Oni povas akiri avantaĝojn per kompreno pri unu tavolo de la grenstrukturo, kiu kontrolas la mekanikan konduton de neoksidebla ŝtalo. Getty Images
La elekto de rustorezista ŝtalo kaj aluminio-alojoj ĝenerale centriĝas ĉirkaŭ forto, duktileco, plilongigo kaj malmoleco. Ĉi tiuj ecoj indikas kiel la konstrubriketoj de la metalo respondas al aplikitaj ŝarĝoj. Ili estas efika indikilo por administri la limigojn de krudmaterialoj; tio estas, kiom ĝi fleksiĝos antaŭ rompiĝo. La krudmaterialo devas povi elteni la fandadan procezon sen rompiĝo.
Detrua streĉa kaj malmoleca testado estas fidinda kaj kostefika metodo por determini mekanikajn ecojn. Tamen, ĉi tiuj testoj ne ĉiam estas tiel fidindaj post kiam la dikeco de la kruda materialo komencas limigi la grandecon de la testa specimeno. Streĉa testado de plataj metalproduktoj estas kompreneble ankoraŭ utila, sed avantaĝojn oni povas akiri per pli profunda rigardo al unu tavolo de la grenostrukturo, kiu kontrolas ĝian mekanikan konduton.
Metaloj konsistas el serio de mikroskopaj kristaloj nomataj grajnoj. Ili estas hazarde distribuitaj tra la metalo. Atomoj de alojaj elementoj, kiel fero, kromo, nikelo, mangano, silicio, karbono, nitrogeno, fosforo kaj sulfuro en aŭstenitaj rustorezistaj ŝtaloj, estas parto de ununura grajno. Ĉi tiuj atomoj formas solidan solvaĵon de metaljonoj, kiuj estas ligitaj en la kristalan kradon per siaj komunaj elektronoj.
La kemia konsisto de la alojo determinas la termodinamike preferatan aranĝon de atomoj en la grajnoj, konatan kiel la kristala strukturo. Homogenaj partoj de metalo enhavantaj ripetantan kristalan strukturon formas unu aŭ plurajn grajnojn nomitajn fazoj. La mekanikaj ecoj de alojo estas funkcio de la kristala strukturo en la alojo. La samo validas por la grandeco kaj aranĝo de la grajnoj de ĉiu fazo.
Plej multaj homoj konas la stadiojn de akvo. Kiam likva akvo frostiĝas, ĝi fariĝas solida glacio. Tamen, kiam temas pri metaloj, ne ekzistas nur unu solida fazo. Certaj alojfamilioj estas nomitaj laŭ siaj fazoj. Inter rustorezistaj ŝtaloj, aŭstenitaj 300-seriaj alojoj konsistas ĉefe el aŭstenito kiam ili estas kalcinigitaj. Tamen, 400-seriaj alojoj konsistas el ferito en 430 rustorezista ŝtalo aŭ martensito en 410 kaj 420 rustorezistaj ŝtalaj alojoj.
La samo validas por titanaj alojoj. La nomo de ĉiu alojgrupo indikas ilian superregan fazon je ĉambra temperaturo - alfa, beta aŭ miksaĵo de ambaŭ. Ekzistas alfa, preskaŭ-alfa, alfa-beta, beta kaj preskaŭ-beta alojoj.
Kiam la likva metalo solidiĝas, la solidaj partikloj de la termodinamike preferata fazo precipitiĝos kie premo, temperaturo kaj kemia konsisto permesas. Tio kutime okazas ĉe interfacoj, kiel glacikristaloj sur la surfaco de varma lageto en malvarma tago. Kiam grajnoj nukleas, la kristala strukturo kreskas en unu direkto ĝis alia grajno estas renkontita. Grajnaj limoj formiĝas ĉe la intersekcoj de misagorditaj kradoj pro la malsamaj orientiĝoj de la kristalaj strukturoj. Imagu meti faskon da Rubik-kuboj de malsamaj grandecoj en skatolon. Ĉiu kubo havas kvadratan kradan aranĝon, sed ili ĉiuj estos aranĝitaj en malsamaj hazardaj direktoj. Plene solidigita metala laborpeco konsistas el serio de ŝajne hazarde orientitaj grajnoj.
Kiam ajn greno formiĝas, ekzistas ebleco de liniaj difektoj. Ĉi tiuj difektoj estas mankantaj partoj de la kristala strukturo nomataj delokigoj. Ĉi tiuj delokigoj kaj ilia posta movado tra la greno kaj trans grenlimojn estas fundamentaj por metala duktileco.
Sekco de la laborpeco estas muntita, muelita, polurita kaj gratita por vidi la grenstrukturon. Kiam unuformaj kaj egalaksaj, la mikrostrukturoj observitaj per optika mikroskopo aspektas iom kiel puzlo. En realeco, la grajnoj estas tridimensiaj, kaj la sekco de ĉiu grajno varios depende de la orientiĝo de la sekco de la laborpeco.
Kiam kristalstrukturo estas plena de ĉiuj siaj atomoj, ne estas loko por movado krom la streĉado de la atomligoj.
Kiam vi forigas duonon de vico da atomoj, vi kreas ŝancon por alia vico da atomoj gliti en tiun pozicion, efike movante la dislokigon. Kiam forto estas aplikata al la laborpeco, la agregita moviĝo de dislokigoj en la mikrostrukturo ebligas al ĝi fleksiĝi, streĉiĝi aŭ kunpremiĝi sen rompiĝi aŭ rompiĝi.
Kiam forto agas sur metalalojon, la sistemo pliigas energion. Se sufiĉe da energio estas aldonita por kaŭzi plastan deformadon, la krado misformiĝas kaj novaj dislokacioj formiĝas. Ŝajnas logike, ke tio pliigu duktilecon, ĉar ĝi liberigas pli da spaco kaj tiel kreas la potencialon por pli da dislokacia moviĝo. Tamen, kiam dislokacioj kolizias, ili povas ripari unu la alian.
Dum la nombro kaj koncentriĝo de dislokacioj pliiĝas, pli kaj pli da dislokacioj estas alpinglitaj kune, reduktante duktilecon. Fine aperas tiom da dislokacioj, ke malvarma formado jam ne eblas. Ĉar ekzistantaj alpinglaj dislokacioj jam ne povas moviĝi, la atomaj ligoj en la krado streĉiĝas ĝis ili rompiĝas aŭ rompiĝas. Tial metalaj alojoj malmoliĝas, kaj tial ekzistas limo al la kvanto de plasta deformado, kiun metalo povas elteni antaŭ rompiĝo.
Greno ankaŭ ludas gravan rolon en kalcinado. Kalcinado de labor-hardita materialo esence restarigas la mikrostrukturon kaj tiel restarigas duktilecon. Dum la kalcinada procezo, la grenoj estas transformitaj en tri paŝoj:
Imagu homon promenantan tra plena vagono. Homamasoj povas esti kunpremitaj nur lasante interspacojn inter la vicoj, kiel dislokiĝojn en krado. Dum ili progresis, la homoj malantaŭ ili plenigis la malplenon, kiun ili lasis, dum ili kreis novan spacon antaŭe. Kiam ili atingas la alian finon de la vagono, la aranĝo de pasaĝeroj ŝanĝiĝas. Se tro multaj homoj provas pasi samtempe, pasaĝeroj provantaj fari spacon por ilia movado kolizios unu kun la alia kaj trafos la murojn de la vagonoj, alpinglante ĉiujn en la loko. Ju pli da dislokiĝoj aperas, des pli malfacile estas por ili moviĝi samtempe.
Gravas kompreni la minimuman nivelon de deformado necesa por ekigi rekristaliĝon. Tamen, se la metalo ne havas sufiĉe da deformada energio antaŭ ol esti varmigita, rekristaliĝo ne okazos kaj la grajnoj simple daŭre kreskos preter sia originala grandeco.
Mekanikaj ecoj povas esti agorditaj per kontrolado de grenkresko. Grenlimo estas esence muro de dislokacioj. Ili malhelpas movadon.
Se grenokresko estas limigita, pli alta nombro da malgrandaj grenoj estos produktita. Ĉi tiuj pli malgrandaj grenoj estas konsiderataj pli fajnaj laŭ grenostrukturo. Pli da grenolimoj signifas malpli da dislokacia moviĝo kaj pli altan forton.
Se grenkresko ne estas limigita, la grenstrukturo fariĝas pli kruda, la grajnoj estas pli grandaj, la limoj estas pli malgrandaj, kaj la forto estas pli malalta.
Grengrandeco ofte estas nomata senunua nombro, ie inter 5 kaj 15. Ĉi tio estas relativa proporcio kaj rilatas al la meza grendiametro. Ju pli alta la nombro, des pli fajna la granuleco.
ASTM E112 skizas metodojn por mezuri kaj taksi grengrandecon. Ĝi implikas kalkuli la kvanton de greno en difinita areo. Ĉi tio kutime estas farata per tranĉado de sekco de la kruda materialo, muelado kaj polurado de ĝi, kaj poste gratado per acido por eksponi la partiklojn. Kalkulado estas farata sub mikroskopo, kaj la pligrandigo permesas adekvatan specimenigon de la grenoj. Asigni ASTM-grengrandecajn nombrojn indikas akcepteblan nivelon de homogeneco en grenformo kaj diametro. Povas eĉ esti avantaĝe limigi varion en grengrandeco al du aŭ tri punktoj por certigi koheran rendimenton tra la tuta laborpeco.
En la kazo de labormalmoliĝo, forto kaj duktileco havas inversan rilaton. La rilato inter ASTM-grengrandeco kaj forto tendencas esti pozitiva kaj forta, ĝenerale plilongigo estas inverse rilata al ASTM-grengrandeco. Tamen, troa grenkresko povas kaŭzi, ke "morte molaj" materialoj jam ne plu efike malmoliĝas laŭ labormalmoliĝo.
Grengrandeco ofte estas nomata senunua nombro, ie inter 5 kaj 15. Ĉi tio estas relativa proporcio kaj rilatas al la meza grena diametro. Ju pli alta la ASTM-grena grandeco-valoro, des pli da grenoj por unuo de areo.
La grengrandeco de la kalcinigita materialo varias laŭ tempo, temperaturo kaj malvarmiĝrapideco. Kalcinado kutime okazas inter la rekristaliĝa temperaturo kaj la fandopunkto de la alojo. La rekomendinda kalcina temperaturintervalo por aŭstenita rustorezista ŝtala alojo 301 estas inter 1.900 kaj 2.050 gradoj Fahrenheit. Ĝi komencos fandiĝi ĉirkaŭ 2.550 gradoj Fahrenheit. Kontraste, komerce pura titanio de grado 1 devus esti kalcinigita je 1.292 gradoj Fahrenheit kaj fandiĝi ĉirkaŭ 3.000 gradoj Fahrenheit.
Dum kalcinado, la reakiraj kaj rekristaliĝaj procezoj konkurencas unu kun la alia ĝis la rekristaligitaj grajnoj konsumas ĉiujn misformitajn grajnojn. La rekristaliĝa rapideco varias laŭ temperaturo. Post kiam la rekristaliĝo finiĝas, la grenkresko transprenas. 301 rustorezista ŝtala laborpeco kalcinigita je 1,900°F dum unu horo havos pli fajnan grenstrukturon ol la sama laborpeco kalcinigita je 2,000°F dum la sama tempo.
Se la materialo ne estas tenata en la ĝusta kalcina intervalo sufiĉe longe, la rezulta strukturo povas esti kombinaĵo de malnovaj kaj novaj grajnoj. Se unuformaj ecoj estas dezirataj tra la tuta metalo, la kalcina procezo devus celi atingi unuforman egalaksan grajnan strukturon. Uniforma signifas, ke ĉiuj grajnoj estas proksimume la sama grandeco, kaj egalaksa signifas, ke ili estas proksimume la sama formo.
Por akiri unuforman kaj egalaksan mikrostrukturon, ĉiu laborpeco estu eksponita al la sama kvanto da varmo dum la sama kvanto da tempo kaj malvarmiĝu samrapide. Ĉi tio ne ĉiam estas facila aŭ ebla per aro-kalcinado, do gravas almenaŭ atendi ĝis la tuta laborpeco estas saturita je la ĝusta temperaturo antaŭ ol kalkuli la trempadotempon. Pli longaj trempadotempoj kaj pli altaj temperaturoj rezultigos pli krudan grenstrukturon/pli molan materialon kaj inverse.
Se grengrandeco kaj forto estas rilataj, kaj la forto estas konata, kial kalkuli grenojn, ĉu ne? Ĉiuj detruaj testoj havas ŝanĝiĝemon. Streĉa testado, precipe ĉe pli malaltaj dikecoj, plejparte dependas de specimenpreparado. Rezultoj de streĉa forto, kiuj ne reprezentas realajn materialajn ecojn, povas sperti trofruan difekton.
Se la ecoj ne estas unuformaj tra la tuta laborpeco, preni streĉan testan specimenon aŭ specimenon de unu rando eble ne rakontos la tutan historion. Specimenpreparado kaj testado ankaŭ povas esti tempopostulaj. Kiom da testoj eblas por difinita metalo, kaj en kiom da direktoj tio estas farebla? Taksi la grenstrukturon estas ekstra asekuro kontraŭ surprizoj.
Anizotropa, izotropa. Anizotropio rilatas al la direkteco de mekanikaj ecoj. Aldone al forto, anizotropio povas esti pli bone komprenata per ekzameno de la grenstrukturo.
Unuforma kaj egalaksa grenstrukturo devus esti izotropa, kio signifas, ke ĝi havas la samajn ecojn en ĉiuj direktoj. Izotropio estas aparte grava en profundaj tiradprocezoj, kie koncentreco estas kritika. Kiam la krudaĵo estas tirita en la muldilon, la anizotropa materialo ne fluos unuforme, kio povas konduki al difekto nomata orelringo. La orelringo okazas kie la supra parto de la taso formas ondecan silueton. Ekzamenado de la grenstrukturo povas riveli la lokon de malhomogenecoj en la laborpeco kaj helpi diagnozi la veran kaŭzon.
Ĝusta kalcinado estas kritika por atingi izotropion, sed ankaŭ gravas kompreni la amplekson de deformado antaŭ kalcinado. Dum la materialo plaste deformas, la grajnoj komencas deformadi. En la kazo de malvarma rulado, konvertante dikecon al longo, la grajnoj plilongiĝos en la ruliĝa direkto. Kiam la bildformato de la grajnoj ŝanĝiĝas, ankaŭ ŝanĝiĝas la izotropio kaj la ĝeneralaj mekanikaj ecoj. En la kazo de tre deformitaj laborpecoj, iu orientiĝo povas esti konservita eĉ post kalcinado. Tio rezultas en anizotropio. Por profunde tiritaj materialoj, foje necesas limigi la kvanton de deformado antaŭ fina kalcinado por eviti eluziĝon.
oranĝa ŝelo. Prenado ne estas la sola profunda tirdifekto asociita kun ŝimo. Oranĝa ŝelo okazas kiam krudmaterialoj kun tro krudaj partikloj estas tiritaj. Ĉiu greno deformas sendepende kaj kiel funkcio de sia kristala orientiĝo. La diferenco en deformado inter apudaj grenoj rezultigas teksturitan aspekton similan al oranĝa ŝelo. Teksturo estas la grajneca strukturo rivelita sur la surfaco de la tasmuro.
Same kiel la pikseloj sur televida ekrano, kun fajngrajna strukturo, la diferenco inter ĉiu greno estos malpli rimarkebla, efike pliigante la distingivon. Specifi mekanikajn ecojn sole eble ne sufiĉas por certigi sufiĉe fajnan grenograndecon por malhelpi la oranĝŝelan efikon. Kiam la dimensia vario de la laborpeco estas malpli ol 10-obla la grenodiametro, la ecoj de la individuaj grenoj pelos la formadan konduton. Ĝi ne misformas egale super multaj grenoj, sed reflektas la specifan grandecon kaj orientiĝon de ĉiu greno. Ĉi tio videblas el la oranĝŝela efiko sur la muroj de la tiritaj tasoj.
Por ASTM-grengrandeco de 8, la averaĝa grenddiametro estas 885 µin. Tio signifas, ke ajna dikecoredukto de 0.00885 coloj aŭ malpli povas esti trafita de ĉi tiu mikroformada efiko.
Kvankam krudaj grajnoj povas kaŭzi problemojn pri profunda tirado, ili estas kelkfoje rekomendataj por premsigno. Stampado estas deformada procezo en kiu krudaĵo estas kunpremita por doni deziratan surfacan topografion, kiel ekzemple kvarono de la vizaĝaj konturoj de George Washington. Male al drattirado, stampado kutime ne implikas multan fluon de groca materialo, sed postulas multan forton, kiu povas nur deformi la surfacon de la krudaĵo.
Pro tio, minimumigi surfacan flustreson per uzado de pli kruda grenstrukturo povas helpi mildigi la fortojn necesajn por ĝusta muldilplenigo. Ĉi tio estas aparte vera por liber-ŝmiraĵa premsignado, kie delokigoj sur surfacaj grenoj povas flui libere, anstataŭ akumuliĝi ĉe grenlimoj.
La tendencoj diskutitaj ĉi tie estas ĝeneraligoj, kiuj eble ne validas por specifaj sekcioj. Tamen, ili ja elstarigis la avantaĝojn de mezurado kaj normigo de la grengrandeco de krudmaterialoj dum la dizajnado de novaj partoj por eviti oftajn difektojn kaj optimumigi muldajn parametrojn.
Fabrikistoj de precizaj metalstampmaŝinoj kaj profundaj tiradoperacioj sur metalo por formi siajn partojn bone kunlaboros kun metalurgoj pri teknike kvalifikitaj precizaj rerulpremiloj, kiuj povas helpi ilin optimumigi materialojn ĝis la grenonivelo. Kiam metalurgiaj kaj inĝenieraj spertuloj ambaŭflanke de la rilato estas integritaj en unu teamon, ĝi povas havi transforman efikon kaj produkti pli pozitivajn rezultojn.
STAMPING Journal estas la sola industria revuo dediĉita al servado de la bezonoj de la metalstampada merkato. Ekde 1989, la publikaĵo kovras pintnivelajn teknologiojn, industriajn tendencojn, plej bonajn praktikojn kaj novaĵojn por helpi stampadprofesiulojn administri sian negocon pli efike.
Nun kun plena aliro al la cifereca eldono de The FABRICATOR, facila aliro al valoraj industriaj rimedoj.
La cifereca eldono de The Tube & Pipe Journal nun estas plene alirebla, provizante facilan aliron al valoraj industriaj rimedoj.
Ĝuu plenan aliron al la cifereca eldono de STAMPING Journal, kiu provizas la plej novajn teknologiajn progresojn, plej bonajn praktikojn kaj industriajn novaĵojn por la merkato de metalstampado.
Nun kun plena aliro al la cifereca eldono de The Fabricator en la hispana, facila aliro al valoraj industriaj rimedoj.