Altzairu herdoilgaitzaren portaera mekanikoa kontrolatzen duen ale-egituraren geruza bat hobeto ulertuz onurak lor daitezke. Getty Images
Altzairu herdoilgaitzezko eta aluminiozko aleazioen hautaketa, oro har, erresistentzia, harikortasuna, luzapena eta gogortasuna dira ardatz. Propietate hauek metalaren eraikuntza-blokeek aplikatutako kargei nola erantzuten dieten adierazten dute. Lehengaien mugak kudeatzeko adierazle eraginkorra dira; hau da, zenbat tolestuko den hautsi aurretik. Lehengaiak moldekatze-prozesua hautsi gabe jasan behar du.
Trakzio- eta gogortasun-proba suntsitzaileak metodo fidagarri eta kostu-eraginkorra dira propietate mekanikoak zehazteko. Hala ere, proba hauek ez dira beti hain fidagarriak lehengaiaren lodierak proba-laginaren tamaina mugatzen hasten denean. Metalezko produktu lauen trakzio-probak oraindik ere erabilgarriak dira, baina onurak lor daitezke bere portaera mekanikoa kontrolatzen duen ale-egituraren geruza bat sakonago aztertuz.
Metalak ale izeneko kristal mikroskopikoen serie batez osatuta daude. Ausaz banatzen dira metal osoan zehar. Aleazio elementuen atomoak, hala nola burdina, kromoa, nikela, manganesoa, silizioa, karbonoa, nitrogenoa, fosforoa eta sufrea altzairu herdoilgaitz austenitikoetan, ale bakar baten parte dira. Atomo hauek ioi metalikoen disoluzio solido bat osatzen dute, eta hauek kristal-sarearekin lotzen dira beren elektroi partekatuen bidez.
Aleazioaren konposizio kimikoak zehazten du aleetan dauden atomoen antolamendu termodinamikoki hobetsia, kristal-egitura bezala ezagutzen dena. Metal baten zati homogeneoek, kristal-egitura errepikakor bat dutenek, fase izeneko ale bat edo gehiago osatzen dituzte. Aleazio baten propietate mekanikoak aleazioaren kristal-egituraren araberakoak dira. Gauza bera gertatzen da fase bakoitzeko aleen tamainarekin eta antolamenduarekin.
Jende gehienak ezagutzen ditu uraren faseak. Ur likidoa izozten denean, izotz solido bihurtzen da. Hala ere, metalei dagokienez, ez dago fase solido bakarra. Aleazio-familia batzuei beren faseen arabera izena ematen zaie. Altzairu herdoilgaitzen artean, 300 serieko aleazio austenitikoak batez ere austenitaz osatuta daude erretzean. Hala ere, 400 serieko aleazioak ferritaz osatuta daude 430 altzairu herdoilgaitzean edo martensitaz 410 eta 420 altzairu herdoilgaitzezko aleazioetan.
Gauza bera gertatzen da titaniozko aleazioekin. Aleazio talde bakoitzaren izenak giro-tenperaturan duten fase nagusia adierazten du: alfa, beta edo bien nahasketa. Alfa, ia-alfa, alfa-beta, beta eta ia-beta aleazioak daude.
Metal likidoa solidotzen denean, termodinamikoki hobetsitako faseko partikula solidoak prezipitatu egingo dira presioak, tenperaturak eta konposizio kimikoak ahalbidetzen duten lekuetan. Hau normalean interfazeetan gertatzen da, egun hotz batean urmael epel baten gainazalean dauden izotz kristalak bezala. Aleak nukleatzen direnean, kristal-egitura norabide batean hazten da beste ale bat aurkitu arte. Aleen mugak sare desegokien elkarguneetan sortzen dira, kristal-egituren orientazio desberdinengatik. Imajinatu tamaina desberdineko Rubik kubo sorta bat kaxa batean sartzen duzula. Kubo bakoitzak sare karratu baten antolamendua du, baina guztiak ausazko norabide desberdinetan antolatuta egongo dira. Erabat solidotutako metalezko pieza bat ausaz orientatutako aleen serie batez osatuta dago.
Ale bat sortzen den edozein unetan, lerro-akatsak gerta daitezke. Akats hauek kristal-egituraren falta diren zatiak dira, dislokazio izenekoak. Dislokazio hauek eta ondorengo mugimendua ale osoan zehar eta ale-mugetan zehar funtsezkoak dira metalaren harikortasunerako.
Lan-piezaren zeharkako sekzio bat muntatu, leundu, leundu eta grabatu egiten da ale-egitura ikusteko. Uniformeak eta axial berdinak direnean, mikroskopio optiko batean ikusten diren mikroegiturak puzzle baten antzekoak dira. Egia esan, aleak hiru dimentsiokoak dira, eta ale bakoitzaren zeharkako sekzioa aldatu egingo da lan-piezaren zeharkako sekzioaren orientazioaren arabera.
Kristal-egitura bat bere atomo guztiekin betetzen denean, ez dago mugimendurako tarterik, lotura atomikoen luzapena izan ezik.
Atomo-lerro baten erdia kentzen duzunean, beste atomo-lerro bat posizio horretara irristatzeko aukera sortzen duzu, dislokazioa eraginkortasunez mugituz. Piezari indar bat aplikatzen zaionean, mikroegituran dauden dislokazioen mugimendu agregatuak tolestu, luzatu edo konprimitu egiten du hautsi edo hautsi gabe.
Indar batek metal aleazio bati eragiten dionean, sistemak energia handitzen du. Deformazio plastikoa eragiteko nahikoa energia gehitzen bada, sareak deformatu egiten du eta dislokazio berriak sortzen dira. Logikoa dirudi horrek harikortasuna handitzea, espazio gehiago askatzen baitu eta, beraz, dislokazio mugimendu gehiago izateko potentziala sortzen baitu. Hala ere, dislokazioak talka egiten dutenean, elkar konpondu dezakete.
Dislokazioen kopurua eta kontzentrazioa handitzen diren heinean, gero eta dislokazio gehiago elkarri lotuta geratzen dira, duktilitatea murriztuz. Azkenean, hainbeste dislokazio agertzen dira, ezen hotzean eratzea ezinezkoa baita. Dauden finkapen-dislokazioak ezin direnez mugitu, sareko lotura atomikoak luzatu egiten dira hautsi edo hautsi arte. Horregatik gogortzen dira metal aleazioak, eta horregatik dago muga bat metal batek hautsi aurretik jasan dezakeen deformazio plastikoari dagokionez.
Aleek ere zeregin garrantzitsua dute erreketan. Gogortutako material bat erretzeak funtsean mikroegitura berrezartzen du eta, beraz, harikortasuna berreskuratzen du. Erreketa prozesuan, aleak hiru urratsetan eraldatzen dira:
Imajinatu pertsona bat tren-bagoi bete batetik igarotzen. Jendetza estutu daiteke ilara artean hutsuneak utziz bakarrik, sare bateko dislokazioak bezala. Aurrera egin ahala, atzean zeuden pertsonek utzitako hutsunea bete zuten, aurrean espazio berria sortuz. Bagoiaren beste aldera iritsitakoan, bidaiarien antolamendua aldatu egiten da. Jende gehiegi aldi berean pasatzen saiatzen bada, haien mugimendurako lekua egiten saiatzen diren bidaiariek elkarren artean talka egingo dute eta tren-bagoien paretak joko dituzte, denak lekuan iltzatuta. Zenbat eta dislokazio gehiago agertu, orduan eta zailagoa da aldi berean mugitzea.
Garrantzitsua da ulertzea zein den birkristalizazioa eragiteko behar den gutxieneko deformazio maila. Hala ere, metalak ez badu berotu aurretik nahikoa deformazio-energia, birkristalizazioa ez da gertatuko eta aleak jatorrizko tamainatik haratago hazten jarraituko dute.
Propietate mekanikoak alean hazkuntza kontrolatuz doi daitezke. Alean muga, funtsean, dislokazioen horma bat da. Mugimendua oztopatzen dute.
Aleen hazkuntza mugatuta badago, ale txiki gehiago sortuko dira. Ale txikiago hauek finagoak direla uste da aleen egiturari dagokionez. Ale-muga gehiagok dislokazio-muga txikiagoa eta erresistentzia handiagoa esan nahi du.
Alearen hazkundea mugatzen ez bada, alearen egitura lodiagoa bihurtzen da, aleak handiagoak dira, mugak txikiagoak dira eta erresistentzia txikiagoa.
Alearen tamaina askotan zenbaki unitategabe gisa aipatzen da, 5 eta 15 artekoa. Proportzio erlatiboa da eta batez besteko alearen diametroarekin erlazionatuta dago. Zenbakia zenbat eta handiagoa izan, orduan eta finagoa da granularitatea.
ASTM E112 arauak aleen tamaina neurtzeko eta ebaluatzeko metodoak azaltzen ditu. Eremu jakin batean dagoen ale kopurua zenbatzea dakar. Horretarako, normalean lehengaiaren zeharkako sekzio bat moztu, eho eta leundu egiten da, eta gero azidoarekin grabatu partikulak agerian uzteko. Zenbaketa mikroskopio baten azpian egiten da, eta handitzeak aleen laginketa egokia ahalbidetzen du. ASTM aleen tamaina zenbakiak esleitzeak aleen forman eta diametroan uniformetasun maila arrazoizkoa adierazten du. Abantailgarria ere izan daiteke aleen tamainaren aldakuntza bi edo hiru puntutara mugatzea, pieza osoan zehar errendimendu koherentea bermatzeko.
Gogortze-lanaren kasuan, erresistentziak eta harikortasunak alderantzizko erlazioa dute. ASTM ale-tamainaren eta erresistentziaren arteko erlazioa positiboa eta sendoa izan ohi da, oro har, luzapena alderantzizko erlazioa du ASTM ale-tamainarekin. Hala ere, aleen gehiegizko hazkundeak "material bigun hilak" eraginkortasunez gogortzeari uztea eragin dezake.
Ale-tamaina askotan zenbaki unitategabe gisa aipatzen da, 5 eta 15 artekoa. Proportzio erlatiboa da eta batez besteko ale-diametroarekin erlazionatuta dago. ASTM ale-tamainaren balioa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta ale gehiago egongo dira azalera-unitate bakoitzeko.
Material erregosiaren ale-tamaina denboraren, tenperaturaren eta hozte-abiaduraren arabera aldatzen da. Erregostea normalean aleazioaren birkristaltze-tenperaturaren eta urtze-puntuaren artean egiten da. 301 altzairu herdoilgaitz austenitiko aleaziorako gomendatutako erregoste-tenperatura-tartea 1.900 eta 2.050 Fahrenheit gradu artekoa da. 2.550 Fahrenheit gradu inguruan urtzen hasiko da. Aldiz, 1. mailako titanio puru komertziala 1.292 Fahrenheit gradutan erregosi eta 3.000 Fahrenheit gradu inguruan urtu beharko litzateke.
Erreketan zehar, berreskuratze eta birkristalizazio prozesuak elkarren artean lehiatzen dira, birkristalizatutako aleek deformatutako ale guztiak kontsumitu arte. Birkristalizazio-tasa tenperaturaren arabera aldatzen da. Birkristalizazioa amaitutakoan, aleen hazkundea hasten da. Ordubetez 1.900 °F-tan errekatutako 301 altzairu herdoilgaitzezko pieza batek ale-egitura finagoa izango du denbora berean 2.000 °F-tan errekatutako pieza berak baino.
Materiala ez bada behar bezain denbora luzez erreketa-tarte egokian mantentzen, ondoriozko egitura ale zahar eta berrien konbinazioa izan daiteke. Metal osoan propietate uniformeak nahi badira, erreketa-prozesuak ale-egitura uniforme eta axial-ekiarra lortzea izan behar du helburu. Uniformeak esan nahi du ale guztiak gutxi gorabehera tamaina berekoak direla, eta axial-ekiarrak gutxi gorabehera forma berekoak direla.
Mikroegitura uniforme eta axial berdina lortzeko, pieza bakoitza bero kantitate berdinaren eraginpean egon behar da denbora-tarte berean, eta abiadura berean hoztu behar da. Hori ez da beti erraza edo posible izaten multzoka erretzean, beraz, garrantzitsua da gutxienez pieza osoa tenperatura egokian saturatu arte itxarotea beratze-denbora kalkulatu aurretik. Beratze-denbora luzeagoek eta tenperatura altuagoek ale-egitura lodiagoa/material bigunagoa sortuko dute, eta alderantziz.
Alearen tamaina eta erresistentzia erlazionatuta badaude, eta erresistentzia ezaguna bada, zergatik kalkulatu aleak, ezta? Suntsipen-proba guztiek aldakortasuna dute. Trakzio-probak, batez ere lodiera txikiagoetan, neurri handi batean laginaren prestaketaren araberakoak dira. Benetako materialaren propietateak irudikatzen ez dituzten trakzio-erresistentziaren emaitzek haustura goiztiarra izan dezakete.
Propietateak ez badira uniformeak pieza osoan, ertz batetik trakzio-probako lagin bat edo lagina hartzeak ez du istorio osoa kontatuko. Laginaren prestaketa eta probak ere denbora asko eska dezakete. Zenbat proba egin daitezke metal jakin baterako, eta zenbat norabidetan da bideragarria? Ale-egitura ebaluatzea ustekabeen aurkako aseguru gehigarri bat da.
Anisotropikoa, isotropikoa. Anisotropiak propietate mekanikoen norabidetasuna adierazten du. Erresistentziaz gain, anisotropia hobeto uler daiteke aleen egitura aztertuz.
Ale-egitura uniforme eta ekieradun batek isotropoa izan behar du, hau da, propietate berdinak ditu norabide guztietan. Isotropia bereziki garrantzitsua da sakoneko marrazketa-prozesuetan, non zentrokidetasuna kritikoa den. Moldearen barruan sartzen denean, material anisotropoak ez du uniformeki isuriko, eta horrek akats bat sor dezake, hala nola, earing izenekoa. Errainga gertatzen da koparen goiko aldeak silueta uhintsua osatzen duenean. Ale-egitura aztertzeak piezan homogeneotasun ezak non dauden agerian utzi eta erroko kausa diagnostikatzen lagun dezake.
Isotropia lortzeko ezinbestekoa da behar bezala erretzea, baina garrantzitsua da deformazioaren hedadura ulertzea errea egin aurretik. Materiala plastikoki deformatzen den heinean, aleak deformatzen hasten dira. Ijezpen hotzean, lodiera luzera bihurtuz, aleak luzatu egingo dira ijezpen norabidean. Alearen alderdi-erlazioa aldatzen den heinean, isotropia eta propietate mekaniko orokorrak ere aldatzen dira. Oso deformatutako piezen kasuan, orientazio batzuk mantendu daitezke errea egin ondoren ere. Horrek anisotropia sortzen du. Marruskadura sakoneko materialetarako, batzuetan beharrezkoa da deformazio kopurua mugatzea azken errea egin aurretik higadura saihesteko.
laranja azala. Jasotzea ez da trokelarekin lotutako sakoneko marruskadura akats bakarra. Laranja azala partikula lodiegiak dituzten lehengaiak marruskatzen direnean gertatzen da. Ale bakoitza modu independentean eta bere kristal orientazioaren arabera deformatzen da. Aldameneko aleen arteko deformazio aldeak laranja azalaren antzeko itxura testuratua ematen dio. Ehundura kopa hormaren gainazalean agerian dagoen egitura pikortsua da.
Telebista-pantaila bateko pixelak bezala, egitura fineko ale batekin, ale bakoitzaren arteko aldea ez da hain nabarmena izango, eta horrek bereizmena handituko du. Baliteke propietate mekanikoak zehaztea bakarrik ez izatea nahikoa laranja azal efektua saihesteko ale tamaina nahikoa fina bermatzeko. Piezaren dimentsio-aldaketa alearen diametroaren 10 aldiz baino txikiagoa denean, ale bakoitzaren propietateek eragingo dute moldaketa-portaera. Ez da berdin deformatzen ale askotan zehar, baizik eta ale bakoitzaren tamaina eta orientazio espezifikoa islatzen du. Hori ikus daiteke marraztutako kopen paretetan laranja azal efektuan.
ASTM 8ko ale-tamainarako, batez besteko ale-diametroa 885 µin da. Horrek esan nahi du 0,00885 hazbeteko edo gutxiagoko lodiera-murrizketa oro mikroformazio-efektu honek eragin dezakeela.
Ale lodiek sakoneko marrazketa arazoak sor ditzaketen arren, batzuetan inprimatzeko gomendatzen dira. Estanpazioa deformazio prozesu bat da, non huts bat konprimitzen den nahi den gainazaleko topografia emateko, hala nola George Washingtonen aurpegiko konturen laurden bat. Alanbrezko marrazketa ez bezala, estanpazioak normalean ez du material-fluxu handirik behar, baina indar handia eskatzen du, eta horrek hutsaren gainazala deformatu besterik ez du egin behar.
Horregatik, gainazaleko fluxu-tentsioa minimizatzeak, ale-egitura lodiagoa erabiliz, moldeak behar bezala betetzeko beharrezkoak diren indarrak arintzen lagun dezake. Hori bereziki egia da matrize libreko inprimaketan, non gainazaleko aleetako dislokazioak libreki isur daitezkeen, ale-mugetan metatu beharrean.
Hemen eztabaidatutako joerak orokortzeak dira, eta baliteke atal espezifikoei aplikatzea ez izatea. Hala ere, pieza berriak diseinatzerakoan lehengaien ale-tamaina neurtzearen eta estandarizatzearen onurak nabarmendu zituzten, ohiko akatsak saihesteko eta moldekatze-parametroak optimizatzeko.
Metalezko estanpazio-makina zehatzen eta piezak eratzeko metalean sakonki marrazteko eragiketen fabrikatzaileek ondo lan egingo dute birmoldatzaile zehatz tekniko kualifikatuekin, eta hauek materialak ale mailaraino optimizatzen lagun diezaiekete. Harremanaren bi aldeetako metalurgia eta ingeniaritza adituak talde berean integratzen direnean, eragin eraldatzailea izan dezake eta emaitza positiboagoak sor ditzake.
STAMPING Journal metal estanpazio merkatuaren beharrak asetzeko dedikatzen den industria aldizkari bakarra da. 1989az geroztik, argitalpenak punta-puntako teknologiak, industria joerak, jardunbide egokiak eta berriak jorratzen ditu estanpazio profesionalei beren negozioa modu eraginkorragoan kudeatzen laguntzeko.
Orain, The FABRICATOR aldizkariaren edizio digitalerako sarbide osoa duzula, industriako baliabide baliotsuetarako sarbide erraza.
The Tube & Pipe Journal aldizkariaren edizio digitala guztiz eskuragarri dago orain, industriako baliabide baliotsuetarako sarbide erraza eskainiz.
Gozatu STAMPING Journal aldizkariaren edizio digitalerako sarbide osoaz, metal estanpazio merkatuko azken aurrerapen teknologikoak, jardunbide egokienak eta industriako berriak eskaintzen dituena.
Orain, The Fabricator aldizkariaren edizio digitalerako sarbide osoa duzula, industriako baliabide baliotsuetarako sarbide erraza.