Gellir cael manteision drwy gael cipolwg ar un haen o strwythur y grawn sy'n rheoli ymddygiad mecanyddol dur di-staen. Getty Images
Mae dewis aloion dur di-staen ac alwminiwm yn gyffredinol yn canolbwyntio ar gryfder, hydwythedd, ymestyniad a chaledwch. Mae'r priodweddau hyn yn dangos sut mae blociau adeiladu'r metel yn ymateb i lwythi cymhwysol. Maent yn ddangosydd effeithiol o reoli cyfyngiadau deunydd crai; hynny yw, faint y bydd yn plygu cyn torri. Rhaid i'r deunydd crai allu gwrthsefyll y broses fowldio heb dorri.
Mae profion tynnol a chaledwch dinistriol yn ddull dibynadwy a chost-effeithiol ar gyfer pennu priodweddau mecanyddol. Fodd bynnag, nid yw'r profion hyn bob amser mor ddibynadwy unwaith y bydd trwch y deunydd crai yn dechrau cyfyngu ar faint y sampl prawf. Wrth gwrs, mae profion tynnol ar gynhyrchion metel gwastad yn dal yn ddefnyddiol, ond gellir ennill manteision trwy edrych yn fanylach ar un haen o'r strwythur grawn sy'n rheoli ei ymddygiad mecanyddol.
Mae metelau wedi'u gwneud o gyfres o grisialau microsgopig o'r enw grawn. Maent wedi'u dosbarthu ar hap ledled y metel. Mae atomau elfennau aloi, fel haearn, cromiwm, nicel, manganîs, silicon, carbon, nitrogen, ffosfforws a sylffwr mewn dur gwrthstaen austenitig, yn rhan o un grawn. Mae'r atomau hyn yn ffurfio hydoddiant solet o ïonau metel, sydd wedi'u bondio i'r dellt grisial trwy eu electronau a rennir.
Mae cyfansoddiad cemegol yr aloi yn pennu'r trefniant a ffefrir yn thermodynamig o atomau yn y gronynnau, a elwir yn strwythur crisial. Mae rhannau homogenaidd o fetel sy'n cynnwys strwythur crisial ailadroddus yn ffurfio un neu fwy o ronynnau o'r enw cyfnodau. Mae priodweddau mecanyddol aloi yn swyddogaeth o'r strwythur crisial yn yr aloi. Mae'r un peth yn wir am faint a threfniant gronynnau pob cyfnod.
Mae'r rhan fwyaf o bobl yn gyfarwydd â chyfnodau dŵr. Pan fydd dŵr hylif yn rhewi, mae'n dod yn iâ solet. Fodd bynnag, o ran metelau, nid oes un cyfnod solet yn unig. Mae rhai teuluoedd aloi wedi'u henwi ar ôl eu cyfnodau. Ymhlith duroedd di-staen, mae aloion cyfres 300 austenitig yn cynnwys austenit yn bennaf pan gânt eu hanelio. Fodd bynnag, mae aloion cyfres 400 yn cynnwys ferrite mewn dur di-staen 430 neu martensit mewn aloion dur di-staen 410 a 420.
Mae'r un peth yn wir am aloion titaniwm. Mae enw pob grŵp aloi yn nodi eu prif gyfnod ar dymheredd ystafell – alffa, beta neu gymysgedd o'r ddau. Mae aloion alffa, bron-alffa, alffa-beta, beta a bron-beta.
Pan fydd y metel hylif yn solidio, bydd gronynnau solet y cyfnod a ffefrir yn thermodynamig yn gwaddodi lle mae pwysau, tymheredd a chyfansoddiad cemegol yn caniatáu. Fel arfer mae hyn yn digwydd ar ryngwynebau, fel crisialau iâ ar wyneb pwll cynnes ar ddiwrnod oer. Pan fydd gronynnau'n niwcleo, mae'r strwythur crisial yn tyfu i un cyfeiriad nes dod ar draws gronyn arall. Mae ffiniau gronynnau'n ffurfio wrth groesffyrdd delltiau anghydweddol oherwydd gwahanol gyfeiriadau'r strwythurau crisial. Dychmygwch roi criw o giwbiau Rubik o wahanol feintiau mewn blwch. Mae gan bob ciwb drefniant grid sgwâr, ond byddant i gyd wedi'u trefnu mewn gwahanol gyfeiriadau ar hap. Mae darn gwaith metel wedi'i solidio'n llawn yn cynnwys cyfres o ronynnau sydd i bob golwg wedi'u cyfeirio ar hap.
Unrhyw adeg y ffurfir gronyn, mae posibilrwydd o ddiffygion llinell. Y diffygion hyn yw rhannau coll o'r strwythur crisial o'r enw dadleoliadau. Mae'r dadleoliadau hyn a'u symudiad dilynol trwy'r gronyn ac ar draws ffiniau gronyn yn hanfodol i hydwythedd metel.
Mae trawsdoriad o'r darn gwaith yn cael ei osod, ei falu, ei sgleinio a'i ysgythru i weld strwythur y grawn. Pan fyddant yn unffurf ac yn gyfartal o ran echelin, mae'r microstrwythurau a welir ar ficrosgop optegol yn edrych ychydig fel pos jig-so. Mewn gwirionedd, mae'r grawn yn dri dimensiwn, a bydd trawsdoriad pob grawn yn amrywio yn dibynnu ar gyfeiriadedd trawsdoriad y darn gwaith.
Pan fydd strwythur crisial wedi'i lenwi â'i holl atomau, nid oes lle i symud heblaw am ymestyn y bondiau atomig.
Pan fyddwch chi'n tynnu hanner rhes o atomau, rydych chi'n creu cyfle i res arall o atomau lithro i'r safle hwnnw, gan symud y dadleoliad yn effeithiol. Pan roddir grym ar y darn gwaith, mae symudiad crynodedig y dadleoliadau yn y microstrwythur yn ei alluogi i blygu, ymestyn neu gywasgu heb dorri na thorri.
Pan fydd grym yn gweithredu ar aloi metel, mae'r system yn cynyddu ynni. Os ychwanegir digon o ynni i achosi anffurfiad plastig, mae'r dellt yn anffurfio ac mae dadleoliadau newydd yn ffurfio. Mae'n ymddangos yn rhesymegol y dylai hyn gynyddu hydwythedd, gan ei fod yn rhyddhau mwy o le ac felly'n creu'r potensial ar gyfer mwy o symudiad dadleoliad. Fodd bynnag, pan fydd dadleoliadau'n gwrthdaro, gallant drwsio ei gilydd.
Wrth i nifer a chrynodiad y dadleoliadau gynyddu, mae mwy a mwy o ddadleoliadau'n cael eu pinio at ei gilydd, gan leihau hydwythedd. Yn y pen draw, mae cymaint o ddadleoliadau'n ymddangos fel nad yw ffurfio oer yn bosibl mwyach. Gan na all dadleoliadau pinio presennol symud mwyach, mae'r bondiau atomig yn y dellt yn ymestyn nes eu bod yn torri neu'n torri. Dyma pam mae aloion metel yn caledu'n ôl gwaith, a pham mae terfyn ar faint o anffurfiad plastig y gall metel ei wrthsefyll cyn torri.
Mae grawn hefyd yn chwarae rhan bwysig mewn anelio. Mae anelio deunydd sydd wedi'i galedu trwy waith yn ailosod y microstrwythur yn y bôn ac felly'n adfer hydwythedd. Yn ystod y broses anelio, mae'r grawn yn cael eu trawsnewid mewn tair cam:
Dychmygwch berson yn cerdded trwy gerbyd trên gorlawn. Dim ond trwy adael bylchau rhwng y rhesi y gellir gwasgu torfeydd, fel dadleoliadau mewn dellt. Wrth iddynt symud ymlaen, roedd y bobl y tu ôl iddynt yn llenwi'r gwagle a adawyd ganddynt, tra roeddent yn creu lle newydd o'u blaenau. Unwaith y byddant yn cyrraedd pen arall y cerbyd, mae trefniant y teithwyr yn newid. Os bydd gormod o bobl yn ceisio pasio ar unwaith, bydd teithwyr sy'n ceisio gwneud lle i'w symudiad yn gwrthdaro â'i gilydd ac yn taro waliau'r ceir trên, gan binio pawb yn eu lle. Po fwyaf o ddadleoliadau sy'n ymddangos, y mwyaf anodd yw hi iddynt symud ar yr un pryd.
Mae'n bwysig deall y lefel isaf o anffurfiad sydd ei hangen i sbarduno ailgrisialu. Fodd bynnag, os nad oes gan y metel ddigon o egni anffurfiad cyn cael ei gynhesu, ni fydd ailgrisialu yn digwydd a bydd y grawn yn parhau i dyfu y tu hwnt i'w maint gwreiddiol.
Gellir addasu priodweddau mecanyddol drwy reoli twf grawn. Mae ffin grawn yn wal o ddadleoliadau yn ei hanfod. Maent yn rhwystro symudiad.
Os yw twf grawn yn gyfyngedig, cynhyrchir nifer uwch o rawn bach. Ystyrir bod y grawn llai hyn yn fwy mân o ran strwythur grawn. Mae mwy o ffiniau grawn yn golygu llai o symudiad dadleoliad a chryfder uwch.
Os na chyfyngir ar dwf y grawn, mae strwythur y grawn yn mynd yn fwy bras, mae'r grawn yn fwy, mae'r ffiniau'n llai, ac mae'r cryfder yn is.
Cyfeirir yn aml at faint y grawn fel rhif di-uned, rhywle rhwng 5 a 15. Mae hon yn gymhareb gymharol ac mae'n gysylltiedig â diamedr cyfartalog y grawn. Po uchaf yw'r rhif, y mwyaf manwl yw'r gronynnedd.
Mae ASTM E112 yn amlinellu dulliau ar gyfer mesur a gwerthuso maint y grawn. Mae'n cynnwys cyfrif faint o rawn mewn ardal benodol. Gwneir hyn fel arfer trwy dorri trawsdoriad o'r deunydd crai, ei falu a'i sgleinio, ac yna ei ysgythru ag asid i ddatgelu'r gronynnau. Perfformir cyfrif o dan ficrosgop, ac mae'r chwyddiad yn caniatáu samplu digonol o'r grawn. Mae neilltuo rhifau maint grawn ASTM yn dynodi lefel resymol o unffurfiaeth o ran siâp a diamedr y grawn. Gall hyd yn oed fod yn fanteisiol cyfyngu amrywiad mewn maint y grawn i ddau neu dri phwynt i sicrhau perfformiad cyson ar draws y darn gwaith.
Yn achos caledu gwaith, mae gan gryfder a hydwythedd berthynas wrthdro. Mae'r berthynas rhwng maint grawn ASTM a chryfder yn tueddu i fod yn bositif ac yn gryf, yn gyffredinol mae ymestyniad yn gysylltiedig yn wrthdro â maint grawn ASTM. Fodd bynnag, gall twf grawn gormodol achosi i ddeunyddiau "meddal marw" beidio â chaledu gwaith yn effeithiol mwyach.
Cyfeirir yn aml at faint y grawn fel rhif di-uned, rhywle rhwng 5 a 15. Mae hon yn gymhareb gymharol ac mae'n gysylltiedig â diamedr cyfartalog y grawn. Po uchaf yw gwerth maint y grawn ASTM, y mwyaf o rawn fesul uned arwynebedd.
Mae maint grawn y deunydd wedi'i anelio yn amrywio gydag amser, tymheredd a chyfradd oeri. Fel arfer, cynhelir anelio rhwng tymheredd ailgrisialu a phwynt toddi'r aloi. Yr ystod tymheredd anelio a argymhellir ar gyfer aloi dur di-staen austenitig 301 yw rhwng 1,900 a 2,050 gradd Fahrenheit. Bydd yn dechrau toddi tua 2,550 gradd Fahrenheit. Mewn cyferbyniad, dylid anelio titaniwm gradd 1 pur yn fasnachol ar 1,292 gradd Fahrenheit a thoddi tua 3,000 gradd Fahrenheit.
Yn ystod anelio, mae'r prosesau adfer ac ailgrisialu yn cystadlu â'i gilydd nes bod y grawn wedi'u hailgrisialu yn bwyta'r holl rawn wedi'u hanffurfio. Mae'r gyfradd ailgrisialu yn amrywio gyda thymheredd. Unwaith y bydd yr ailgrisialu wedi'i gwblhau, mae twf y grawn yn cymryd drosodd. Bydd gan ddarn gwaith dur di-staen 301 wedi'i anelio ar 1,900°F am awr strwythur grawn mânach na'r un darn gwaith wedi'i anelio ar 2,000°F am yr un amser.
Os na chaiff y deunydd ei gadw yn yr ystod anelio briodol yn ddigon hir, gall y strwythur sy'n deillio o hyn fod yn gyfuniad o ronynnau hen a newydd. Os dymunir priodweddau unffurf ledled y metel, dylai'r broses anelio anelu at gyflawni strwythur grawn unffurf o echelin gyfartal. Mae unffurf yn golygu bod pob grawn tua'r un maint, ac mae un echelin gyfartal yn golygu eu bod tua'r un siâp.
I gael microstrwythur unffurf ac echelin gyfartal, dylai pob darn gwaith gael ei amlygu i'r un faint o wres am yr un faint o amser a dylai oeri ar yr un gyfradd. Nid yw hyn bob amser yn hawdd nac yn bosibl gydag anelio swp, felly mae'n bwysig aros o leiaf nes bod y darn gwaith cyfan wedi'i ddirlawn ar y tymheredd priodol cyn cyfrifo'r amser socian. Bydd amseroedd socian hirach a thymheredd uwch yn arwain at strwythur grawn mwy bras/deunydd meddalach ac i'r gwrthwyneb.
Os yw maint a chryfder y grawn yn gysylltiedig, a bod y cryfder yn hysbys, pam cyfrifo'r grawn, iawn? Mae gan bob prawf dinistriol amrywioldeb. Mae profion tynnol, yn enwedig ar drwch is, yn dibynnu'n fawr ar baratoi samplau. Gall canlyniadau cryfder tynnol nad ydynt yn cynrychioli priodweddau deunydd gwirioneddol brofi methiant cynamserol.
Os nad yw'r priodweddau'n unffurf ledled y darn gwaith, efallai na fydd cymryd sbesimen prawf tynnol neu sampl o un ymyl yn dweud y stori gyfan. Gall paratoi a phrofi samplau hefyd gymryd llawer o amser. Faint o brofion sy'n bosibl ar gyfer metel penodol, ac i faint o gyfeiriadau y mae'n ymarferol? Mae gwerthuso strwythur y grawn yn yswiriant ychwanegol yn erbyn syrpreisys.
Anisotropig, isotropig. Mae anisotropi yn cyfeirio at gyfeiriadedd priodweddau mecanyddol. Yn ogystal â chryfder, gellir deall anisotropi yn well trwy archwilio strwythur y grawn.
Dylai strwythur graen unffurf ac echelin gyfartal fod yn isotropig, sy'n golygu bod ganddo'r un priodweddau ym mhob cyfeiriad. Mae isotropi yn arbennig o bwysig mewn prosesau lluniadu dwfn lle mae crynodedd yn hanfodol. Pan gaiff y bwlch ei dynnu i'r mowld, ni fydd y deunydd anisotropig yn llifo'n unffurf, a all arwain at ddiffyg o'r enw clustdlysu. Mae'r clustdlysu yn digwydd lle mae rhan uchaf y cwpan yn ffurfio silwét tonnog. Gall archwilio strwythur y graen ddatgelu lleoliad anghysondebau yn y darn gwaith a helpu i wneud diagnosis o'r achos gwreiddiol.
Mae anelio priodol yn hanfodol i gyflawni isotropi, ond mae hefyd yn bwysig deall maint yr anffurfiad cyn anelio. Wrth i'r deunydd anffurfio'n blastig, mae'r grawn yn dechrau anffurfio. Yn achos rholio oer, gan drosi trwch i hyd, bydd y grawn yn ymestyn i gyfeiriad y rholio. Wrth i gymhareb agwedd y grawn newid, felly hefyd y mae'r isotropi a'r priodweddau mecanyddol cyffredinol. Yn achos darnau gwaith sydd wedi'u hanffurfio'n drwm, gellir cadw rhywfaint o gyfeiriadedd hyd yn oed ar ôl anelio. Mae hyn yn arwain at anisotropi. Ar gyfer deunyddiau wedi'u tynnu'n ddwfn, weithiau mae angen cyfyngu ar faint o anffurfiad cyn anelio terfynol er mwyn osgoi traul.
croen oren. Nid codi yw'r unig ddiffyg tynnu dwfn sy'n gysylltiedig â marw. Mae croen oren yn digwydd pan fydd deunyddiau crai gyda gronynnau rhy fras yn cael eu tynnu. Mae pob gronyn yn anffurfio'n annibynnol ac fel swyddogaeth o'i gyfeiriadedd grisial. Mae'r gwahaniaeth mewn anffurfiad rhwng gronynnau cyfagos yn arwain at ymddangosiad gweadog tebyg i groen oren. Gwead yw'r strwythur gronynnog a ddatgelir ar wyneb wal y cwpan.
Yn union fel y picseli ar sgrin deledu, gyda strwythur mân-graen, bydd y gwahaniaeth rhwng pob gronyn yn llai amlwg, gan gynyddu'r datrysiad yn effeithiol. Efallai na fydd nodi priodweddau mecanyddol yn unig yn ddigon i sicrhau maint gronyn digon mân i atal effaith croen oren. Pan fydd y newid ym maint y darn gwaith yn llai na 10 gwaith diamedr y gronyn, bydd priodweddau'r gronynnau unigol yn gyrru'r ymddygiad ffurfio. Nid yw'n anffurfio'n gyfartal dros lawer o gronynnau, ond mae'n adlewyrchu maint a chyfeiriadedd penodol pob gronyn. Gellir gweld hyn o effaith croen oren ar waliau'r cwpanau a dynnwyd.
Ar gyfer maint grawn ASTM o 8, diamedr cyfartalog y grawn yw 885 µin. Mae hyn yn golygu y gall unrhyw ostyngiad trwch o 0.00885 modfedd neu lai gael ei effeithio gan yr effaith microffurfio hon.
Er y gall grawn bras achosi problemau lluniadu dwfn, weithiau fe'u hargymhellir ar gyfer argraffu. Mae stampio yn broses anffurfio lle mae gwag yn cael ei gywasgu i roi topograffeg arwyneb a ddymunir, fel chwarter o amlinelliadau wyneb George Washington. Yn wahanol i luniadu gwifren, nid yw stampio fel arfer yn cynnwys llawer o lif deunydd swmp, ond mae angen llawer o rym, a all anffurfio wyneb y gwag yn unig.
Am y rheswm hwn, gall lleihau straen llif arwyneb trwy ddefnyddio strwythur grawn mwy bras helpu i leddfu'r grymoedd sydd eu hangen ar gyfer llenwi mowld yn iawn. Mae hyn yn arbennig o wir yn achos argraffu marw rhydd, lle gall dadleoliadau ar rawn arwyneb lifo'n rhydd yn hytrach na chronni ar ffiniau grawn.
Mae'r tueddiadau a drafodir yma yn gyffredinoliadau nad ydynt efallai'n berthnasol i adrannau penodol. Fodd bynnag, fe wnaethant dynnu sylw at fanteision mesur a safoni maint gronynnau deunydd crai wrth ddylunio rhannau newydd er mwyn osgoi peryglon cyffredin ac optimeiddio paramedrau mowldio.
Bydd gweithgynhyrchwyr peiriannau stampio metel manwl gywir a gweithrediadau tynnu dwfn ar fetel i ffurfio eu rhannau yn gweithio'n dda gyda metelegwyr ar ail-rolwyr manwl gywir cymwys yn dechnegol a all eu helpu i optimeiddio deunyddiau i lawr i lefel y grawn. Pan fydd arbenigwyr metelegol a pheirianneg ar ddwy ochr y berthynas yn cael eu hintegreiddio i mewn i un tîm, gall gael effaith drawsnewidiol a chynhyrchu canlyniadau mwy cadarnhaol.
STAMPING Journal yw'r unig gyfnodolyn diwydiant sy'n ymroddedig i wasanaethu anghenion y farchnad stampio metel. Ers 1989, mae'r cyhoeddiad wedi bod yn ymdrin â thechnolegau arloesol, tueddiadau'r diwydiant, arferion gorau a newyddion i helpu gweithwyr proffesiynol stampio i redeg eu busnes yn fwy effeithlon.
Nawr gyda mynediad llawn i rifyn digidol The FABRICATOR, mynediad hawdd at adnoddau gwerthfawr y diwydiant.
Mae rhifyn digidol The Tube & Pipe Journal bellach yn gwbl hygyrch, gan ddarparu mynediad hawdd at adnoddau gwerthfawr y diwydiant.
Mwynhewch fynediad llawn i rifyn digidol STAMPING Journal, sy'n darparu'r datblygiadau technolegol diweddaraf, arferion gorau a newyddion y diwydiant ar gyfer y farchnad stampio metel.
Nawr gyda mynediad llawn i rifyn digidol The Fabricator en Español, mynediad hawdd at adnoddau gwerthfawr y diwydiant.