlərini daha səmərəli idarə etməyə kömək etmək üçün qabaqcıl texnologiyalar, sənaye trendləri, ən yaxşı təcrübələr və xəbərləri işıqlandırır.
İndi FABRICATOR-un rəqəmsal nəşrinə tam giriş imkanı ilə dəyərli sənaye resurslarına asanlıqla çıxış əldə edə bilərsiniz.
"The Tube & Pipe Journal"ın rəqəmsal nəşri artıq tam əlçatandır və dəyərli sənaye resurslarına asanlıqla çıxış təmin edir.
Metal ştamplama bazarı üçün ən son texnoloji irəliləyişləri, ən yaxşı təcrübələri və sənaye xəbərlərini təqdim edən STAMPING Journal-ın rəqəmsal nəşrinə tam giriş əldə edin.
İndi The Fabricator en Español-un rəqəmsal nəşrinə tam giriş imkanı ilə dəyərli sənaye resurslarına asanlıqla çıxış əldə edə bilərsiniz.