อัตราการแข็งตัวของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก: ผลกระทบต่อการขึ้นรูปเย็น

อัตราการแข็งตัวของงานคืออะไร และเหตุใดจึงควบคุม-พฤติกรรมการขึ้นรูปเย็นในสเตนเลสออสเตนิติก

สมการฮอลโลมอนอธิบายความเค้นที่แท้จริง-เส้นโค้งความเครียดที่แท้จริงในบริเวณการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่สม่ำเสมอ- ก่อนที่จะเริ่มคอ K คือค่าสัมประสิทธิ์กำลัง และ n คือค่าความเครียด-เลขชี้กำลังการแข็งตัว: ยิ่งค่า n สูงเท่าใด ความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปเพิ่มเติมจะเพิ่มขึ้นตามค่าความเครียดที่เพิ่มขึ้นที่กำหนด เนื่องจาก n ยังเท่ากับความเครียดที่แท้จริงเมื่อเริ่มมีอาการคอ (ตามเกณฑ์ Considère) ค่า n- ที่สูงจึงเป็นตัวบ่งชี้โดยตรงว่าสามารถยืดหรือดึงแผ่นงานได้มากเพียงใดก่อนที่แผ่นงานจะเริ่มบางลงและล้มเหลว

สำหรับช่างประกอบ ตัวเลขตัวเดียวนี้จะอธิบายหลายสิ่งที่สังเกตพบบนพื้นโรงงานในคราวเดียว: เหตุใดแผ่นสแตนเลสจึงต้องใช้น้ำหนักมากกว่าเหล็กเหนียวสำหรับการโค้งงอหรือการวาดแบบเดียวกัน เหตุใดพื้นผิวของชิ้นส่วนสเตนเลสที่ขึ้นรูปจึงแข็งกว่าแผ่นที่-ได้รับมา และเหตุใดชิ้นส่วนที่ดูดีในช่วงกลาง-การดึงออกยังคงสามารถยืดออกได้สำเร็จผ่านการดำเนินการในเชิงลึกที่จะแยกวัสดุที่ต่ำกว่า-

เหตุใดเกรดออสเทนนิติกจึงแข็งตัวได้-เร็วกว่าเหล็กกล้าเฟอร์ริติก ดูเพล็กซ์ และคาร์บอน

พลังงานความผิดพลาดแบบซ้อน (SFE) จะควบคุมว่าความคลาดเคลื่อนสามารถจัดเรียงตัวเองใหม่ในระหว่างการเปลี่ยนรูปได้ง่ายเพียงใด ในสเตนเลสออสเทนนิติก ค่า SFE ต่ำทำให้เกิดการเคลื่อนตัวแยกออกเป็นการเคลื่อนที่บางส่วนซึ่งไม่สามารถข้าม-การลื่นไถลไปยังระนาบใหม่ได้อย่างง่ายดาย แทนที่จะทำลายล้างหรือจัดเรียงใหม่ให้อยู่ในรูปแบบพลังงานที่ต่ำกว่า- การเคลื่อนตัวจะกองพะเนินและพันกัน และความต้านทานของวัสดุต่อการไหลต่อไปก็จะเพิ่มขึ้นอย่างสูงตามความเครียด เหล็กกล้าเฟอร์ริติกและเหล็กกล้าคาร์บอนมีโครงตาข่ายลูกบาศก์ (BCC) ตรงกลางตัว-ซึ่งมี SFE สูงกว่า ดังนั้นการเคลื่อนตัวจะคืนสภาพได้ง่ายกว่าและอัตราการชุบแข็งก็ต่ำกว่า

เกรดออสเทนนิติกที่เปลี่ยนแปลงได้ - โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 301 - เพิ่มเอฟเฟกต์ TRIP เมื่อวัสดุเปลี่ยนรูป ออสเทนไนต์บางชนิด (FCC ที่ไม่ใช่แม่เหล็ก) จะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ (วัตถุ-เตตระโกนัลที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัว แม่เหล็ก และแข็งกว่ามาก) การเปลี่ยนแปลงนี้จะดูดซับพลังงานและทำให้เกิดเฟสที่สองที่แข็งในเมทริกซ์แบบเหนียว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม 301 จึงมีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษโดยผ่านงานเย็นเท่านั้น โดยไม่ต้องผ่านการบำบัดความร้อน เกรดดูเพล็กซ์อยู่ระหว่างนั้น เนื่องจากประมาณครึ่งหนึ่งของโครงสร้างเป็นเฟอร์ไรต์อยู่แล้ว โดยทั่วไปค่า n- จำนวนมากจะต่ำกว่าเกรดออสเทนนิติกอย่างสมบูรณ์ แม้ว่าเศษส่วนออสเทนไนต์ภายในโครงสร้างจุลภาคของดูเพล็กซ์จะยังคงแข็งตัวผ่านกลไกที่เกี่ยวข้องกับ TRIP- เดียวกันก็ตาม

ความเครียดเปรียบเทียบ-การแข็งตัวของเลขชี้กำลังโดยตระกูลเหล็ก

ค่า n- ที่รวบรวมจากการทดสอบแรงดึงที่เผยแพร่- และข้อมูลทางเทคนิคของโรงงานภายใต้เงื่อนไขการทดสอบ ASTM E646 ค่าจริงจะแตกต่างกันไปตามช่วงความเครียด ทิศทางการหมุน เกจ และงานเย็นก่อนหน้า ถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นช่วงการวางแผนขั้นตอนการออกแบบ- ไม่ใช่คุณสมบัติทางกลที่ผ่านการรับรอง ยืนยันด้วยรายงานการทดสอบโรงงาน (MTR) สำหรับความร้อนและอุณหภูมิเฉพาะ

TRIP Effect เปลี่ยนการแข็งตัวของเกรด Metastable เช่น 301 ได้อย่างไร

Md30 หมายถึงอุณหภูมิที่ความเครียดจริง 30% ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นมาร์เทนไซต์ 50% เป็นคุณสมบัติที่ขับเคลื่อนด้วยองค์ประกอบ-: ปริมาณนิกเกิลที่ลดลงและปริมาณคั่นระหว่างหน้า (คาร์บอนและไนโตรเจน) ที่ต่ำกว่าจะเพิ่ม Md30 ซึ่งหมายความว่าวัสดุจะเปลี่ยนรูปได้ง่ายขึ้นที่อุณหภูมิห้อง นี่เป็นตรรกะการออกแบบที่อยู่เบื้องหลัง 301 อย่างแน่นอนโดยสัมพันธ์กับ 304 - 301 ที่มีนิกเกิลน้อยกว่าโดยเฉพาะ ดังนั้นจึงจะทำงาน-แข็งตัวและได้รับความแข็งแรงเร็วขึ้นในระหว่างการขึ้นรูปเย็น โดยมีต้นทุนต่อความต้านทานการกัดกร่อนและส่วนต่างของการขึ้นรูปเมื่อเทียบกับ 304

ความหมายเชิงปฏิบัติสำหรับสายการผลิตขึ้นรูปนั้นมีสองเท่า ประการแรก ความแข็งแรงและความแข็งไม่ใช่คุณสมบัติของวัสดุคงที่สำหรับเกรดที่สามารถแพร่กระจายได้เหมือนกับ-อัลลอยด์ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน - พวกมันเป็นฟังก์ชันของความเครียดเท่าใด และในอัตราและอุณหภูมิเท่าใดที่ชิ้นส่วนมองเห็นได้จริง ซึ่งหมายถึงความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการ (แรงยึดที่ว่างเปล่า ความเร็วในการดึง อุณหภูมิแม่พิมพ์) เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนด ไม่ใช่แค่ใบรับรองโรงสีเท่านั้น ประการที่สอง เนื่องจากความเสี่ยงในการแตกร้าวที่ล่าช้าในชิ้นส่วนที่ดึงออกมาลึก-มีความสัมพันธ์กับส่วนผสมของ Md30 และ (C+N) เกรดและความร้อนที่มี Md30 สูงกว่าจึงจำเป็นต้องมีอัตราส่วนการดึงแบบอนุรักษ์นิยมมากขึ้น ขั้นตอนการขึ้นรูปที่มากขึ้น และการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดสำหรับชิ้นส่วนที่จะเห็นความเค้นตกค้างที่ยั่งยืนในการให้บริการ

กระบวนการขึ้นรูปเย็น-ใดที่ได้รับผลกระทบมากที่สุดจากอัตราการแข็งตัวของงานที่สูง

การวาดและการตอกแบบลึก

เนื่องจากความเครียดจากการไหลเพิ่มขึ้นอย่างสูงตามความเครียด แรงเจาะและแรงจับยึดที่ว่างเปล่า-จะเพิ่มขึ้นเมื่อการดึงดำเนินต่อไป และความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกแยกจะเพิ่มขึ้นตามรัศมีการเจาะและมุมดายที่ซึ่งความเครียดรวมตัวกันเป็นอันดับแรก การดึงหลาย-ขั้นตอนเป็นการบรรเทาผลกระทบมาตรฐาน: การลดอัตราส่วนการดึงที่ใช้ต่อขั้นตอน และการแทรกกระบวนการ (สารละลาย) การอบอ่อนระหว่างขั้นตอนเพื่อคืนความเหนียวกลับคืนก่อนที่จะการลดครั้งต่อไป แทนที่จะพยายามลดอัตราส่วนการดึงทั้งหมดในการผ่านครั้งเดียวเหมือนที่ทำกับเหล็กเหนียว

การดัดและการม้วนขึ้นรูป

การดัดสเตนเลสออสเทนนิติกต้องใช้รัศมีการโค้งงอขั้นต่ำที่มากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนเกจ-เดียวกันเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวของพื้นผิวบนเส้นใยด้านนอก และทำให้เกิดการสปริงกลับมากขึ้นเนื่องจากการฟื้นตัวของโมดูลัสยืดหยุ่นหลังการขนถ่ายออกจะโต้ตอบกับวัสดุที่มีการแข็งตัวแล้วอย่างมากในบริเวณโค้งงอ การชดเชยการสปริงกลับ - การโค้งงอมากเกินไปหรือการเพิ่มแรงโค้งงอที่ใช้ - ถือเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐาน และควรได้รับการตรวจสอบโดยการทดลองหรือการจำลอง แทนที่จะสันนิษฐานจากข้อมูลเครื่องมือเหล็กกล้าคาร์บอน-

การตัดเฉือนหลังจากการขึ้นรูป

ผลกระทบที่เกี่ยวข้องและมักประเมินต่ำเกินไปจะปรากฏขึ้นที่ปลายน้ำในการตัดเฉือนขั้นที่สอง: การตัดแต่ละครั้งจะทำให้มีชิ้นงานบาง-ที่พื้นผิวแข็งขึ้น ดังนั้นแสงที่ตามมาหรือการตัดที่ถูกขัดจังหวะสามารถไปทับวัสดุแข็ง แทนที่จะตัดผ่าน ซึ่งจะช่วยเร่งการสึกหรอของเครื่องมือ ข้อมูลความสามารถในการแปรรูปสำหรับ 304 เทียบกับสื่อทั่วไป-เหล็กกล้าคาร์บอน (1045) แสดงให้เห็นช่องว่างค่า n- แบบเดียวกับที่กล่าวไว้ข้างต้น และเป็นตัวแทนที่มีประโยชน์สำหรับพฤติกรรมของวัสดุในการ-ดำเนินการเปลี่ยนรูปซ้ำๆ รวมถึงการขึ้นรูปด้วย

301 กับ. 304 กับ. 316: คุณควรเลือกเกรดใดสำหรับการสมัคร-การขึ้นรูปเย็น

รวบรวมจากข้อมูลข้อกำหนด ASTM A240 / A666 และเอกสารข้อมูลทางเทคนิคของโรงงานที่ตีพิมพ์สำหรับการอบเทมเปอร์รีดเย็นและอบอ่อน- ตรวจสอบคุณสมบัติทางกลและการกำหนดอุณหภูมิที่แน่นอนโดยเทียบกับรายงานการทดสอบของโรงงานนั้นๆ ก่อนที่จะสรุปการออกแบบเครื่องมือขั้นสุดท้าย

คุณจะชดเชยอัตราการแข็งตัวของงานที่สูงในการออกแบบเครื่องมือและกระบวนการได้อย่างไร

เพิ่มระยะห่างของแม่พิมพ์และการเจาะที่สัมพันธ์กับเครื่องมือเหล็กกล้าคาร์บอน- เพื่อรองรับความเครียดในการไหลที่สูงขึ้นและลดการครูด ยืนยันการกวาดล้างเฉพาะโดยทดลองใช้เกรด อุณหภูมิ และเกจที่ใช้งาน

ใช้รัศมีโค้งงอและเจาะที่ใหญ่กว่าเหล็กกล้าคาร์บอน-ที่เทียบเท่ากันเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวของเส้นใยภายนอก- เนื่องจากความเหนียวของวัสดุจะถูกใช้งานอย่างต่อเนื่องโดยงานเย็น

ลดอัตราส่วนการดึงที่ใช้ต่อขั้นตอนในการวาดแบบลึก และแทรกกระบวนการ (สารละลาย) การอบอ่อน - โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 1,010-1,100 องศา พร้อมการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วสำหรับเกรดออสเตนิติกมาตรฐาน - ระหว่างขั้นตอนต่างๆ เพื่อคืนสภาพความเหนียวก่อนที่จะลดลงครั้งถัดไป

ระบุเหล็กกล้าเครื่องมือที่ทนทานต่อการสึกหรอ- (เช่น D2 หรือ M2) หรือแม่พิมพ์เคลือบ เนื่องจากค่า n- สูงเท่ากันที่ทำให้ชิ้นส่วนแข็งแรงขึ้น ยังช่วยเร่งการสึกหรอของเครื่องมือที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอีกด้วย

ใช้คลอไรด์-สารหล่อลื่นที่ขึ้นรูปอิสระ คลอไรด์ที่ตกค้างซึ่งติดอยู่ในชิ้นส่วนสเตนเลสที่ขึ้นรูปภายใต้ความเค้นตกค้างจากแรงดึงถือเป็นความเสี่ยงที่ทำให้เกิดความเค้น-การกัดกร่อน-จากการแตกร้าว

ตรวจสอบการสปริงกลับด้วยชิ้นส่วนทดลองหรือการจำลองการขึ้นรูป แทนที่จะใช้ออฟเซ็ตเครื่องมือที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอน- และสร้างแรงโค้งงอเกินหรือเพิ่มแรงโค้งงอตามความจำเป็น

สำหรับเกรดที่แพร่กระจายได้ซึ่งทำงานใกล้กับอุณหภูมิ Md30 ให้ควบคุมความเร็วการดึงและอุณหภูมิชิ้นส่วน เนื่องจากเศษส่วนของมาร์เทนไซต์ - ดังนั้นความแข็งแกร่งขั้นสุดท้าย ความเหนียว และความเสี่ยงต่อการแตกร้าว - จะขึ้นอยู่กับกระบวนการ- และไม่ได้รับการแก้ไขโดยใบรับรองโรงงานเพียงอย่างเดียว

วิธีทดสอบและมาตรฐานใดที่วัดอัตราการแข็งตัวของงานสำหรับการจัดซื้อและการควบคุมคุณภาพ

ASTM E646 กำหนดวิธีที่ค่า n- ถูกคำนวณจากกราฟความเค้นจริง-ภายในช่วงความเครียดจริงของพลาสติก- ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจาก n ไม่ใช่ค่าคงที่คงที่ค่าเดียวสำหรับวัสดุ - ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้างขึ้นอยู่กับช่วงความเครียดที่ใช้ อุณหภูมิทดสอบ และทิศทางการหมุนของแผ่น เมื่อพฤติกรรมการชุบแข็งของงานเป็นปัจจัยการออกแบบที่สำคัญ ไม่ใช่แค่ความคาดหวังทั่วไป ให้ระบุช่วงการทดสอบ E646 ในใบสั่งซื้อพร้อมกับวัสดุฐานและมาตรฐานการอบคืนตัว และขอข้อมูลการทดสอบจริงในรายงานการทดสอบของโรงงาน (MTR) แทนที่จะอาศัยช่วงทั่วไปที่เผยแพร่เพียงอย่างเดียว

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: อัตราการชุบแข็งในการทำงานที่สูงขึ้นหมายความว่าสเตนเลสออสเทนนิติกขึ้นรูปเย็นยากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนหรือไม่

ตอบ: ไม่จำเป็น ค่า n- ที่สูงเช่นเดียวกันกับที่เพิ่มภาระการขึ้นรูปยังช่วยชะลอการเริ่มมีคอเป็นเฉพาะจุด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมสเตนเลสออสเตนิติกจึงสามารถยืดหรือดึงได้ไกลกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนก่อนที่จะแยกตัว สิ่งที่ต้องแลก-คือน้ำหนักการพิมพ์ที่ต้องการมากขึ้น การสปริงกลับมากขึ้น และการสึกหรอของเครื่องมือเร็วขึ้น ไม่ใช่ความสามารถในการขึ้นรูปที่ลดลง

ถาม: เพราะเหตุใดเหล็กสแตนเลส 301 จึงกลายเป็นแม่เหล็กหลังจากขึ้นรูปเมื่อเริ่มต้นจากวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

ตอบ: งานเย็นที่ต่ำกว่าอุณหภูมิ Md30 ของอัลลอยด์จะแปลงส่วนหนึ่งของออสเทนไนต์ FCC ที่ไม่ใช่แม่เหล็กให้กลายเป็นมาร์เทนไซต์แบบเตตระโกนัล-ที่อยู่ตรงกลาง{2}} การเกิดพลาสติกที่เหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง- (เอฟเฟกต์ TRIP) นี้เกิดขึ้นโดยตั้งใจในปี 301 และเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้เข้าถึงความแข็งแกร่งที่สูงมากได้ผ่านงานเย็นเพียงอย่างเดียว

ถาม: มาตรฐานการทดสอบใดที่ใช้วัดค่าความเครียด-เลขชี้กำลังการแข็งตัว (ค่า n-)

ตอบ: ASTM E646 เป็นวิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับหาค่าความเครียด-เลขชี้กำลังการแข็งตัวและค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงจากการทดสอบแรงดึง ควรระบุไว้ควบคู่ไปกับมาตรฐานวัสดุฐาน (ASTM A240 สำหรับแผ่นและแผ่นหรือ ASTM A666 สำหรับแผ่นรีดเย็น-) เมื่อค่า n- เป็นอินพุตการขึ้นรูปที่สำคัญ

ถาม: การอบอ่อนสามารถคืนความเหนียวให้กับเหล็กสเตนเลสหลังจากการขึ้นรูปเย็นได้หรือไม่?

ก. ใช่. กระบวนการ (สารละลาย) การหลอม โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 1,010-1,100 องศา ตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็วสำหรับเกรดออสเทนนิติกมาตรฐาน จะละลายคาร์ไบด์และคืนโครงสร้างออสเทนไนต์ของ FCC เพื่อรีเซ็ตความเหนียวก่อนขั้นตอนการขึ้นรูปครั้งต่อไป

ถาม: สเตนเลสดูเพล็กซ์มีความแข็งกว่า{0}}เกรดออสเทนนิติก เช่น 304 มากหรือน้อย

ตอบ: โดยทั่วไปแล้วจะน้อยกว่าในแง่ปริมาณมาก เนื่องจากประมาณครึ่งหนึ่งของโครงสร้างจุลภาคดูเพล็กซ์เป็นเฟอร์ไรต์ ซึ่ง-แข็งตัวช้ากว่าออสเทนไนต์ โดยทั่วไปค่า n- ของเกรดดูเพล็กซ์มักจะต่ำกว่าเกรดออสเทนนิติกแบบเต็ม แม้ว่าเศษส่วนออสเทนไนต์ภายในโครงสร้างดูเพล็กซ์จะยังคงมีส่วนช่วยในการชุบแข็งที่เกี่ยวข้องกับ TRIP- ก็ตาม

ถาม: เกรดออสเทนนิติกใดที่เป็นตัวเลือกเริ่มต้น เมื่อพฤติกรรมการแข็งตัวของงานไม่ใช่ปัจจัยในการตัดสินใจ

ตอบ: 304 เป็นค่าเริ่มต้นของวัตถุประสงค์ทั่วไป-สำหรับการประทับตราและส่วนที่วาด เข้าถึง 301 โดยเฉพาะเมื่อการออกแบบมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ประโยชน์จาก-การเสริมความแข็งแกร่งของงานเย็น และระบุ 316 เมื่อการสัมผัสคลอไรด์หรือสารเคมีในการให้บริการมีมากกว่าการพิจารณาการขึ้นรูป

สรุป

อัตราการชุบแข็งของงานไม่ใช่ผลข้างเคียงในการออกแบบรอบๆ สเตนเลสออสเทนนิติกขึ้นรูปเย็น - ซึ่งเป็นคุณสมบัติของวัสดุหลักที่ควรขับเคลื่อนการเลือกเกรด การเลือกอุณหภูมิ และการออกแบบเครื่องมือตั้งแต่เริ่มแรก เลขชี้กำลังการแข็งตัวของความเครียด-ที่ 0.40 ถึง 0.55 ซึ่งขับเคลื่อนด้วยพลังงานฟอลต์สแต็คต่ำ และเอฟเฟกต์ TRIP ในเกรดที่แพร่กระจายได้ ทำให้เกรดออสเทนนิติกมีข้อได้เปรียบทั้ง (ความต้านทานต่อคอที่เฉพาะจุด) และชุดของข้อกำหนดของกระบวนการ (น้ำหนักที่สูงกว่า ระยะห่างที่มากขึ้น การหลอมระหว่างทาง การควบคุมการสปริงกลับ) ที่แตกต่างอย่างมากจากการปฏิบัติงานของเหล็กกล้าคาร์บอน

การจับคู่เกรด การปรับอุณหภูมิ และกระบวนการให้เข้ากับกระบวนการขึ้นรูปเฉพาะ - แทนที่จะใช้เกรดเดียวหรือ-สูตรกระบวนการผลิตเหล็กกล้าคาร์บอน - คือความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปอย่างหมดจดกับชิ้นส่วนที่แยก ยับ หรือล้มเหลวในการให้บริการ