Зэвэрдэггүй гангийн механик зан төлөвийг хянадаг ширхэгийн бүтцийн нэг давхаргын талаар ойлголттой болсноор ашиг тусыг олж авч болно. Getty Images
Зэвэрдэггүй ган болон хөнгөн цагаан хайлшийг сонгох нь ерөнхийдөө бат бөх, уян хатан чанар, суналт, хатуулаг дээр төвлөрдөг. Эдгээр шинж чанарууд нь металлын барилгын блокууд нь хэрэглэсэн ачаалалд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлж байгааг харуулдаг. Эдгээр нь түүхий эдийн хязгаарлалтыг зохицуулах үр дүнтэй үзүүлэлт юм; өөрөөр хэлбэл хагарахаас өмнө хэр их нугалах вэ. Түүхий эд нь хагаралгүйгээр хэвний процессыг тэсвэрлэх чадвартай байх ёстой.
Эвдрэлийн суналтын болон хатуулгийн туршилт нь механик шинж чанарыг тодорхойлох найдвартай, зардал багатай арга юм. Гэсэн хэдий ч түүхий эдийн зузаан нь туршилтын дээжийн хэмжээг хязгаарлаж эхэлмэгц эдгээр туршилтууд үргэлж тийм найдвартай байдаггүй. Хавтгай металл бүтээгдэхүүний суналтын туршилт нь мэдээж хэрэг ашигтай хэвээр байгаа боловч түүний механик зан төлөвийг хянадаг мөхлөгийн бүтцийн нэг давхаргыг илүү гүнзгий судалснаар ашиг тусыг олж авах боломжтой.
Металлууд нь мөхлөг гэж нэрлэгддэг микроскопийн талстуудын цувралаас бүрддэг. Эдгээр нь металлын бүх хэсэгт санамсаргүй байдлаар тархсан байдаг. Аустенит зэвэрдэггүй ган дахь төмөр, хром, никель, манган, цахиур, нүүрстөрөгч, азот, фосфор, хүхэр зэрэг хайлшлах элементүүдийн атомууд нь нэг мөхлөгийн нэг хэсэг юм. Эдгээр атомууд нь металлын ионуудын хатуу уусмал үүсгэдэг бөгөөд эдгээр нь нийтлэг электронуудаараа дамжуулан талст торонд холбогддог.
Хайлшийн химийн найрлага нь талст бүтэц гэж нэрлэгддэг мөхлөг дэх атомуудын термодинамикийн хувьд илүүд үздэг зохион байгуулалтыг тодорхойлдог. Давтагдсан талст бүтэц агуулсан металлын нэгэн төрлийн хэсгүүд нь фаз гэж нэрлэгддэг нэг буюу хэд хэдэн мөхлөг үүсгэдэг. Хайлшийн механик шинж чанар нь хайлш дахь талст бүтцийн функц юм. Фаз бүрийн мөхлөгийн хэмжээ, зохион байгуулалтад мөн адил хамаарна.
Ихэнх хүмүүс усны үе шатыг мэддэг. Шингэн ус хөлдөхөд хатуу мөс болдог. Гэсэн хэдий ч металлын тухайд зөвхөн нэг хатуу үе шат байдаггүй. Зарим хайлшийн бүлгүүдийг үе шатаараа нэрлэдэг. Зэвэрдэггүй гангийн дунд аустенит 300 цуврал хайлшууд нь шатаахад голчлон аустенитээс бүрддэг. Гэсэн хэдий ч 400 цуврал хайлшууд нь 430 зэвэрдэггүй ган дахь феррит эсвэл 410 ба 420 зэвэрдэггүй ган хайлш дахь мартенситаас бүрддэг.
Титаны хайлшид мөн адил хамаарна. Хайлшийн бүлэг бүрийн нэр нь өрөөний температурт тэдгээрийн давамгайлсан фазыг заана - альфа, бета эсвэл хоёулангийнх нь холимог. Альфа, альфатай ойролцоо, альфа-бета, бета болон бетатай ойролцоо хайлшууд байдаг.
Шингэн металл хатуурах үед термодинамикийн хувьд илүүд үзсэн фазын хатуу хэсгүүд нь даралт, температур, химийн найрлага зөвшөөрөгдсөн газарт тунадас үүсгэдэг. Энэ нь ихэвчлэн хүйтэн өдөр дулаан цөөрмийн гадаргуу дээрх мөсөн талстууд шиг хил хязгаарт тохиолддог. Үр тариа цөмжих үед талст бүтэц нь өөр нэг үр тариатай тааралдах хүртэл нэг чиглэлд ургадаг. Талст бүтцийн өөр өөр чиглэлээс шалтгаалан үр тарианы хил хязгаар нь хоорондоо тохиромжгүй торны огтлолцол дээр үүсдэг. Өөр өөр хэмжээтэй Рубикийн кубуудыг хайрцагт хийж төсөөлөөд үз дээ. Куб бүр дөрвөлжин тор хэлбэртэй зохион байгуулалттай боловч тэдгээр нь бүгд өөр өөр санамсаргүй чиглэлд байрлана. Бүрэн хатуурсан металл ажлын хэсэг нь санамсаргүй чиглэсэн мэт санагдах үр тарианы цувралаас бүрдэнэ.
Мөхлөг үүсэх бүрт шугамын гажиг үүсэх магадлалтай. Эдгээр гажиг нь дислокаци гэж нэрлэгддэг талст бүтцийн алга болсон хэсгүүд юм. Эдгээр дислокаци болон тэдгээрийн дараагийн хөдөлгөөн нь мөхлөг даяар болон мөхлөгийн хил хязгаараар дамжин металлын уян хатан чанарын үндэс суурь болдог.
Ажлын хэсгийн хөндлөн огтлолыг суурилуулж, зүлгэж, өнгөлж, сийлсэн бөгөөд үр тарианы бүтцийг хардаг. Нэг жигд ба тэгш тэнхлэгтэй үед оптик микроскопоор ажиглагдсан бичил бүтэц нь эвлүүлдэг тоглоом шиг харагддаг. Бодит байдал дээр үр тариа нь гурван хэмжээст бөгөөд үр тариа бүрийн хөндлөн огтлол нь ажлын хэсгийн хөндлөн огтлолын чиглэлээс хамаарч өөр өөр байх болно.
Кристал бүтэц нь бүх атомуудаараа дүүрсэн үед атомын холбоо сунгагдахаас өөр хөдөлгөөн хийх зай байхгүй болно.
Атомын эгнээний талыг салгахад та өөр эгнээний атомууд тэр байрлалд гулсах боломжийг бий болгож, мултралыг үр дүнтэй хөдөлгөдөг. Ажлын хэсэгт хүч үйлчлэх үед бичил бүтэц дэх мултралуудын нийлбэр хөдөлгөөн нь түүнийг хугарах, эвдрэхгүйгээр нугалах, сунах эсвэл шахах боломжийг олгодог.
Металл хайлшинд хүч үйлчлэх үед систем энергийг нэмэгдүүлдэг. Хэрэв хуванцар деформаци үүсгэхэд хангалттай энерги нэмбэл тор нь деформацид орж, шинэ мултрал үүсдэг. Энэ нь илүү их зайг чөлөөлж, улмаар мултрал хөдөлгөөнийг нэмэгдүүлэх боломжийг бий болгодог тул уян хатан чанарыг нэмэгдүүлэх ёстой гэж үзэх нь логик юм. Гэсэн хэдий ч мултралууд мөргөлдөх үед тэд бие биенээ засах боломжтой.
Дислокацийн тоо болон концентраци нэмэгдэхийн хэрээр улам олон дислокаци хоорондоо нягтарч, уян хатан чанар буурдаг. Эцэст нь маш олон дислокаци гарч ирснээр хүйтэн хэлбэржих боломжгүй болдог. Одоо байгаа зүүсэн дислокациуд цаашид хөдөлж чадахгүй тул торны атомын холбоо тасрах эсвэл хугарах хүртэл сунадаг. Ийм учраас металл хайлшууд хатуурдаг бөгөөд металлын хугарахаас өмнө тэсвэрлэх хуванцар деформацийн хэмжээнд хязгаарлалт байдаг.
Үр тариа нь мөн шарах процесст чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Ажлаар хатуурсан материалыг шарах нь үндсэндээ бичил бүтцийг дахин тохируулж, улмаар уян хатан чанарыг сэргээдэг. Шарах процессын явцад үр тариа нь гурван үе шаттайгаар хувирдаг:
Хүн ихтэй галт тэрэгний вагоноор алхаж байна гээд төсөөлөөд үз дээ. Олон хүнийг зөвхөн эгнээний хооронд торон дээрх мултрал шиг зай үлдээснээр л шахаж болно. Тэд урагшлах тусам ард нь байгаа хүмүүс үлдээсэн хоосон зайг дүүргэж, харин тэд урд талд нь шинэ зай гаргаж байв. Тэд вагоны нөгөө үзүүрт хүрэхэд зорчигчдын байрлал өөрчлөгдөнө. Хэрэв хэт олон хүн нэг дор өнгөрөхийг оролдвол хөдөлгөөн хийх зай гаргахыг оролдож буй зорчигчид бие биетэйгээ мөргөлдөж, галт тэрэгний вагоны хананд мөргөж, бүх хүмүүсийг байранд нь хавчина. Илүү олон мултрал гарах тусам нэгэн зэрэг хөдлөхөд хэцүү болно.
Дахин талсжих процессыг эхлүүлэхэд шаардагдах хамгийн бага деформацийн түвшинг ойлгох нь чухал юм. Гэсэн хэдий ч хэрэв металлыг халаахаас өмнө хангалттай деформацийн энерги байхгүй бол дахин талсжих процесс явагдахгүй бөгөөд ширхэгүүд нь анхны хэмжээнээсээ цааш үргэлжлүүлэн ургах болно.
Механик шинж чанарыг үр тарианы ургалтыг хянах замаар тохируулж болно. Үр тарианы хил хязгаар нь үндсэндээ мултралуудын хана юм. Эдгээр нь хөдөлгөөнд саад болдог.
Хэрэв үр тарианы ургалт хязгаарлагдмал байвал илүү олон тооны жижиг үр тариа гарна. Эдгээр жижиг үр тариаг бүтцийн хувьд илүү нарийн гэж үздэг. Үр тарианы хил хязгаар их байх тусам хөдөлгөөн бага, бат бөх чанар өндөр болно.
Хэрэв үр тарианы ургалтыг хязгаарлахгүй бол үр тарианы бүтэц нь бүдүүн болж, үр тариа нь томорч, хил хязгаар нь багасч, бат бэх чанар нь буурдаг.
Үр тарианы хэмжээг ихэвчлэн 5-15 хооронд нэгжгүй тоо гэж нэрлэдэг. Энэ нь харьцангуй харьцаа бөгөөд үр тарианы дундаж диаметртэй холбоотой. Энэ тоо өндөр байх тусам мөхлөг чанар нь нарийн байдаг.
ASTM E112 нь үр тарианы хэмжээг хэмжих, үнэлэх аргуудыг тоймлон харуулсан. Энэ нь өгөгдсөн талбай дахь үр тарианы хэмжээг тоолохыг хэлнэ. Үүнийг ихэвчлэн түүхий эдийн хөндлөн огтлолыг огтолж, нунтаглаж, өнгөлж, дараа нь хүчилээр сийлж бөөмсийг ил гаргах замаар хийдэг. Тооллогыг микроскопоор хийдэг бөгөөд томруулалт нь үр тарианаас хангалттай дээж авах боломжийг олгодог. ASTM үр тарианы хэмжээний дугаарыг оноох нь үр тарианы хэлбэр, диаметрийн жигд байдлын зохих түвшинг харуулж байна. Ажлын хэсгийн тогтвортой ажиллагааг хангахын тулд үр тарианы хэмжээний хэлбэлзлийг хоёр эсвэл гурван цэгээр хязгаарлах нь давуу талтай байж болох юм.
Ажлын хатууралтын хувьд бат бэх ба уян хатан чанар нь урвуу хамааралтай байдаг. ASTM ширхэгийн хэмжээ ба бат бэхийн хоорондын хамаарал нь эерэг ба хүчтэй байх хандлагатай байдаг бөгөөд ерөнхийдөө суналт нь ASTM ширхэгийн хэмжээтэй урвуу хамааралтай байдаг. Гэсэн хэдий ч ширхэгийн хэт их өсөлт нь "үхмэл зөөлөн" материалыг цаашид үр дүнтэй хатууруулахаа больж болзошгүй юм.
Үр тарианы хэмжээг ихэвчлэн нэгжгүй тоо гэж нэрлэдэг бөгөөд 5-15 хооронд хэлбэлздэг. Энэ нь харьцангуй харьцаа бөгөөд үр тарианы дундаж диаметртэй холбоотой. ASTM үр тарианы хэмжээний утга өндөр байх тусам нэгж талбайд илүү их үр тариа агуулагддаг.
Шарсан материалын ширхэгийн хэмжээ нь цаг хугацаа, температур, хөргөлтийн хурдаас хамаарч өөр өөр байдаг. Шарах ажлыг ихэвчлэн хайлшийн дахин талсжих температур ба хайлах цэгийн хооронд хийдэг. Аустенит зэвэрдэггүй ган хайлш 301-ийн хувьд санал болгож буй шарах температурын хүрээ нь 1900-2050 градус Фаренгейтийн хооронд байдаг. Энэ нь 2550 градус Фаренгейтийн орчимд хайлж эхэлнэ. Үүний эсрэгээр, арилжааны цэвэр 1-р зэргийн титаныг 1292 градус Фаренгейтийн температурт шарж, 3000 градус Фаренгейтийн орчимд хайлуулах хэрэгтэй.
Халаалтын явцад нөхөн сэргээх болон дахин талсжих үйл явц нь дахин талсжсан мөхлөгүүд бүх гажигтай мөхлөгүүдийг идэх хүртэл хоорондоо өрсөлддөг. Дахин талсжих хурд нь температураас хамаарч өөр өөр байдаг. Дахин талсжих үйл явц дууссаны дараа мөхлөгүүдийн өсөлт давамгайлдаг. 1900°F температурт нэг цагийн турш халаасан 301 зэвэрдэггүй ган ажлын хэсэг нь 2000°F температурт нэг цагт халаасан ижил ажлын хэсгээс илүү нарийн мөхлөгийн бүтэцтэй байх болно.
Хэрэв материалыг зохих ёсоор хатаах хязгаарт хангалттай удаан барихгүй бол үүссэн бүтэц нь хуучин болон шинэ ширхэгийн хослол байж болно. Хэрэв металлын туршид жигд шинж чанарыг хүсч байвал хатаах үйл явц нь жигд тэгш тэнхлэгтэй ширхэгийн бүтцийг бий болгоход чиглэгдэх ёстой. Жигд гэдэг нь бүх ширхэгүүд ойролцоогоор ижил хэмжээтэй, тэгш тэнхлэгтэй гэдэг нь тэдгээр нь ойролцоогоор ижил хэлбэртэй гэсэн үг юм.
Жигд ба тэнхлэгтэй бичил бүтэцтэй болохын тулд ажлын хэсэг бүрийг ижил хугацаанд ижил хэмжээний халуунд өртүүлж, ижил хурдаар хөрнө. Энэ нь багцаар шарах үед үргэлж амар эсвэл боломжгүй байдаг тул дэвтээх хугацааг тооцоолохоос өмнө ажлын хэсэг бүхэлдээ зохих температурт ханах хүртэл хүлээх нь чухал юм. Урт дэвтээх хугацаа болон өндөр температур нь илүү бүдүүн ширхэгтэй бүтэц / илүү зөөлөн материал үүсгэх ба эсрэгээр нь хүргэдэг.
Хэрэв үр тарианы хэмжээ ба бат бэх нь хоорондоо холбоотой бөгөөд бат бэх нь мэдэгдэж байгаа бол яагаад үр тариаг тооцоолох ёстой гэж? Бүх хор хөнөөлтэй туршилтууд хувьсах чадвартай байдаг. Суналтын туршилт, ялангуяа бага зузаантай үед нь дээж бэлтгэхээс ихээхэн хамаардаг. Бодит материалын шинж чанарыг төлөөлдөггүй суналтын бат бэхийн үр дүн нь эрт эвдэрч болзошгүй.
Хэрэв шинж чанарууд нь ажлын хэсгийн туршид жигд биш бол суналтын туршилтын дээж эсвэл нэг ирмэгээс дээж авах нь бүхэл бүтэн түүхийг хэлж чадахгүй байж магадгүй юм. Дээж бэлтгэх, турших нь цаг хугацаа их шаарддаг. Тухайн металлын хувьд хэдэн туршилт хийх боломжтой бөгөөд хэдэн чиглэлд боломжтой вэ? Үр тарианы бүтцийг үнэлэх нь гэнэтийн зүйлээс хамгаалах нэмэлт даатгал юм.
Анизотроп, изотроп. Анизотропи гэдэг нь механик шинж чанарын чиглэлийг хэлнэ. Бат бэхээс гадна анизотропийг үр тарианы бүтцийг судлах замаар илүү сайн ойлгож болно.
Жигд ба тэнхлэгтэй үр тарианы бүтэц нь изотроп байх ёстой бөгөөд энэ нь бүх чиглэлд ижил шинж чанартай гэсэн үг юм. Изотроп нь төвлөрөл чухал байдаг гүн зурах процесст онцгой чухал юм. Хоосон хэсгийг хэвэнд татахад анизотроп материал жигд урсахгүй бөгөөд энэ нь ээмэг гэж нэрлэгддэг согог үүсгэдэг. Ээмэг нь аяганы дээд хэсэг нь долгионтой дүрс үүсгэдэг газарт үүсдэг. Үр тарианы бүтцийг шалгах нь ажлын хэсэгт жигд бус байдлын байршлыг илрүүлж, үндсэн шалтгааныг оношлоход тусалдаг.
Изотропийг бий болгохын тулд зөв арчилгаа хийх нь чухал боловч арчилгаанаас өмнө деформацийн хэмжээг ойлгох нь чухал юм. Материал хуванцар деформацид ороход ширхэгүүд нь деформацид орж эхэлдэг. Хүйтэн гулсмал хийх үед зузааныг уртасгахад ширхэгүүд нь гулсмал чиглэлд сунах болно. Ширхэгүүдийн харьцаа өөрчлөгдөхөд изотроп болон нийт механик шинж чанарууд өөрчлөгддөг. Хэт их деформацид орсон ажлын хэсгүүдийн хувьд арчилгааны дараа ч зарим чиглэл хадгалагдаж болно. Энэ нь анизотроп үүсгэдэг. Гүн сунгасан материалын хувьд элэгдэлд орохоос зайлсхийхийн тулд эцсийн арчилгааны өмнө деформацийн хэмжээг хязгаарлах шаардлагатай байдаг.
жүржийн хальс. Шүүрдэх нь хэвтэй холбоотой цорын ганц гүн таталтын согог биш юм. Жүржийн хальс нь хэт бүдүүн ширхэгтэй түүхий эдийг татах үед үүсдэг. Үр тариа бүр бие даан, талстын чиглэлийнхээ дагуу деформацид ордог. Зэргэлдээ үр тарианы хоорондох деформацийн ялгаа нь жүржийн хальстай төстэй бүтэцтэй төрхийг бий болгодог. Бүтэц нь аяганы хананы гадаргуу дээр илэрдэг мөхлөгт бүтэц юм.
Телевизийн дэлгэц дээрх пикселүүдийн нэгэн адил нарийн ширхэгтэй бүтэцтэй тул ширхэг бүрийн ялгаа бага мэдрэгдэх бөгөөд нягтралыг үр дүнтэй нэмэгдүүлэх болно. Зөвхөн механик шинж чанарыг тодорхойлох нь жүржийн хальсны нөлөөллөөс урьдчилан сэргийлэх хангалттай нарийн ширхэгийн хэмжээг хангахад хангалтгүй байж магадгүй юм. Ажлын хэсгийн хэмжээний өөрчлөлт нь ширхэгийн диаметрээс 10 дахин бага байх үед ширхэг бүрийн шинж чанар нь үүсэх зан төлөвийг удирдана. Энэ нь олон ширхэг дээр адилхан деформацид ордоггүй, харин ширхэг бүрийн тодорхой хэмжээ, чиглэлийг тусгадаг. Үүнийг зурсан аяганы ханан дээрх жүржийн хальсны нөлөөнөөс харж болно.
ASTM-ийн 8 ширхэгийн хэмжээтэй бол дундаж ширхэгийн диаметр нь 885 µin байна. Энэ нь 0.00885 инч ба түүнээс бага зузаантай аливаа бууралтад энэхүү бичил хэлбэржүүлэх нөлөө нөлөөлж болно гэсэн үг юм.
Хэдийгээр бүдүүн ширхэгтэй материал нь гүн зурах асуудал үүсгэж болох ч заримдаа хэвлэхэд ашиглахыг зөвлөдөг. Тамгалах гэдэг нь хоосон зайг шахаж хүссэн гадаргуугийн топографийг, тухайлбал Жорж Вашингтоны нүүрний дөрөвний нэгийг өгөх деформацийн процесс юм. Утсаар зурахаас ялгаатай нь тамгалах нь ихэвчлэн их хэмжээний материалын урсгал шаарддаггүй боловч маш их хүч шаарддаг бөгөөд энэ нь хоосон зайны гадаргууг деформацид оруулж болзошгүй юм.
Ийм учраас илүү бүдүүн ширхэгтэй бүтцийг ашиглан гадаргуугийн урсгалын стрессийг багасгах нь хэвийг зөв дүүргэхэд шаардагдах хүчийг бууруулахад тусалдаг. Энэ нь ялангуяа чөлөөт хэвний хэвлэмэл хэлбэрийн хувьд үнэн бөгөөд гадаргуугийн ширхэгүүд дээрх мултрал нь ширхэгийн хил дээр хуримтлагдахын оронд чөлөөтэй урсаж чаддаг.
Энд хэлэлцсэн чиг хандлага нь тодорхой хэсгүүдэд хамаарахгүй байж болох ерөнхийлөн дүгнэлтүүд юм. Гэсэн хэдий ч нийтлэг алдаанаас зайлсхийх, хэвний параметрүүдийг оновчтой болгохын тулд шинэ эд анги зохион бүтээхдээ түүхий эдийн ширхэгийн хэмжээг хэмжих, стандартчилахын ач тусыг онцолсон.
Нарийвчлалтай металл тамгалах машин болон эд ангиудыг нь бүрдүүлэхийн тулд металл дээр гүн зурах үйл ажиллагаа эрхэлдэг үйлдвэрлэгчид техникийн хувьд мэргэшсэн нарийвчлалтай дахин өнхрүүлэгчтэй металлурчидтай сайн хамтран ажиллах бөгөөд тэд материалыг ширхэгийн түвшинд хүртэл оновчтой болгоход нь туслах болно. Харилцааны хоёр талын металлургийн болон инженерийн мэргэжилтнүүд нэг багт нэгдсэн тохиолдолд энэ нь өөрчлөлтийн нөлөө үзүүлж, илүү эерэг үр дүнд хүрэх боломжтой.
STAMPING Journal нь металл тамгалах зах зээлийн хэрэгцээг хангахад зориулагдсан цорын ганц салбарын сэтгүүл юм. 1989 оноос хойш тус сэтгүүл нь тамгалах мэргэжилтнүүдэд бизнесээ илүү үр ашигтай явуулахад нь туслах зорилгоор дэвшилтэт технологи, салбарын чиг хандлага, шилдэг туршлага, мэдээ мэдээллийг нийтэлж ирсэн.
Одоо Үйлдвэрлэгчийн дижитал хувилбарт бүрэн хандах боломжтой болсон тул салбарын үнэ цэнэтэй нөөцөд хялбархан хандах боломжтой боллоо.
The Tube & Pipe Journal сэтгүүлийн дижитал хувилбарыг одоо бүрэн ашиглах боломжтой болсон бөгөөд энэ нь салбарын үнэ цэнэтэй нөөцөд хялбархан хандах боломжийг олгож байна.
Металл тамгалах зах зээлийн хамгийн сүүлийн үеийн технологийн дэвшил, шилдэг туршлага, салбарын мэдээг багтаасан STAMPING Journal сэтгүүлийн дижитал хувилбарыг бүрэн эхээр нь үзээрэй.
Одоо The Fabricator en Español сэтгүүлийн дижитал хувилбарыг бүрэн ашиглах боломжтой болсон тул салбарын үнэ цэнэтэй нөөцөд хялбархан хандах боломжтой боллоо.