Foardielen kinne wurde helle troch ynsjoch te krijen yn ien laach fan 'e nôtstruktuer dy't it meganyske gedrach fan roestfrij stiel kontrolearret. Getty Images
De seleksje fan roestfrij stiel en aluminiumlegeringen rjochtet him oer it algemien op sterkte, duktyliteit, ferlinging en hurdens. Dizze eigenskippen jouwe oan hoe't de boublokken fan it metaal reagearje op tapaste lesten. Se binne in effektive yndikator foar it behearen fan beheiningen fan grûnstoffen; dat is, hoefolle it sil bûge foardat it brekt. It grûnstof moat it foarmjaanproses kinne wjerstean sûnder te brekken.
Destruktive trek- en hurdheidstests binne in betroubere, kosten-effektive metoade foar it bepalen fan meganyske eigenskippen. Dizze testen binne lykwols net altyd sa betrouber as de dikte fan it rau materiaal de grutte fan it testmonster begjint te beheinen. Trektests fan platte metalen produkten binne fansels noch altyd nuttich, mar foardielen kinne wurde helle troch djipper te sjen nei ien laach fan 'e nôtstruktuer dy't it meganyske gedrach kontrolearret.
Metalen binne opboud út in searje mikroskopyske kristallen dy't kerrels neamd wurde. Se binne willekeurich ferspraat oer it metaal. Atomen fan legearingseleminten, lykas izer, chromium, nikkel, mangaan, silisium, koalstof, stikstof, fosfor en swevel yn austenityske roestfrij stielen, binne ûnderdiel fan ien kerrel. Dizze atomen foarmje in fêste oplossing fan metaalioanen, dy't troch har dielde elektroanen oan it kristalrooster ferbûn binne.
De gemyske gearstalling fan 'e legearing bepaalt de termodynamysk foarkommende rangskikking fan atomen yn 'e kerrels, bekend as de kristalstruktuer. Homogene dielen fan in metaal mei in werhellende kristalstruktuer foarmje ien of mear kerrels dy't fazen neamd wurde. De meganyske eigenskippen fan in legearing binne in funksje fan 'e kristalstruktuer yn 'e legearing. Itselde jildt foar de grutte en rangskikking fan 'e kerrels fan elke faze.
De measte minsken binne bekend mei de stadia fan wetter. As floeiber wetter befriest, wurdt it fêst iis. As it lykwols giet om metalen, is der net allinich ien fêste faze. Bepaalde legearingsfamyljes binne neamd nei har fazen. Under roestfrij stiel besteane austenityske 300-searjelegeringen benammen út austenyt as se gloeid binne. 400-searjelegeringen besteane lykwols út ferryt yn 430 roestfrij stiel of martensiet yn 410 en 420 roestfrij stiellegeringen.
Itselde jildt foar titaniumlegeringen. De namme fan elke legearingsgroep jout harren oerhearskjende faze oan by keamertemperatuer - alfa, beta of in mingsel fan beide. Der binne alfa, hast-alfa, alfa-beta, beta en hast-beta-legeringen.
As it floeibere metaal stollet, sille de fêste dieltsjes fan 'e termodynamysk foarkommende faze delslaan dêr't druk, temperatuer en gemyske gearstalling it tastean. Dit bart meastal by ynterfaces, lykas iiskristallen op it oerflak fan in waarme fiver op in kâlde dei. As kerrels kearnje, groeit de kristalstruktuer yn ien rjochting oant in oare kerrel tsjinkomt. Kerrelgrinzen foarmje by de krusingen fan net-oerienkommende roosters fanwegen de ferskillende oriïntaasjes fan 'e kristalstrukturen. Stel jo foar dat jo in boskje Rubik's kubussen fan ferskillende grutte yn in doaze dogge. Elke kubus hat in fjouwerkante rasteropstelling, mar se sille allegear yn ferskillende willekeurige rjochtingen arranzjearre wêze. In folslein stolle metalen wurkstik bestiet út in searje skynber willekeurich oriïntearre kerrels.
Elke kear as in kerrel foarme wurdt, is der in mooglikheid fan linedefekten. Dizze defekten binne ûntbrekkende dielen fan 'e kristalstruktuer dy't ûntwrichtingen neamd wurde. Dizze ûntwrichtingen en har neifolgjende beweging troch de kerrel en oer kerrelgrinzen binne essensjeel foar metaalduktiliteit.
In dwerstrochsneed fan it wurkstik wurdt monteard, slypt, gepolijst en etst om de nôtstruktuer te sjen. As se unifoarm en lykweardich binne, lykje de mikrostrukturen dy't waarnommen wurde op in optyske mikroskoop in bytsje op in puzel. Yn werklikheid binne de nôt trijediminsjonaal, en de dwerstrochsneed fan elke nôt sil ferskille ôfhinklik fan 'e oriïntaasje fan' e dwerstrochsneed fan it wurkstik.
As in kristalstruktuer fol is mei al syn atomen, is der gjin romte foar beweging oars as it útrekken fan 'e atomêre bannen.
As jo ​​de helte fan in rige atomen fuortsmite, meitsje jo in kâns foar in oare rige atomen om yn dy posysje te gliden, wêrtroch't de dislokaasje effektyf beweecht. As in krêft op it wurkstik tapast wurdt, makket de gearfoege beweging fan dislokaasjes yn 'e mikrostruktuer it mooglik om te bûgen, te strekken of te komprimearjen sûnder te brekken of te brekken.
As in krêft wurket op in metaallegering, fergruttet it systeem de enerzjy. As genôch enerzjy tafoege wurdt om plestike deformaasje te feroarsaakjen, ferfoarmet it rooster en ûntsteane nije dislokaasjes. It liket logysk dat dit de duktiliteit ferheegje moat, om't it mear romte frijmakket en sa de mooglikheid skept foar mear dislokaasjebeweging. As dislokaasjes lykwols botsje, kinne se elkoar reparearje.
As it oantal en de konsintraasje fan ûntwrichtingen tanimme, wurde hieltyd mear ûntwrichtingen oaninoar fêstmakke, wêrtroch't de duktiliteit ôfnimt. Uteinlik ferskine safolle ûntwrichtingen dat kâldfoarming net mear mooglik is. Om't besteande fêstmakke ûntwrichtingen net mear bewege kinne, strekke de atoombannen yn it roaster har út oant se brekke of stikken geane. Dêrom wurkje metaallegeringen hurd, en dêrom is der in limyt oan de hoemannichte plestike deformaasje dy't in metaal kin ferneare foardat it brekt.
Nôt spilet ek in wichtige rol by it gloeien. It gloeien fan in wurkferhurde materiaal reset yn essinsje de mikrostruktuer en herstelt sa de duktiliteit. Tidens it gloeiproses wurde de nôt yn trije stappen transformearre:
Stel jo in persoan foar dy't troch in drokke treinwagon rint. Menigte minsken kinne allinich yndrukt wurde troch gatten tusken de rigen te litten, lykas ûntwrichtingen yn in roaster. Doe't se foarútgongen, folden de minsken efter har de leechte dy't se efterlitten hiene, wylst se nije romte foar har makken. Sadree't se it oare ein fan 'e wagon berikke, feroaret de opstelling fan passazjiers. As tefolle minsken tagelyk besykje foarby te kommen, sille passazjiers dy't besykje romte te meitsjen foar har beweging mei-inoar botsje en tsjin 'e muorren fan' e treinwagon reitsje, wêrtroch elkenien op syn plak fêst komt te sitten. Hoe mear ûntwrichtingen der ferskine, hoe dreger it foar har is om tagelyk te bewegen.
It is wichtich om it minimale nivo fan deformaasje te begripen dat nedich is om rekristallisaasje te triggerjen. As it metaal lykwols net genôch deformaasje-enerzjy hat foardat it ferwaarme wurdt, sil rekristallisaasje net plakfine en sille de kerrels gewoan trochgean mei groeien bûten har oarspronklike grutte.
Mechanyske eigenskippen kinne ôfstimd wurde troch it kontrolearjen fan nôtgroei. In nôtgrins is yn essinsje in muorre fan ûntwrichtingen. Se hinderje beweging.
As de groei fan nôt beheind is, sil in grutter oantal lytse nôt produsearre wurde. Dizze lytsere nôt wurde as finer beskôge yn termen fan nôtstruktuer. Mear nôtgrinzen betsjutte minder ûntwrichtingsbeweging en hegere sterkte.
As de groei fan 'e nôt net beheind wurdt, wurdt de nôtstruktuer grover, binne de nôt grutter, binne de grinzen minder, en is de sterkte leger.
De nôtgrutte wurdt faak oantsjut as in ienheidsleas getal, earne tusken 5 en 15. Dit is in relative ferhâlding en is relatearre oan de gemiddelde nôtdiameter. Hoe heger it getal, hoe finer de granulariteit.
ASTM E112 sketst metoaden foar it mjitten en evaluearjen fan nôtgrutte. It giet om it tellen fan 'e hoemannichte nôt yn in bepaald gebiet. Dit wurdt meastentiids dien troch in dwerssnit fan it rau materiaal te snijen, it te slypjen en te polijsten, en it dan te etsen mei soer om de dieltsjes bleat te lizzen. It tellen wurdt útfierd ûnder in mikroskoop, en de fergrutting makket foldwaande sampling fan 'e nôt mooglik. It tawizen fan ASTM-nôtgruttenûmers jout in ridlik nivo fan uniformiteit oan yn nôtfoarm en diameter. It kin sels foardielich wêze om fariaasje yn nôtgrutte te beheinen ta twa of trije punten om konsekwinte prestaasjes oer it wurkstik te garandearjen.
Yn it gefal fan wurkferhurding hawwe sterkte en duktyliteit in omkearde relaasje. De relaasje tusken ASTM-korrelgrutte en sterkte is meastentiids posityf en sterk, oer it algemien is ferlinging omkeard evenredich mei ASTM-korrelgrutte. Oermjittige korrelgroei kin lykwols feroarsaakje dat "deade sêfte" materialen net langer effektyf wurkferhurdzje.
De nôtgrutte wurdt faak oantsjut as in ienheidsleas getal, earne tusken 5 en 15. Dit is in relative ferhâlding en is relatearre oan de gemiddelde nôtdiameter. Hoe heger de ASTM-nôtgruttewearde, hoe mear nôt per ienheidsoppervlakte.
De nôtgrutte fan it gegloeide materiaal fariëarret mei tiid, temperatuer en ôfkuollingssnelheid. Gloeien wurdt meastal útfierd tusken de rekristallisaasjetemperatuer en it smeltpunt fan 'e legearing. It oanrikkemandearre gloeitemperatuerberik foar austenityske roestfrij stiellegering 301 leit tusken 1.900 en 2.050 graden Fahrenheit. It sil begjinne te smelten om 2.550 graden Fahrenheit. Yn tsjinstelling, kommersjeel suvere klasse 1 titanium moat wurde gegloeid by 1.292 graden Fahrenheit en smelte om 3.000 graden Fahrenheit.
Tidens it gloeien konkurrearje de herstel- en rekristallisaasjeprosessen mei-inoar oant de rekristallisearre kerrels alle misfoarme kerrels opbrûke. De rekristallisaasjesnelheid fariëarret mei de temperatuer. Sadree't de rekristallisaasje foltôge is, nimt de kerrelgroei it oer. In wurkstik fan 301 roestfrij stiel dat ien oere by 1.900 °F gloeid is, sil in finer kerrelstruktuer hawwe as itselde wurkstik dat deselde tiid by 2.000 °F gloeid is.
As it materiaal net lang genôch yn it juste gloeibereik hâlden wurdt, kin de resultearjende struktuer in kombinaasje wêze fan âlde en nije kerrels. As unifoarme eigenskippen winske binne yn it heule metaal, moat it gloeiproses rjochte wêze op it berikken fan in unifoarme lykweardige kerrelstruktuer. Unifoarm betsjut dat alle kerrels sawat deselde grutte binne, en lykweardich betsjut dat se sawat deselde foarm hawwe.
Om in unifoarme en lykweardige mikrostruktuer te krijen, moat elk wurkstik foar deselde tiid oan deselde hoemannichte waarmte bleatsteld wurde en mei deselde snelheid ôfkuolje. Dit is net altyd maklik of mooglik mei batchgloeien, dus it is wichtich om teminsten te wachtsjen oant it heule wurkstik verzadigd is by de juste temperatuer foardat de wektiid berekkene wurdt. Langere wektiden en hegere temperatueren sille resultearje yn in grovere kerrelstruktuer/sêfter materiaal en oarsom.
As nôtgrutte en sterkte relatearre binne, en de sterkte is bekend, wêrom soene jo dan de nôt berekkenje, toch? Alle destruktive testen hawwe fariabiliteit. Treksterkte testen, foaral by legere dikten, is foar in grut part ôfhinklik fan 'e tarieding fan it stekproef. Treksterkteresultaten dy't net de werklike materiaaleigenskippen fertsjintwurdigje, kinne te betiid falen ûnderfine.
As de eigenskippen net unifoarm binne yn it hiele wurkstik, kin it nimmen fan in trektestmonster of stekproef fan ien râne miskien net it hiele ferhaal fertelle. It tarieden en testen fan stekproeven kin ek tiidslinend wêze. Hoefolle testen binne mooglik foar in bepaald metaal, en yn hoefolle rjochtingen is it mooglik? It evaluearjen fan 'e nôtstruktuer is in ekstra fersekering tsjin ferrassingen.
Anisotropysk, isotropysk. Anisotropie ferwiist nei de rjochting fan meganyske eigenskippen. Neist sterkte kin anisotropie better begrepen wurde troch de nôtstruktuer te ûndersykjen.
In unifoarme en lykweardige nôtstruktuer moat isotropysk wêze, wat betsjut dat it deselde eigenskippen hat yn alle rjochtingen. Isotropie is foaral wichtich yn djippe tekenprosessen wêr't konsentrisiteit kritysk is. As it blank yn 'e mal lutsen wurdt, sil it anisotropyske materiaal net unifoarm streame, wat kin liede ta in defekt dat earing neamd wurdt. De earing ûntstiet wêr't it boppeste diel fan 'e beker in weagjend silhouet foarmet. Undersykjen fan 'e nôtstruktuer kin de lokaasje fan ynhomogeniteiten yn it wurkstik oan it ljocht bringe en helpe by it diagnostisearjen fan 'e oarsaak.
Goed gloeien is krúsjaal foar it berikken fan isotropie, mar it is ek wichtich om de mjitte fan deformaasje te begripen foar it gloeien. As it materiaal plastysk ferfoarmet, begjinne de kerrels te ferfoarmjen. Yn it gefal fan kâldwalsen, wêrby't dikte nei lingte omset wurdt, sille de kerrels yn 'e rôlrjochting langer wurde. As de aspektferhâlding fan 'e kerrels feroaret, feroarje ek de isotropie en algemiene meganyske eigenskippen. Yn it gefal fan swier ferfoarme wurkstikken kin in bepaalde oriïntaasje sels nei it gloeien bewarre bliuwe. Dit resulteart yn anisotropie. Foar djiplutsen materialen is it soms nedich om de hoemannichte deformaasje te beheinen foar it definitive gloeien om slijtage te foarkommen.
Sinaasappelskil. Oppakken is net it ienige djiplûkdefekt dat ferbûn is mei in matrijs. Sinaasappelskil komt foar as grûnstoffen mei te grove dieltsjes lutsen wurde. Elke kerrel ferfoarmet ûnôfhinklik en as funksje fan syn kristaloriïntaasje. It ferskil yn ferfoarming tusken oanbuorjende kerrels resulteart yn in tekstuerde uterlik fergelykber mei sinaasappelskil. Tekstuer is de korrelige struktuer dy't op it oerflak fan 'e bekerwand iepenbiere wurdt.
Krekt as de piksels op in tv-skerm, mei in fynkorrelige struktuer, sil it ferskil tusken elke kerrel minder merkber wêze, wêrtroch't de resolúsje effektyf fergruttet. Allinnich it spesifisearjen fan meganyske eigenskippen is miskien net genôch om in foldwaande fynkorrelige kerrelgrutte te garandearjen om it sinaasappelskileffekt te foarkommen. As de feroaring yn wurkstikgrutte minder is as 10 kear de kerreldiameter, sille de eigenskippen fan 'e yndividuele kerrels it foarmingsgedrach oandriuwe. It ferfoarmet net lykwichtich oer in protte kerrels, mar reflektearret de spesifike grutte en oriïntaasje fan elke kerrel. Dit kin sjoen wurde oan it sinaasappelskileffekt op 'e muorren fan' e tekene bekers.
Foar in ASTM-korrelgrutte fan 8 is de gemiddelde korreldiameter 885 µin. Dit betsjut dat elke diktereduksje fan 0,00885 inch of minder beynfloede wurde kin troch dit mikrofoarmingseffekt.
Hoewol rûge kerrels djippe tekenproblemen feroarsaakje kinne, wurde se soms oanrikkemandearre foar it yndrukken. Stampen is in deformaasjeproses wêrby't in blank komprimearre wurdt om in winske oerflaktopografy te jaan, lykas in kwart fan 'e gesichtskontoeren fan George Washington. Oars as triedtekening giet it by stampen meastal net om in soad bulkmateriaalstream, mar it fereasket wol in soad krêft, wat it oerflak fan 'e blank allinich mar misfoarmje kin.
Om dizze reden kin it minimalisearjen fan oerflakstreamspanning troch it brûken fan in grovere nôtstruktuer helpe om de krêften te ferminderjen dy't nedich binne foar it goed foljen fan 'e mal. Dit is foaral wier yn it gefal fan frije-matrijs-ynprinting, wêrby't ûntwrichtingen op oerflakkorrels frij kinne streame ynstee fan op te sammeljen by nôtgrinzen.
De trends dy't hjir besprutsen wurde binne generalisaasjes dy't miskien net fan tapassing binne op spesifike seksjes. Se hawwe lykwols wol de foardielen markearre fan it mjitten en standerdisearjen fan rau materiaalpartikelgrutte by it ûntwerpen fan nije ûnderdielen om mienskiplike falstrikken te foarkommen en foarmparameters te optimalisearjen.
Fabrikanten fan presyzjemetaalstempelmasines en djiptekenoperaasjes op metaal om har ûnderdielen te foarmjen sille goed gearwurkje mei metallurgen op technysk kwalifisearre presyzje-omwalsers dy't har kinne helpe om materialen te optimalisearjen oant it nôtnivo. As metallurgyske en yngenieurseksperts oan beide kanten fan 'e relaasje yn ien team yntegrearre binne, kin it in transformative ynfloed hawwe en mear positive resultaten produsearje.
STAMPING Journal is it ienige yndustrytydskrift dat him rjochtet op it foldwaan oan 'e behoeften fan 'e metaalstempelmerk. Sûnt 1989 behannelet de publikaasje baanbrekkende technologyen, yndustrytrends, bêste praktiken en nijs om stempelprofessionals te helpen har bedriuw effisjinter te rinnen.
No mei folsleine tagong ta de digitale edysje fan The FABRICATOR, maklike tagong ta weardefolle boarnen út 'e yndustry.
De digitale edysje fan The Tube & Pipe Journal is no folslein tagonklik, en biedt maklike tagong ta weardefolle boarnen út 'e sektor.
Genietsje fan folsleine tagong ta de digitale edysje fan STAMPING Journal, dy't de lêste technologyske foarútgong, bêste praktiken en yndustrynijs foar de metaalstempelmerk leveret.
No mei folsleine tagong ta de digitale edysje fan The Fabricator en Español, maklike tagong ta weardefolle boarnen út 'e yndustry.