Zanglamaydigan po'latning mexanik xususiyatlarini boshqaradigan don tuzilishining bir qatlamini tushunish orqali foyda olish mumkin. Getty Images
Zanglamaydigan po'lat va alyuminiy qotishmalarini tanlash odatda mustahkamlik, egiluvchanlik, cho'zilish va qattiqlikka bog'liq. Bu xususiyatlar metallning qurilish bloklari qo'llaniladigan yuklarga qanday javob berishini ko'rsatadi. Ular xom ashyo cheklovlarini boshqarishning samarali ko'rsatkichidir; ya'ni sinmasdan oldin qancha egilishi. Xom ashyo sinmasdan qoliplash jarayoniga bardosh bera olishi kerak.
Vayronkor cho'zilish va qattiqlikni sinash mexanik xususiyatlarni aniqlashning ishonchli va tejamkor usuli hisoblanadi. Biroq, xom ashyoning qalinligi sinov namunasining hajmini cheklay boshlagandan so'ng, bu sinovlar har doim ham ishonchli emas. Yassi metall buyumlarning cho'zilish sinovi, albatta, foydalidir, ammo uning mexanik xatti-harakatlarini boshqaradigan don tuzilishining bir qatlamini chuqurroq o'rganish orqali foyda olish mumkin.
Metalllar donachalar deb ataladigan bir qator mikroskopik kristallardan iborat. Ular metall bo'ylab tasodifiy taqsimlangan. Ostenit zanglamaydigan po'latlardagi temir, xrom, nikel, marganets, kremniy, uglerod, azot, fosfor va oltingugurt kabi qotishma elementlarning atomlari bitta donaning bir qismidir. Bu atomlar metall ionlarining qattiq eritmasini hosil qiladi, ular umumiy elektronlari orqali kristall panjaraga bog'lanadi.
Qotishmaning kimyoviy tarkibi donalardagi atomlarning termodinamik jihatdan afzal ko'rilgan joylashuvini, ya'ni kristall tuzilishini belgilaydi. Takrorlanuvchi kristall tuzilishini o'z ichiga olgan metallning bir xil qismlari fazalar deb ataladigan bir yoki bir nechta donalarni hosil qiladi. Qotishmaning mexanik xususiyatlari qotishmadagi kristall tuzilishining funktsiyasidir. Xuddi shu narsa har bir faza donalarining o'lchami va joylashuvi uchun ham amal qiladi.
Ko'pchilik suvning bosqichlari bilan tanish. Suyuq suv muzlaganda, u qattiq muzga aylanadi. Biroq, metallarga kelsak, faqat bitta qattiq faza mavjud emas. Ba'zi qotishma oilalari o'z fazalari bilan nomlangan. Zanglamaydigan po'latlar orasida, ostenitik 300 seriyali qotishmalar tavlanganda asosan ostenitdan iborat. Biroq, 400 seriyali qotishmalar 430 zanglamaydigan po'latdagi ferritdan yoki 410 va 420 zanglamaydigan po'lat qotishmalarida martensitdan iborat.
Xuddi shu narsa titan qotishmalariga ham tegishli. Har bir qotishma guruhining nomi ularning xona haroratidagi ustunlik qiladigan fazasini - alfa, beta yoki ikkalasining aralashmasini ko'rsatadi. Alfa, alfaga yaqin, alfa-beta, beta va betaga yaqin qotishmalar mavjud.
Suyuq metall qattiqlashganda, termodinamik jihatdan afzal ko'rilgan fazaning qattiq zarralari bosim, harorat va kimyoviy tarkib imkon beradigan joylarda cho'kadi. Bu odatda sovuq kunda iliq hovuz yuzasida muz kristallari kabi chegaralarda sodir bo'ladi. Donalar yadrolanganda, kristall tuzilishi boshqa donalar bilan to'qnash kelguncha bir yo'nalishda o'sadi. Kristall tuzilmalarining turli yo'nalishlari tufayli donalar chegaralari mos kelmaydigan panjaralar kesishmasida hosil bo'ladi. Turli o'lchamdagi Rubik kublarini qutiga solib qo'yishni tasavvur qiling. Har bir kub kvadrat panjara tartibiga ega, ammo ularning barchasi turli tasodifiy yo'nalishlarda joylashtiriladi. To'liq qattiqlashgan metall ish qismi tasodifiy yo'naltirilgan bir qator donalardan iborat.
Dona hosil bo'lganda, chiziq nuqsonlari ehtimoli mavjud. Bu nuqsonlar kristall strukturasining dislokatsiya deb ataladigan qismlarining yo'qligidir. Bu dislokatsiyalar va ularning keyinchalik dona bo'ylab va dona chegaralari bo'ylab harakatlanishi metallning egiluvchanligi uchun juda muhimdir.
Dona tuzilishini ko'rish uchun ish qismining kesimi o'rnatiladi, silliqlanadi, sayqallanadi va o'yiladi. Bir xil va teng o'qli bo'lganda, optik mikroskopda kuzatiladigan mikrotuzilmalar biroz jumboqga o'xshaydi. Aslida, donachalar uch o'lchovli bo'lib, har bir donaning kesimi ish qismining kesimining yo'nalishiga qarab o'zgaradi.
Kristall struktura barcha atomlari bilan to'ldirilganda, atom bog'lanishlarining cho'zilishidan boshqa harakatlanish uchun joy qolmaydi.
Atomlar qatorining yarmini olib tashlaganingizda, siz boshqa atomlar qatori uchun shu holatga o'tish imkoniyatini yaratasiz va natijada dislokatsiyani harakatga keltirasiz. Ish qismiga kuch qo'llanilganda, mikrotuzilmadagi dislokatsiyalarning agregat harakati uni sinmasdan yoki sinmasdan egilish, cho'zish yoki siqish imkonini beradi.
Metall qotishmasiga kuch ta'sir qilganda, tizim energiyani oshiradi. Agar plastik deformatsiyaga olib keladigan darajada energiya qo'shilsa, panjara deformatsiyalanadi va yangi dislokatsiyalar hosil bo'ladi. Bu ko'proq joy bo'shatganligi va shu bilan ko'proq dislokatsiya harakati uchun imkoniyat yaratganligi sababli, bu egiluvchanlikni oshirishi mantiqan to'g'ri keladi. Biroq, dislokatsiyalar to'qnashganda, ular bir-birini tuzatishi mumkin.
Dislokatsiyalar soni va konsentratsiyasi ortib borishi bilan, tobora ko'proq dislokatsiyalar bir-biriga mahkamlanadi va bu egiluvchanlikni pasaytiradi. Oxir-oqibat shunchalik ko'p dislokatsiyalar paydo bo'ladiki, sovuq shakllanish endi mumkin emas. Mavjud pinlash dislokatsiyalari endi harakatlana olmasligi sababli, panjaradagi atom bog'lanishlari uzilib yoki uzilib ketguncha cho'ziladi. Shuning uchun metall qotishmalari qattiqlashadi va metall sinmasdan oldin bardosh bera oladigan plastik deformatsiya miqdorida cheklov mavjud.
Donalar ham tavlashda muhim rol o'ynaydi. Ish bilan mustahkamlangan materialni tavlash asosan mikrotuzilmani qayta tiklaydi va shu bilan egiluvchanlikni tiklaydi. Tavlash jarayonida donalar uch bosqichda o'zgaradi:
Tasavvur qiling-a, gavjum poyezd vagonida ketayotgan odam. Olomonni faqat qatorlar orasida, xuddi panjaradagi chiqishlar kabi, bo'shliqlar qoldirish orqali siqib chiqarish mumkin. Ular oldinga siljib borgan sari, orqalaridagi odamlar ular qoldirgan bo'shliqni to'ldirishdi, ular esa oldida yangi joy yaratishdi. Ular vagonning narigi chetiga yetgandan so'ng, yo'lovchilarning joylashuvi o'zgaradi. Agar bir vaqtning o'zida juda ko'p odam o'tib ketishga harakat qilsa, harakatlanish uchun joy ochishga harakat qilayotgan yo'lovchilar bir-biri bilan to'qnashib, poyezd vagonlari devorlariga urilib, hammani joyida qisib qo'yishadi. Qancha ko'p chiqishlar paydo bo'lsa, ularga bir vaqtning o'zida harakatlanish shunchalik qiyin bo'ladi.
Qayta kristallanishni boshlash uchun zarur bo'lgan minimal deformatsiya darajasini tushunish muhimdir. Biroq, agar metall qizdirilgunga qadar yetarli deformatsiya energiyasiga ega bo'lmasa, qayta kristallanish sodir bo'lmaydi va donachalar asl hajmidan tashqariga o'sishda davom etadi.
Mexanik xususiyatlarni don o'sishini boshqarish orqali sozlash mumkin. Dona chegarasi asosan dislokatsiyalar devoridir. Ular harakatga to'sqinlik qiladi.
Agar don o'sishi cheklangan bo'lsa, ko'proq mayda donalar hosil bo'ladi. Bu kichikroq donalar don tuzilishi jihatidan nozikroq hisoblanadi. Dona chegaralarining ko'payishi kamroq dislokatsiya harakati va yuqori mustahkamlikni anglatadi.
Agar don o'sishi cheklanmasa, don tuzilishi qo'pollashadi, donlar kattalashadi, chegaralari kichiklashadi va mustahkamligi pasayadi.
Dona hajmi ko'pincha 5 dan 15 gacha bo'lgan birliksiz son deb ataladi. Bu nisbiy nisbat bo'lib, o'rtacha dona diametriga bog'liq. Bu raqam qanchalik yuqori bo'lsa, donadorlik shunchalik nozik bo'ladi.
ASTM E112 don hajmini o'lchash va baholash usullarini bayon qiladi. Bu ma'lum bir maydondagi don miqdorini sanashni o'z ichiga oladi. Bu odatda xom ashyoning ko'ndalang kesimini kesish, uni maydalash va sayqallash, so'ngra zarrachalarni ochish uchun kislota bilan o'yib ishlov berish orqali amalga oshiriladi. Sanash mikroskop ostida amalga oshiriladi va kattalashtirish donalardan yetarli namunalar olish imkonini beradi. ASTM don hajmi raqamlarini belgilash don shakli va diametrida o'rtacha darajadagi bir xillikni ko'rsatadi. Ish qismi bo'ylab izchil ishlashni ta'minlash uchun don hajmidagi o'zgarishni ikki yoki uch nuqta bilan cheklash ham foydali bo'lishi mumkin.
Ish qattiqlashuvi holatida mustahkamlik va egiluvchanlik teskari bog'liqlikka ega. ASTM don hajmi va mustahkamligi o'rtasidagi bog'liqlik ijobiy va kuchli bo'lishga moyil, odatda cho'zilish ASTM don hajmiga teskari bog'liq. Biroq, donning haddan tashqari o'sishi "o'lik yumshoq" materiallarning endi samarali qattiqlashishiga olib kelishi mumkin.
Dona hajmi ko'pincha birliksiz son deb ataladi, taxminan 5 dan 15 gacha. Bu nisbiy nisbat bo'lib, o'rtacha don diametri bilan bog'liq. ASTM don hajmi qiymati qanchalik yuqori bo'lsa, birlik maydoniga shuncha ko'p dona to'g'ri keladi.
Tavlangan materialning dona hajmi vaqt, harorat va sovutish tezligiga qarab o'zgaradi. Tavlash odatda qayta kristallanish harorati va qotishmaning erish nuqtasi o'rtasida amalga oshiriladi. Ostenitik zanglamaydigan po'latdan yasalgan qotishma 301 uchun tavsiya etilgan tavlash harorati oralig'i 1900 dan 2050 daraja Farengeytgacha. U taxminan 2550 daraja Farengeyt eriy boshlaydi. Aksincha, tijorat maqsadlarida sof 1-darajali titan 1292 daraja Farengeytda tavlanishi va taxminan 3000 daraja Farengeytda eritilishi kerak.
Yuvish jarayonida tiklash va qayta kristallanish jarayonlari qayta kristallangan donalar barcha deformatsiyalangan donalar iste'mol qilmaguncha bir-biri bilan raqobatlashadi. Qayta kristallanish tezligi haroratga qarab o'zgaradi. Qayta kristallanish tugagandan so'ng, donalar o'sishi ustunlik qiladi. 1900°F da bir soat davomida yumshatilgan 301 zanglamaydigan po'latdan yasalgan ish qismi, xuddi shu vaqt davomida 2000°F da yumshatilgan ish qismiga qaraganda nozikroq donador tuzilishga ega bo'ladi.
Agar material kerakli tavlash oralig'ida yetarlicha uzoq vaqt ushlab turilmasa, natijada hosil bo'lgan struktura eski va yangi donalarning kombinatsiyasi bo'lishi mumkin. Agar metall bo'ylab bir xil xususiyatlarga ega bo'lish istalsa, tavlash jarayoni bir xil teng o'qli dona tuzilishiga erishishga qaratilgan bo'lishi kerak. Bir xillik barcha donalarning taxminan bir xil o'lchamda ekanligini, teng o'qlilik esa ularning taxminan bir xil shaklda ekanligini anglatadi.
Bir xil va teng o'qli mikrotuzilishga erishish uchun har bir ish qismi bir xil vaqt davomida bir xil miqdorda issiqlikka duchor bo'lishi va bir xil tezlikda sovishi kerak. Bu har doim ham partiyaviy tavlash bilan oson yoki mumkin emas, shuning uchun hech bo'lmaganda butun ish qismi kerakli haroratda to'yinguncha kutish muhimdir. Uzoqroq ivitish vaqti va yuqori haroratlar qo'polroq donador tuzilishga/yumshoqroq materialga olib keladi va aksincha.
Agar don hajmi va mustahkamligi o'zaro bog'liq bo'lsa va mustahkamlik ma'lum bo'lsa, nega donalarni hisoblash kerak, to'g'rimi? Barcha vayronkor sinovlar o'zgaruvchanlikka ega. Ayniqsa, pastroq qalinlikdagi cho'zilish sinovlari ko'p jihatdan namunani tayyorlashga bog'liq. Haqiqiy material xususiyatlarini aks ettirmaydigan cho'zilish kuchi natijalari muddatidan oldin ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin.
Agar xususiyatlar ish qismi bo'ylab bir xil bo'lmasa, cho'zilish sinov namunasini yoki bir chetidan namunani olish butun voqeani aytib bermasligi mumkin. Namuna tayyorlash va sinovdan o'tkazish ham vaqt talab qilishi mumkin. Berilgan metall uchun nechta sinov o'tkazish mumkin va bu nechta yo'nalishda amalga oshirilishi mumkin? Dona tuzilishini baholash kutilmagan hodisalardan qo'shimcha sug'urta hisoblanadi.
Anizotrop, izotrop. Anizotropiya mexanik xususiyatlarning yo'nalishini anglatadi. Mustahkamlikdan tashqari, anizotropiyani don tuzilishini o'rganish orqali yaxshiroq tushunish mumkin.
Bir xil va teng o'qli don tuzilishi izotrop bo'lishi kerak, ya'ni u barcha yo'nalishlarda bir xil xususiyatlarga ega. Izotropiya, ayniqsa, konsentriklik muhim bo'lgan chuqur chizish jarayonlarida muhimdir. Blank qolipga tortilganda, anizotrop material bir tekis oqmaydi, bu esa sirg'a deb ataladigan nuqsonga olib kelishi mumkin. Sirg'a stakanning yuqori qismi to'lqinli siluet hosil qiladigan joyda paydo bo'ladi. Dona tuzilishini tekshirish ish qismidagi bir xil bo'lmaganliklarning joylashishini aniqlashga va asosiy sababni aniqlashga yordam beradi.
To'g'ri tavlash izotropiyaga erishish uchun juda muhimdir, ammo tavlashdan oldin deformatsiya darajasini tushunish ham muhimdir. Material plastik deformatsiyalanganda, donachalar deformatsiyalana boshlaydi. Sovuq prokatlashda qalinlikni uzunlikka o'zgartirganda, donachalar prokat yo'nalishi bo'yicha cho'zilib ketadi. Donaning tomonlar nisbati o'zgarganda, izotropiya va umumiy mexanik xususiyatlar ham o'zgaradi. Kuchli deformatsiyalangan ish qismlarida tavlashdan keyin ham ba'zi yo'nalish saqlanib qolishi mumkin. Bu anizotropiyaga olib keladi. Chuqur tortilgan materiallar uchun ba'zan aşınmanın oldini olish uchun oxirgi tavlashdan oldin deformatsiya miqdorini cheklash kerak bo'ladi.
Apelsin po'stlog'i. Cho'kish qolip bilan bog'liq bo'lgan yagona chuqur tortish nuqsoni emas. Apelsin po'stlog'i juda qo'pol zarrachalarga ega xom ashyo tortilganda yuzaga keladi. Har bir dona mustaqil ravishda va kristall yo'nalishi funksiyasi sifatida deformatsiyalanadi. Qo'shni donalarning deformatsiyasidagi farq apelsin po'stlog'iga o'xshash teksturali ko'rinishga olib keladi. Tekstura - bu chashka devori yuzasida paydo bo'ladigan donador tuzilish.
Televizor ekranidagi piksellar singari, mayda donador tuzilishga ega bo'lgan holda, har bir dona orasidagi farq kamroq seziladi va bu aniqlikni samarali ravishda oshiradi. Apelsin po'stlog'i effektining oldini olish uchun yetarlicha mayda dona hajmini ta'minlash uchun faqat mexanik xususiyatlarni aniqlash yetarli bo'lmasligi mumkin. Ish qismining o'lcham o'zgarishi dona diametridan 10 baravar kam bo'lganda, alohida donalarning xususiyatlari shakllanish xususiyatini boshqaradi. U ko'p donalarda bir xil darajada deformatsiyalanmaydi, balki har bir donaning o'ziga xos hajmi va yo'nalishini aks ettiradi. Buni chizilgan stakanlarning devorlariga apelsin po'stlog'i effektidan ko'rish mumkin.
ASTM don o'lchami 8 bo'lganida, o'rtacha don diametri 885 µin ni tashkil qiladi. Bu shuni anglatadiki, qalinligi 0,00885 dyuym yoki undan kamroqqa kamayishi ushbu mikroformatsiya effektiga ta'sir qilishi mumkin.
Dag'al donachalar chuqur chizish muammolariga olib kelishi mumkin bo'lsa-da, ba'zan ularni bosmalash uchun ishlatish tavsiya etiladi. Shtamplash - bu deformatsiya jarayoni bo'lib, unda bo'sh joy kerakli sirt topografiyasini, masalan, Jorj Vashingtonning yuz konturlarining to'rtdan bir qismini berish uchun siqiladi. Simli chizishdan farqli o'laroq, shtamplash odatda ko'p miqdordagi material oqimini talab qilmaydi, lekin juda ko'p kuch talab qiladi, bu esa bo'sh joy yuzasini deformatsiya qilishi mumkin.
Shu sababli, qo'polroq don tuzilishidan foydalanib, sirt oqimi stressini minimallashtirish qolipni to'g'ri to'ldirish uchun zarur bo'lgan kuchlarni kamaytirishga yordam beradi. Bu, ayniqsa, erkin qolipli bosma uchun to'g'ri keladi, bu yerda sirt donalaridagi dislokatsiyalar don chegaralarida to'planish o'rniga erkin oqishi mumkin.
Bu yerda muhokama qilingan tendentsiyalar ma'lum bo'limlarga taalluqli bo'lmasligi mumkin bo'lgan umumlashmalardir. Biroq, ular keng tarqalgan nuqsonlarning oldini olish va qoliplash parametrlarini optimallashtirish uchun yangi qismlarni loyihalashda xom ashyo don hajmini o'lchash va standartlashtirishning afzalliklarini ta'kidladilar.
Metallni shtamplash va uning qismlarini shakllantirish uchun metallga chuqur chizish operatsiyalarini amalga oshiradigan aniq metall shtamplash mashinalari ishlab chiqaruvchilari texnik jihatdan malakali aniq rerollerlarga ega metallurglar bilan yaxshi ishlaydi, bu ularga materiallarni donadorlik darajasigacha optimallashtirishga yordam beradi. Munosabatlarning har ikki tomonidagi metallurgiya va muhandislik mutaxassislari bitta jamoaga birlashtirilganda, bu o'zgaruvchan ta'sir ko'rsatishi va ijobiy natijalarga erishishi mumkin.
STAMPING Journal metall shtamplash bozorining ehtiyojlarini qondirishga bag'ishlangan yagona sanoat jurnalidir. 1989-yildan beri nashr shtamplash bo'yicha mutaxassislarga o'z bizneslarini samaraliroq boshqarishga yordam berish uchun ilg'or texnologiyalar, sanoat tendentsiyalari, eng yaxshi amaliyotlar va yangiliklarni yoritib kelmoqda.
Endi "FABRICATOR"ning raqamli nashriga to'liq kirish imkoniyati bilan, qimmatbaho sanoat resurslariga osongina kirish mumkin.
The Tube & Pipe Journal jurnalining raqamli nashri endi to'liq foydalanish mumkin bo'lib, qimmatbaho sanoat resurslariga osongina kirish imkonini beradi.
Metall shtamplash bozori uchun eng so'nggi texnologik yutuqlar, eng yaxshi amaliyotlar va sanoat yangiliklarini taqdim etuvchi STAMPING Journal raqamli nashriga to'liq kirish imkoniyatidan bahramand bo'ling.
Endi The Fabricator en Español raqamli nashriga to'liq kirish imkoniyati bilan, qimmatbaho sanoat resurslariga oson kirish mumkin.