Përfitimet mund të arrihen duke kuptuar një shtresë të strukturës së kokrrizave që kontrollon sjelljen mekanike të çelikut inox. Getty Images
Përzgjedhja e çelikut inox dhe lidhjeve të aluminit në përgjithësi përqendrohet rreth rezistencës, duktilitetit, zgjatimit dhe fortësisë. Këto veti tregojnë se si blloqet ndërtuese të metalit i përgjigjen ngarkesave të aplikuara. Ato janë një tregues efektiv i menaxhimit të kufizimeve të lëndës së parë; domethënë, sa do të përkulet para se të thyhet. Lënda e parë duhet të jetë në gjendje t'i rezistojë procesit të derdhjes pa u thyer.
Testimi shkatërrues i tërheqjes dhe fortësisë është një metodë e besueshme dhe me kosto efektive për përcaktimin e vetive mekanike. Megjithatë, këto teste nuk janë gjithmonë aq të besueshme pasi trashësia e lëndës së parë fillon të kufizojë madhësinë e mostrës së testuar. Testimi i tërheqjes së produkteve metalike të sheshta është sigurisht ende i dobishëm, por përfitimet mund të fitohen duke parë më thellë një shtresë të strukturës së kokrrizave që kontrollon sjelljen e saj mekanike.
Metalet përbëhen nga një seri kristalesh mikroskopike të quajtura kokrriza. Ato janë të shpërndara rastësisht në të gjithë metalin. Atomet e elementëve aliazh, siç janë hekuri, kromi, nikeli, mangani, silici, karboni, azoti, fosfori dhe squfuri në çelikët inox austenitikë, janë pjesë e një kokrrize të vetme. Këto atome formojnë një tretësirë ​​të ngurtë të joneve metalike, të cilat lidhen në rrjetën kristalore përmes elektroneve të tyre të përbashkëta.
Përbërja kimike e aliazhit përcakton rregullimin termodinamikisht të preferuar të atomeve në kokrriza, i njohur si struktura kristalore. Pjesët homogjene të një metali që përmbajnë një strukturë kristalore përsëritëse formojnë një ose më shumë kokrriza të quajtura faza. Vetitë mekanike të një aliazh janë një funksion i strukturës kristalore në aliazh. E njëjta gjë vlen edhe për madhësinë dhe rregullimin e kokrrizave të secilës fazë.
Shumica e njerëzve janë të njohur me fazat e ujit. Kur uji i lëngshëm ngrin, ai bëhet akull i ngurtë. Megjithatë, kur bëhet fjalë për metalet, nuk ka vetëm një fazë të ngurtë. Disa familje aliazhesh emërtohen sipas fazave të tyre. Midis çelikëve inox, aliazhet austenitike të serisë 300 përbëhen kryesisht nga austeniti kur kaliten. Megjithatë, aliazhet e serisë 400 përbëhen nga ferriti në çelik inox 430 ose martensiti në aliazhet e çelikut inox 410 dhe 420.
E njëjta gjë vlen edhe për lidhjet e titanit. Emri i secilit grup lidhjesh tregon fazën e tyre mbizotëruese në temperaturën e dhomës - alfa, beta ose një përzierje e të dyjave. Ekzistojnë lidhje alfa, afër-alfa, alfa-beta, beta dhe afër-beta.
Kur metali i lëngshëm ngurtësohet, grimcat e ngurta të fazës së preferuar termodinamikisht do të precipitojnë aty ku e lejojnë presioni, temperatura dhe përbërja kimike. Kjo zakonisht ndodh në ndërfaqe, si kristalet e akullit në sipërfaqen e një pellgu të ngrohtë në një ditë të ftohtë. Kur kokrrat formohen bërthama, struktura kristalore rritet në një drejtim derisa të haset një kokërr tjetër. Kufijtë e kokrrave formohen në kryqëzimet e rrjetave të papërputhshme për shkak të orientimeve të ndryshme të strukturave kristalore. Imagjinoni të vendosni një tufë kubash Rubik me madhësi të ndryshme në një kuti. Çdo kub ka një rregullim rrjete katrore, por të gjitha do të jenë të rregulluara në drejtime të ndryshme të rastësishme. Një copë metalike e ngurtësuar plotësisht përbëhet nga një seri kokrrizash në dukje të orientuara rastësisht.
Sa herë që formohet një kokërr, ekziston mundësia e defekteve të vijës. Këto defekte janë pjesë që mungojnë në strukturën kristalore të quajtura dislokime. Këto dislokime dhe lëvizja e tyre pasuese përgjatë gjithë kokrrizave dhe përtej kufijve të kokrrizave janë themelore për duktilitetin e metalit.
Një prerje tërthore e copës së punës montohet, bluhet, lëmohet dhe gdhendet për të parë strukturën e kokrrizave. Kur janë uniforme dhe të barabarta, mikrostrukturat e vëzhguara në një mikroskop optik duken pak si një lojë me figura. Në realitet, kokrrizat janë tre-dimensionale dhe prerja tërthore e secilës kokërr do të ndryshojë në varësi të orientimit të prerjes tërthore të copës së punës.
Kur një strukturë kristalore është e mbushur me të gjitha atomet e saj, nuk ka vend për lëvizje përveç shtrirjes së lidhjeve atomike.
Kur hiqni gjysmën e një rreshti atomesh, krijoni një mundësi që një rresht tjetër atomesh të rrëshqasë në atë pozicion, duke e lëvizur në mënyrë efektive zhvendosjen. Kur një forcë aplikohet në copën e punës, lëvizja e agreguar e zhvendosjeve në mikrostrukturë i mundëson asaj të përkulet, të shtrihet ose të ngjeshet pa u thyer ose pa u thyer.
Kur një forcë vepron mbi një aliazh metali, sistemi rrit energjinë. Nëse shtohet energji e mjaftueshme për të shkaktuar deformim plastik, rrjeta deformohet dhe formohen zhvendosje të reja. Duket logjike që kjo duhet të rrisë duktilitetin, pasi liron më shumë hapësirë ​​dhe kështu krijon potencialin për më shumë lëvizje zhvendosjesh. Megjithatë, kur zhvendosjet përplasen, ato mund të fiksojnë njëra-tjetrën.
Ndërsa numri dhe përqendrimi i dislokimeve rritet, gjithnjë e më shumë dislokime ngjiten së bashku, duke zvogëluar duktilitetin. Përfundimisht shfaqen kaq shumë dislokime saqë formimi i ftohtë nuk është më i mundur. Meqenëse dislokimet ekzistuese të ngjitjes nuk mund të lëvizin më, lidhjet atomike në rrjetë shtrihen derisa të thyhen ose të prishen. Kjo është arsyeja pse lidhjet metalike ngurtësohen dhe pse ekziston një kufi për sasinë e deformimit plastik që një metal mund t'i rezistojë para se të thyhet.
Kokrrat gjithashtu luajnë një rol të rëndësishëm në pjekje. Pjekja e një materiali të kalitur në thelb rivendos mikrostrukturën dhe kështu rikthen duktilitetin. Gjatë procesit të pjekjes, kokrrat transformohen në tre hapa:
Imagjinoni një person që ecën nëpër një vagon treni të mbushur me njerëz. Turmat mund të shtrydhen vetëm duke lënë boshllëqe midis rreshtave, si zhvendosje në një rrjetë. Ndërsa përparonin, njerëzit pas tyre mbushën boshllëkun që lanë, ndërsa krijuan hapësirë ​​të re përpara. Pasi të arrijnë në anën tjetër të vagonit, rregullimi i pasagjerëve ndryshon. Nëse shumë njerëz përpiqen të kalojnë njëkohësisht, pasagjerët që përpiqen të bëjnë vend për lëvizjen e tyre do të përplasen me njëri-tjetrin dhe do të godasin muret e vagonëve të trenit, duke i mbërthyer të gjithë në vend. Sa më shumë zhvendosje që shfaqen, aq më e vështirë është për ta të lëvizin në të njëjtën kohë.
Është e rëndësishme të kuptohet niveli minimal i deformimit të kërkuar për të shkaktuar rikristalizimin. Megjithatë, nëse metali nuk ka energji të mjaftueshme deformimi përpara se të nxehet, rikristalizimi nuk do të ndodhë dhe kokrrat thjesht do të vazhdojnë të rriten përtej madhësisë së tyre origjinale.
Vetitë mekanike mund të akordohen duke kontrolluar rritjen e kokrrizave. Një kufi kokrrizash është në thelb një mur zhvendosjesh. Ato pengojnë lëvizjen.
Nëse rritja e kokrrizave është e kufizuar, do të prodhohet një numër më i madh kokrrizash të vogla. Këto kokrriza më të vogla konsiderohen më të holla për sa i përket strukturës së kokrrizave. Më shumë kufij kokrrizash do të thotë më pak lëvizje zhvendosjesh dhe forcë më e lartë.
Nëse rritja e kokrrizave nuk kufizohet, struktura e kokrrizave bëhet më e trashë, kokrrizat janë më të mëdha, kufijtë janë më të vegjël dhe fortësia është më e ulët.
Madhësia e kokrrizave shpesh quhet një numër pa njësi, diku midis 5 dhe 15. Ky është një raport relativ dhe lidhet me diametrin mesatar të kokrrizave. Sa më i lartë numri, aq më i imët është granulariteti.
ASTM E112 përshkruan metodat për matjen dhe vlerësimin e madhësisë së kokrrizave. Ai përfshin numërimin e sasisë së kokrrizave në një zonë të caktuar. Kjo zakonisht bëhet duke prerë një prerje tërthore të lëndës së parë, duke e bluar dhe duke e lëmuar atë, dhe më pas duke e gdhendur me acid për të ekspozuar grimcat. Numërimi kryhet nën mikroskop, dhe zmadhimi lejon marrjen e mostrave të mjaftueshme të kokrrizave. Caktimi i numrave të madhësisë së kokrrizave ASTM tregon një nivel të arsyeshëm uniformiteti në formën dhe diametrin e kokrrizave. Madje mund të jetë e dobishme të kufizohet ndryshimi në madhësinë e kokrrizave në dy ose tre pika për të siguruar performancë të qëndrueshme në të gjithë pjesën e punës.
Në rastin e forcimit me punë, rezistenca dhe duktiliteti kanë një marrëdhënie të zhdrejtë. Marrëdhënia midis madhësisë së kokrrizave ASTM dhe rezistencës tenton të jetë pozitive dhe e fortë, në përgjithësi zgjatja është në lidhje të zhdrejtë me madhësinë e kokrrizave ASTM. Megjithatë, rritja e tepërt e kokrrizave mund të shkaktojë që materialet "të buta dhe të vdekura" të mos forcimin në mënyrë efektive.
Madhësia e kokrrizave shpesh quhet një numër pa njësi, diku midis 5 dhe 15. Ky është një raport relativ dhe lidhet me diametrin mesatar të kokrrizave. Sa më e lartë të jetë vlera e madhësisë së kokrrizave ASTM, aq më shumë kokrriza për njësi të sipërfaqes.
Madhësia e kokrrizave të materialit të pjekur ndryshon me kohën, temperaturën dhe shkallën e ftohjes. Pjekja zakonisht kryhet midis temperaturës së rikristalizimit dhe pikës së shkrirjes së aliazhit. Diapazoni i rekomanduar i temperaturës së pjekjes për aliazhin e çelikut inox austenitik 301 është midis 1,900 dhe 2,050 gradë Fahrenheit. Do të fillojë të shkrihet rreth 2,550 gradë Fahrenheit. Në të kundërt, titani i pastër komercialisht i gradës 1 duhet të pjeket në 1,292 gradë Fahrenheit dhe të shkrihet rreth 3,000 gradë Fahrenheit.
Gjatë pjekjes, proceset e rikuperimit dhe rikristalizimit konkurrojnë me njëri-tjetrin derisa kokrrat e rikristalizuara të konsumojnë të gjitha kokrrat e deformuara. Shkalla e rikristalizimit ndryshon me temperaturën. Pasi rikristalizimi të përfundojë, rritja e kokrrave merr përsipër. Një copë çeliku inox 301 e pjekur në 1,900°F për një orë do të ketë një strukturë kokrrizash më të imët sesa e njëjta copë e pjekur në 2,000°F për të njëjtën kohë.
Nëse materiali nuk mbahet në diapazonin e duhur të pjekjes për një kohë të mjaftueshme, struktura që rezulton mund të jetë një kombinim i kokrrizave të vjetra dhe të reja. Nëse dëshirohen veti uniforme në të gjithë metalin, procesi i pjekjes duhet të synojë të arrijë një strukturë uniforme të kokrrizave me boshte të barabarta. Uniforme do të thotë që të gjitha kokrrizat janë afërsisht të së njëjtës madhësi, dhe me boshte të barabarta do të thotë që ato janë afërsisht të së njëjtës formë.
Për të përftuar një mikrostrukturë uniforme dhe të barabartë me boshte, çdo copë pune duhet të ekspozohet ndaj të njëjtës sasi nxehtësie për të njëjtën kohë dhe duhet të ftohet me të njëjtën shpejtësi. Kjo nuk është gjithmonë e lehtë ose e mundur me pjekjen në seri, kështu që është e rëndësishme të prisni të paktën derisa e gjithë copa e punës të ngopet në temperaturën e duhur para se të llogaritni kohën e zhytjes. Kohët më të gjata të zhytjes dhe temperaturat më të larta do të rezultojnë në një strukturë me kokërr më të trashë/material më të butë dhe anasjelltas.
Nëse madhësia e kokrrizave dhe fortësia janë të lidhura, dhe fortësia dihet, pse të llogariten kokrrizat, apo jo? Të gjitha testet shkatërruese kanë ndryshueshmëri. Testimi në tërheqje, veçanërisht në trashësi më të ulëta, varet kryesisht nga përgatitja e mostrës. Rezultatet e fortësisë në tërheqje që nuk përfaqësojnë vetitë aktuale të materialit mund të përjetojnë dështim të parakohshëm.
Nëse vetitë nuk janë uniforme në të gjithë copën e punës, marrja e një mostre ose mostre për provë tërheqjeje nga njëra anë mund të mos e tregojë të gjithë historinë. Përgatitja dhe testimi i mostrës gjithashtu mund të kërkojë shumë kohë. Sa teste janë të mundshme për një metal të caktuar dhe në sa drejtime është e realizueshme? Vlerësimi i strukturës së kokrrizave është një sigurim shtesë kundër surprizave.
Anizotropik, izotropik. Anizotropia i referohet drejtimit të vetive mekanike. Përveç fortësisë, anizotropia mund të kuptohet më mirë duke shqyrtuar strukturën e kokrrizave.
Një strukturë uniforme dhe ekuivalente e kokrrizave duhet të jetë izotropike, që do të thotë se ka të njëjtat veti në të gjitha drejtimet. Izotropia është veçanërisht e rëndësishme në proceset e vizatimit të thellë ku koncentriteti është kritik. Kur boshllëku tërhiqet në myk, materiali anizotropik nuk do të rrjedhë në mënyrë uniforme, gjë që mund të çojë në një defekt të quajtur vathë. Vathi ndodh aty ku pjesa e sipërme e kupës formon një siluetë të valëzuar. Ekzaminimi i strukturës së kokrrizave mund të zbulojë vendndodhjen e johomogjeniteteve në copën e punës dhe të ndihmojë në diagnostikimin e shkakut rrënjësor.
Pjekja e duhur është kritike për arritjen e izotropisë, por është gjithashtu e rëndësishme të kuptohet shkalla e deformimit para pjekjes. Ndërsa materiali deformohet plastikisht, kokrrat fillojnë të deformohen. Në rastin e petëzimit të ftohtë, duke e kthyer trashësinë në gjatësi, kokrrat do të zgjaten në drejtimin e petëzimit. Ndërsa raporti i aspektit të kokrrave ndryshon, ndryshon edhe izotropia dhe vetitë e përgjithshme mekanike. Në rastin e pjesëve të punës të deformuara shumë, një orientim mund të ruhet edhe pas pjekjes. Kjo rezulton në anizotropi. Për materialet e tërhequra thellë, ndonjëherë është e nevojshme të kufizohet sasia e deformimit para pjekjes përfundimtare për të shmangur konsumimin.
lëvozhgë portokalli. Marrja nuk është i vetmi defekt i tërheqjes së thellë që shoqërohet me modelin. Lëvozhga portokalli ndodh kur tërhiqen lëndë të para me grimca shumë të trasha. Çdo kokërr deformohet në mënyrë të pavarur dhe si funksion i orientimit të saj kristalor. Dallimi në deformim midis kokrrizave ngjitur rezulton në një pamje të teksturuar të ngjashme me lëkurën e portokallit. Tekstura është struktura kokrrizore e zbuluar në sipërfaqen e murit të kupës.
Ashtu si pikselët në një ekran televizori, me një strukturë të imët, ndryshimi midis secilës kokërr do të jetë më pak i dukshëm, duke rritur në mënyrë efektive rezolucionin. Specifikimi i vetive mekanike vetëm mund të mos jetë i mjaftueshëm për të siguruar një madhësi kokrrizash mjaftueshëm të imët për të parandaluar efektin e lëvozhgës së portokallit. Kur ndryshimi në madhësinë e copës së punës është më pak se 10 herë diametri i kokrrizave, vetitë e kokrrizave individuale do të nxisin sjelljen e formimit. Nuk deformohet në mënyrë të barabartë mbi shumë kokrriza, por pasqyron madhësinë dhe orientimin specifik të secilës kokërr. Kjo mund të shihet nga efekti i lëvozhgës së portokallit në muret e kupave të tërhequra.
Për një madhësi kokrrizash ASTM prej 8, diametri mesatar i kokrrizave është 885 µin. Kjo do të thotë që çdo reduktim i trashësisë prej 0.00885 inç ose më pak mund të ndikohet nga ky efekt mikroformimi.
Edhe pse kokrrat e trasha mund të shkaktojnë probleme me vizatimin e thellë, ato ndonjëherë rekomandohen për stampim. Stampimi është një proces deformimi në të cilin një boshllëk kompresohet për të dhënë një topografi sipërfaqësore të dëshiruar, siç është një e katërta e kontureve të fytyrës së George Washington. Ndryshe nga vizatimi me tel, stampimi zakonisht nuk përfshin shumë rrjedhje të materialit në masë, por kërkon shumë forcë, e cila mund të deformojë vetëm sipërfaqen e boshllëkut.
Për këtë arsye, minimizimi i stresit të rrjedhjes sipërfaqësore duke përdorur një strukturë me kokrriza më të trasha mund të ndihmojë në zbutjen e forcave të nevojshme për mbushjen e duhur të mykut. Kjo është veçanërisht e vërtetë në rastin e shtypjes me formë të lirë, ku zhvendosjet në kokrrizat sipërfaqësore mund të rrjedhin lirshëm në vend që të grumbullohen në kufijtë e kokrrizave.
Trendet e diskutuara këtu janë përgjithësime që mund të mos vlejnë për seksione specifike. Megjithatë, ato nxorën në pah përfitimet e matjes dhe standardizimit të madhësisë së grimcave të lëndës së parë gjatë projektimit të pjesëve të reja për të shmangur grackat e zakonshme dhe për të optimizuar parametrat e derdhjes.
Prodhuesit e makinave të stampimit të metaleve me precizion dhe operacioneve të nxjerrjes së thellë në metal për të formuar pjesët e tyre do të punojnë mirë me metalurgët në makinat e ri-rrotullimit me precizion të kualifikuar teknikisht, të cilët mund t'i ndihmojnë ata të optimizojnë materialet deri në nivelin e kokrrizave. Kur ekspertët metalurgjikë dhe inxhinierikë në të dyja anët e marrëdhënies integrohen në një ekip, kjo mund të ketë një ndikim transformues dhe të prodhojë rezultate më pozitive.
Revista STAMPING është e vetmja revistë e industrisë e dedikuar për t'i shërbyer nevojave të tregut të stampimit të metaleve. Që nga viti 1989, botimi ka mbuluar teknologjitë më të fundit, trendet e industrisë, praktikat më të mira dhe lajmet për të ndihmuar profesionistët e stampimit të drejtojnë biznesin e tyre në mënyrë më efikase.
Tani me akses të plotë në edicionin dixhital të The FABRICATOR, akses të lehtë në burime të vlefshme të industrisë.
Edicioni dixhital i The Tube & Pipe Journal tani është plotësisht i arritshëm, duke ofruar qasje të lehtë në burime të vlefshme të industrisë.
Shijoni akses të plotë në edicionin dixhital të STAMPING Journal, i cili ofron përparimet më të fundit teknologjike, praktikat më të mira dhe lajmet e industrisë për tregun e stampimit të metaleve.
Tani me akses të plotë në edicionin dixhital të The Fabricator en Español, akses të lehtë në burime të vlefshme të industrisë.