Дат баспас болоттун механикалык жүрүм-турумун көзөмөлдөгөн дан структурасынын бир катмарын түшүнүү менен пайда алууга болот. Getty Images
Дат баспас болоттон жана алюминийден жасалган эритмелерди тандоо, жалпысынан, бекемдикке, ийкемдүүлүккө, созулууга жана катуулукка негизделет. Бул касиеттер металлдын курулуш блоктору колдонулган жүктөмдөргө кандай жооп кайтараарын көрсөтөт. Алар чийки заттын чектөөлөрүн башкаруунун натыйжалуу көрсөткүчү болуп саналат; башкача айтканда, ал сынганга чейин канчалык ийилет. Чийки зат калыптоо процессине сынбай туруштук бере алышы керек.
Деструктивдүү созулууну жана катуулукту сыноо механикалык касиеттерди аныктоонун ишенимдүү жана үнөмдүү ыкмасы болуп саналат. Бирок, чийки заттын калыңдыгы сыноо үлгүсүнүн өлчөмүн чектей баштаганда, бул сыноолор дайыма эле ишенимдүү боло бербейт. Жалпак металл буюмдарын созулууну сыноо, албетте, дагы эле пайдалуу, бирок анын механикалык жүрүм-турумун көзөмөлдөгөн дан структурасынын бир катмарын тереңирээк карап чыгуу менен пайда алууга болот.
Металлдар бүртүкчөлөр деп аталган бир катар микроскопиялык кристаллдардан турат. Алар металл боюнча туш келди бөлүштүрүлгөн. Аустениттик дат баспас болоттордогу темир, хром, никель, марганец, кремний, көмүртек, азот, фосфор жана күкүрт сыяктуу легирлөөчү элементтердин атомдору бир бүртүкчөнүн бир бөлүгү болуп саналат. Бул атомдор металл иондорунун катуу эритмесин түзөт, алар өздөрүнүн жалпы электрондору аркылуу кристаллдык торчосуна туташат.
Эритменин химиялык курамы бүртүкчөлөрдөгү атомдордун термодинамикалык жактан артыкчылыктуу жайгашуусун аныктайт, ал кристаллдык түзүлүш деп аталат. Кайталануучу кристаллдык түзүлүштү камтыган металлдын бир тектүү бөлүктөрү фазалар деп аталган бир же бир нече бүртүкчөлөрдү түзөт. Эритменин механикалык касиеттери эритмедеги кристаллдык түзүлүштүн функциясы болуп саналат. Ар бир фазанын бүртүкчөлөрүнүн өлчөмү жана жайгашуусу үчүн да ушул эле нерсе тиешелүү.
Көпчүлүк адамдар суунун фазалары менен тааныш. Суюк суу тоңгондо, ал катуу музга айланат. Бирок, металлдар жөнүндө сөз болгондо, бир гана катуу фаза болбойт. Айрым эритме үй-бүлөлөрү фазаларынын аттары менен аталат. Дат баспас болоттордун арасында аустениттик 300 сериясындагы эритмелер күйгүзүлгөндө негизинен аустениттен турат. Бирок, 400 сериясындагы эритмелер 430 дат баспас болоттон жасалган ферриттен же 410 жана 420 дат баспас болоттон жасалган эритмелерде мартенситтен турат.
Титан эритмелери үчүн да ушул эле нерсе тиешелүү. Ар бир эритме тобунун аталышы алардын бөлмө температурасында басымдуу фазасын көрсөтөт – альфа, бета же экөөнүн аралашмасы. Альфа, альфага жакын, альфа-бета, бета жана бетага жакын эритмелер бар.
Суюк металл катууланганда, термодинамикалык жактан артыкчылыктуу фазанын катуу бөлүкчөлөрү басым, температура жана химиялык курамы мүмкүндүк берген жерлерде чөкмөгө түшөт. Бул көбүнчө суук күнү жылуу көлмөнүн бетиндеги муз кристаллдары сыяктуу чек араларда болот. Дандар ядролонгондо, кристаллдык түзүлүш башка данга туш келгенге чейин бир багытта өсөт. Кристаллдык түзүлүштөрдүн ар кандай багыттарынан улам дал келбеген торчолордун кесилишинде дан чек аралары пайда болот. Ар кандай өлчөмдөгү Рубик кубиктерин кутуга салып жатканыңызды элестетиңиз. Ар бир куб төрт бурчтуу торчо түрүндө жайгашкан, бирок алардын баары ар кандай кокустук багыттар боюнча жайгаштырылат. Толугу менен катууланган металл бөлүк бир катар кокустук багытталган дандардан турат.
Бүртүк пайда болгон сайын, сызык кемчиликтери пайда болушу мүмкүн. Бул кемчиликтер кристаллдык түзүлүштүн дислокация деп аталган жок бөлүктөрү болуп саналат. Бул дислокациялар жана алардын андан аркы бөлүктөрү боюнча жана бүртүктөрдүн чек аралары аркылуу жылышы металлдын ийкемдүүлүгүнүн негизги фактору болуп саналат.
Бүртүктүн түзүлүшүн көрүү үчүн даярдалуучу бөлүктүн кесилиши орнотулуп, жылмаланып, жылмаланып жана оюлуп түшүрүлөт. Бирдей жана тең октуу болгондо, оптикалык микроскопто байкалган микроструктуралар пазлга окшош болот. Чындыгында, бүртүкчөлөр үч өлчөмдүү жана ар бир бүртүктүн кесилиши даярдалуучу бөлүктүн кесилишинин багытына жараша өзгөрүп турат.
Кристаллдык түзүлүш бардык атомдору менен толгондо, атомдук байланыштардын созулушунан башка кыймылга орун калбайт.
Атомдордун катарынын жарымын алып салганыңызда, сиз башка бир катар атомдордун ошол абалга жылып киришине мүмкүнчүлүк түзөсүз, бул дислокацияны натыйжалуу жылдырат. Иштетилген бөлүккө күч колдонулганда, микроструктурадагы дислокациялардын агрегатталган кыймылы анын сынбастан же сынбастан ийилишине, созулушуна же кысылышына мүмкүндүк берет.
Күч металл эритмесине таасир эткенде, система энергияны көбөйтөт. Эгерде пластикалык деформацияны пайда кылуу үчүн жетиштүү энергия кошулса, торчо деформацияланат жана жаңы дислокациялар пайда болот. Бул көбүрөөк мейкиндикти бошотуп, дислокациянын көбүрөөк кыймылына мүмкүнчүлүк түзгөндүктөн, ийкемдүүлүктү жогорулатат деген логикалык көрүнөт. Бирок, дислокациялар кагылышканда, алар бири-бирин беките алышат.
Дислокациялардын саны жана концентрациясы көбөйгөн сайын, барган сайын көбүрөөк дислокациялар бири-бирине жабышып, ийкемдүүлүктү төмөндөтөт. Акыр-аягы, муздак калыптануу мүмкүн болбой калгандыктан, ушунчалык көп дислокациялар пайда болот. Мурунку жабыштырылган дислокациялар кыймылдай албагандыктан, торчодогу атомдук байланыштар үзүлгөнгө же сынганга чейин созулат. Мына ошондуктан металл эритмелери катууланат жана металл сынганга чейин туруштук бере ала турган пластикалык деформациянын көлөмүнө чектөө бар.
Дан ошондой эле күйгүзүүдө маанилүү ролду ойнойт. Иштетилген материалды күйгүзүү микроструктураны баштапкы абалга келтирет жана ошону менен ийкемдүүлүктү калыбына келтирет. Күйгүзүү процессинде дандар үч этапта трансформацияланат:
Эл жык толгон поезд вагонунун ичинде басып бараткан адамды элестетиңиз. Элди катарлардын ортосунда торчодогу боштуктар сыяктуу боштуктарды калтыруу менен гана кысууга болот. Алар алдыга жылган сайын, артындагы адамдар алар калтырган боштукту толтурушту, ал эми алар алдында жаңы орун түзүштү. Алар вагондун экинчи четине жеткенде, жүргүнчүлөрдүн жайгашуусу өзгөрөт. Эгерде бир убакта өтө көп адам өтүп кетүүгө аракет кылса, алардын кыймылына орун бошотууга аракет кылган жүргүнчүлөр бири-бири менен кагылышып, поезд вагондорунун дубалдарына урунуп, баарын ордунда кармап калышат. Канчалык көп боштуктар пайда болсо, аларга бир эле учурда кыймылдоо ошончолук кыйын болот.
Кайра кристаллдашуу процессин баштоо үчүн талап кылынган деформациянын минималдуу деңгээлин түшүнүү маанилүү. Бирок, эгерде металл ысытылганга чейин жетиштүү деформация энергиясына ээ болбосо, кайра кристаллдашуу болбойт жана бүртүкчөлөр жөн гана баштапкы өлчөмүнөн тышкары өсө берет.
Механикалык касиеттерди дандын өсүшүн көзөмөлдөө менен жөнгө салууга болот. Дандын чек арасы, негизинен, дислокациялардын дубалы болуп саналат. Алар кыймылга тоскоол болот.
Эгерде дандын өсүшү чектелсе, майда дандардын саны көбүрөөк болот. Бул майда дандар дандын түзүлүшү жагынан майдараак деп эсептелет. Дандын чек аралары көбүрөөк болсо, дислокация кыймылы азыраак жана бекемдиги жогору болот.
Эгерде дандын өсүшү чектелбесе, дандын түзүлүшү орой болуп, дандар чоңоюп, чек аралары кичирейип, бекемдиги төмөн болот.
Дандын өлчөмү көбүнчө бирдиксиз сан деп аталат, болжол менен 5тен 15ке чейин. Бул салыштырмалуу катыш жана дандын орточо диаметрине байланыштуу. Сан канчалык жогору болсо, дандуулук ошончолук майда болот.
ASTM E112 дандын өлчөмүн өлчөө жана баалоо ыкмаларын баяндайт. Ал белгилүү бир аянттагы дандын көлөмүн эсептөөнү камтыйт. Бул, адатта, чийки заттын кесилишин кесип, аны майдалап жана жылмалап, андан кийин бөлүкчөлөрдү көрсөтүү үчүн кислота менен оюп жасоо менен жасалат. Саноо микроскоп астында жүргүзүлөт жана чоңойтуу дандын жетиштүү үлгүсүн алууга мүмкүндүк берет. ASTM дандын өлчөмүнүн номерлерин берүү дандын формасынын жана диаметринин бирдейлигинин акылга сыярлык деңгээлин көрсөтөт. Ал тургай, бүтүндөй бөлүктүн ырааттуу иштешин камсыз кылуу үчүн дандын өлчөмүнүн өзгөрүшүн эки же үч чекит менен чектөө пайдалуу болушу мүмкүн.
Жумушта катуулануу учурунда, бекемдик жана ийкемдүүлүк тескери байланышта болот. ASTM данчасынын өлчөмү менен бекемдигинин ортосундагы байланыш оң жана күчтүү болууга жакын, жалпысынан узаруу ASTM данчасынын өлчөмү менен тескери байланышта. Бирок, данчалардын ашыкча өсүшү "өлүк жумшак" материалдардын мындан ары натыйжалуу катууланбай калышына алып келиши мүмкүн.
Дандын өлчөмү көбүнчө бирдиксиз сан деп аталат, болжол менен 5тен 15ке чейин. Бул салыштырмалуу катыш жана дандын орточо диаметрине байланыштуу. ASTM дандын өлчөмүнүн мааниси канчалык жогору болсо, бирдик аянтка ошончолук көп дан болот.
Күйгүзүлгөн материалдын данчаларынын өлчөмү убакытка, температурага жана муздатуу ылдамдыгына жараша өзгөрөт. Күйгүзүү, адатта, кайра кристаллдашуу температурасы менен эрүү температурасынын ортосунда жүргүзүлөт. Аустениттик дат баспас болоттон жасалган 301 эритмеси үчүн сунушталган күйгүзүү температурасынын диапазону 1900 жана 2050 градус Фаренгейт ортосунда. Ал болжол менен 2550 градус Фаренгейт эрийт. Ал эми коммерциялык таза 1-класстагы титан 1292 градус Фаренгейтте күйгүзүлүп, болжол менен 3000 градус Фаренгейтте эрийт.
Күйгүзүү учурунда калыбына келтирүү жана кайра кристаллдашуу процесстери кайра кристаллдашкан дандар бардык деформацияланган дандарды жеп бүткөнгө чейин бири-бири менен атаандашат. Кайра кристаллдашуу ылдамдыгы температурага жараша өзгөрөт. Кайра кристаллдашуу аяктагандан кийин, дандын өсүшү басымдуулук кылат. 1900°F температурада бир саат күйгүзүлгөн 301 дат баспас болоттон жасалган даяр буюм ошол эле убакытта 2000°F температурада күйгүзүлгөн ошол эле даяр буюмга караганда жукараак дан структурасына ээ болот.
Эгерде материал тийиштүү күйгүзүү диапазонунда жетиштүү убакыт кармалбаса, анда пайда болгон түзүлүш эски жана жаңы бүртүкчөлөрдүн айкалышы болушу мүмкүн. Эгерде металл боюнча бирдей касиеттер кааланса, күйгүзүү процесси бирдей тең октуу бүртүкчөлөрдүн түзүлүшүнө жетүүгө багытталышы керек. Бирдей деген бардык бүртүкчөлөрдүн өлчөмү болжол менен бирдей, ал эми тең октуу деген алардын болжол менен бирдей формада экенин билдирет.
Бирдей жана тең октуу микроструктураны алуу үчүн, ар бир даяр бөлүк бирдей убакытта бирдей өлчөмдөгү жылуулукка дуушар болушу жана бирдей ылдамдыкта муздашы керек. Бул партиялык күйгүзүү менен дайыма эле оңой же мүмкүн эмес, андыктан чылоо убактысын эсептөөдөн мурун, жок дегенде бүтүндөй даяр бөлүк тиешелүү температурада нымдалганга чейин күтүү маанилүү. Чылоо убактысынын узактыгы жана жогорку температуралар дандын орой түзүлүшүнө/жумшак материалга жана тескерисинче алып келет.
Эгерде дандын өлчөмү менен бекемдиги байланыштуу болсо жана бекемдиги белгилүү болсо, анда эмне үчүн дандарды эсептөө керек, туурабы? Бардык кыйратуучу сыноолордун өзгөрмөлүүлүгү бар. Созуу сыноолору, айрыкча төмөнкү калыңдыкта, көбүнчө үлгүнү даярдоого көз каранды. Материалдын чыныгы касиеттерин чагылдырбаган созуу бекемдигинин жыйынтыктары эрте бузулууга алып келиши мүмкүн.
Эгерде касиеттер даярдалган бөлүктүн бардык жеринде бирдей болбосо, созулууга сыналган үлгүнү же бир четинен үлгүнү алуу окуянын толук маанисин айтып бербеши мүмкүн. Үлгүнү даярдоо жана сыноо да көп убакытты талап кылышы мүмкүн. Берилген металл үчүн канча сыноо жүргүзүүгө болот жана ал канча багытта ишке ашырылышы мүмкүн? Дандын түзүлүшүн баалоо күтүлбөгөн жагдайлардан кошумча камсыздандыруу болуп саналат.
Анизотроптук, изотроптук. Анизотропия механикалык касиеттердин багыттуулугун билдирет. Бекемдиктен тышкары, анизотропияны дандын түзүлүшүн изилдөө менен жакшыраак түшүнүүгө болот.
Бирдей жана тең октуу дан структурасы изотроптук болушу керек, башкача айтканда, ал бардык багыттар боюнча бирдей касиеттерге ээ. Изотропия өзгөчө концентризм маанилүү болгон терең тартуу процесстеринде маанилүү. Бланк калыпка тартылганда, анизотроптук материал бирдей агып кетпейт, бул сөйкө деп аталган кемчиликке алып келиши мүмкүн. Сөйкө чөйчөктүн үстүнкү бөлүгү толкундуу силуэт түзгөн жерде пайда болот. Дан структурасын изилдөө даярдалган бөлүктөгү бирдей эместиктердин жайгашкан жерин аныктоого жана негизги себебин аныктоого жардам берет.
Туура күйгүзүү изотропияга жетүү үчүн абдан маанилүү, бирок күйгүзүүдөн мурун деформациянын деңгээлин түшүнүү да маанилүү. Материал пластикалык деформацияланган сайын, бүртүкчөлөр деформациялана баштайт. Муздак прокаттоодо, калыңдыкты узундукка айландырганда, бүртүкчөлөр прокаттоо багытында узарат. Бүртүкчөлөрдүн пропорциясы өзгөргөн сайын, изотропия жана жалпы механикалык касиеттери да өзгөрөт. Катуу деформацияланган даяр бөлүктөрдүн абалында, күйгүзүүдөн кийин да кандайдыр бир багыт сакталып калышы мүмкүн. Бул анизотропияга алып келет. Терең тартылган материалдар үчүн кээде эскирүүнү болтурбоо үчүн акыркы күйгүзүүдөн мурун деформациянын көлөмүн чектөө керек болот.
Апельсин кабыгы. Чогултуу - бул калып менен байланышкан терең тартылуу кемчилигинин жалгыз себеби эмес. Апельсин кабыгы өтө орой бөлүкчөлөрү бар чийки зат тартылганда пайда болот. Ар бир дан өз алдынча жана кристаллдык багытынын функциясы катары деформацияланат. Коңшу дандардын ортосундагы деформациянын айырмасы апельсин кабыгына окшош текстуралуу көрүнүшкө алып келет. Текстура - бул чөйчөктүн дубалынын бетинде пайда болгон гранулдуу түзүлүш.
Телевизор экранындагы пикселдер сыяктуу эле, майда бүртүкчөлүү түзүлүшкө ээ болгондуктан, ар бир бүртүкчөнүн ортосундагы айырма анча байкалбайт, бул резолюцияны натыйжалуу жогорулатат. Апельсин кабыгынын таасирин алдын алуу үчүн жетиштүү майда бүртүкчөнүн өлчөмүн камсыз кылуу үчүн механикалык касиеттерди көрсөтүү жетишсиз болушу мүмкүн. Иштетүүчү бөлүктүн өлчөмүнүн өзгөрүшү бүртүкчөнүн диаметринен 10 эседен аз болгондо, жеке бүртүкчөлөрдүн касиеттери калыптануу жүрүм-турумун аныктайт. Ал көптөгөн бүртүкчөлөрдө бирдей деформацияланбайт, бирок ар бир бүртүкчөнүн өзгөчө өлчөмүн жана багытын чагылдырат. Муну тартылган чөйчөктөрдүн дубалдарына апельсин кабыгынын таасиринен көрүүгө болот.
ASTM данчасынын өлчөмү 8 болсо, данчанын орточо диаметри 885 мкд түзөт. Бул микроформалоо эффектисинин таасири 0,00885 дюйм же андан аз калыңдыктын азайышына алып келиши мүмкүн дегенди билдирет.
Кесилген дандар терең тартуу көйгөйлөрүн жаратышы мүмкүн болсо да, кээде аларды басып чыгаруу үчүн колдонуу сунушталат. Штамптоо - бул деформация процесси, анда бланк каалаган беттин топографиясын, мисалы, Джордж Вашингтондун бет контурларынын төрттөн бир бөлүгүн берүү үчүн кысылат. Зым менен тартуудан айырмаланып, штамптоо, адатта, көп көлөмдөгү материалдык агымдарды камтыбайт, бирок көп күчтү талап кылат, бул жөн гана бланктын бетин деформациялашы мүмкүн.
Ушул себептен улам, орой дан структурасын колдонуу менен беттик агымдын чыңалышын минималдаштыруу калыпты туура толтуруу үчүн талап кылынган күчтөрдү азайтууга жардам берет. Бул, айрыкча, эркин калып басуу учурунда туура, мында беттик дандардагы дислокациялар дандын чектеринде топтолбостон, эркин агып кетиши мүмкүн.
Бул жерде талкууланган тенденциялар белгилүү бир бөлүмдөргө тиешелүү болбошу мүмкүн болгон жалпылоолор болуп саналат. Бирок, алар жаңы тетиктерди долбоорлоодо чийки заттын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн өлчөөнүн жана стандартташтыруунун артыкчылыктарын баса белгилеп, кеңири таралган тузактардан качуу жана калыптоо параметрлерин оптималдаштырууну камсыз кылды.
Металл тетиктерин калыпка келтирүү үчүн металлга так штамптоочу машиналарды жана терең тартуу операцияларын чыгаруучу өндүрүүчүлөр техникалык жактан квалификациялуу тактык менен кайра роликтерди колдонгон металлургдар менен жакшы иштешет, алар аларга материалдарды бүртүкчөлөр деңгээлине чейин оптималдаштырууга жардам бере алышат. Мамиленин эки тарабындагы металлургиялык жана инженердик адистер бир командага бириктирилгенде, бул өзгөртүүчү таасирге ээ болуп, оң натыйжаларды бере алат.
STAMPING Journal металл штамптоо рыногунун муктаждыктарын канааттандырууга арналган жалгыз тармактык журнал болуп саналат. 1989-жылдан бери басылма штамптоо боюнча адистерге өз бизнесин натыйжалуураак жүргүзүүгө жардам берүү үчүн алдыңкы технологияларды, тармактык тенденцияларды, мыкты тажрыйбаларды жана жаңылыктарды чагылдырып келет.
Эми The FABRICATORдун санариптик басылышына толук мүмкүнчүлүк менен, баалуу тармактык ресурстарга оңой жетүү мүмкүнчүлүгү.
The Tube & Pipe Journal журналынын санариптик басылышы эми толугу менен жеткиликтүү болуп, баалуу тармактык ресурстарга оңой жетүүнү камсыз кылат.
Металл штамптоо рыногу үчүн акыркы технологиялык жетишкендиктерди, мыкты тажрыйбаларды жана тармактык жаңылыктарды камтыган STAMPING Journal журналынын санариптик басылышына толук мүмкүнчүлүк алыңыз.
Эми The Fabricator en Español санариптик басылышына толук мүмкүнчүлүк менен, баалуу тармактык ресурстарга оңой жетүү мүмкүнчүлүгү.