Скорост на втвърдяване на аустенитна неръждаема стомана: Последици за студено формоване

Какво представлява скоростта на работно втвърдяване и защо тя контролира поведението на студено{0}}формоване при аустенитна неръждаема стомана?

Уравнението на Hollomon описва кривата на истинското напрежение-истинската деформация в областта на еднаква пластична-деформация, преди да започне образуването на шия. K е коефициентът на якост, а n е степента на-закаляване при деформация: колкото по-високо е n, толкова повече се увеличава съпротивлението на материала на по-нататъшна деформация за дадена стъпка на деформация. Тъй като n също се равнява на истинското напрежение в началото на образуването на шия (по критерия Considère), високата стойност на n- е пряк индикатор за това колко може да бъде опънат или изтеглен лист, преди да започне да изтънява локално и да се повреди.

За един производител това единствено число обяснява няколко неща, наблюдавани в цеха наведнъж: защо неръждаемата ламарина изисква повече тонаж от меката стомана за същото огъване или изтегляне, защо повърхността на формована неръждаема част е измеримо по-твърда от-получения лист и защо част, която изглеждаше добре в средата-на изтегляне, все още може да се разтегне успешно чрез дълбока операция, която би разцепила долна-n материал.

Защо аустенитните степени работят-се втвърдяват по-бързо от феритната, дуплексната и въглеродната стомана?

Енергията на грешката при подреждане (SFE) управлява колко лесно дислокациите могат да се пренаредят по време на деформация. В аустенитната неръждаема стомана ниското SFE причинява разцепване на дислокации на частични дислокации, които не могат лесно да се преместят-в нова равнина. Вместо да се унищожат или пренаредят в конфигурации с по-ниска{3}}енергия, дислокациите се натрупват и заплитат, а съпротивлението на материала срещу по-нататъшен поток се изкачва стръмно с напрежение. Феритните и въглеродните стомани имат тяло-центрирана кубична (BCC) решетка с по-висок SFE, така че дислокациите се възстановяват по-лесно и скоростта на втвърдяване е по-ниска.

Метастабилните аустенитни степени - най-вече 301 - добавят TRIP ефекта. Когато материалът се деформира, част от аустенита (FCC, немагнитен) се трансформира в мартензит (тетрагонален, центриран върху тялото, магнитен и много по-твърд). Тази трансформация абсорбира енергия и въвежда твърда втора фаза в пластична матрица, поради което по-специално 301 може да постигне много висока якост само чрез студена работа, без да се включва термична обработка. Дуплексните степени се намират по средата: тъй като грубо половината от структурата им вече е феритна, тяхната обемна n-стойност обикновено е по-ниска от напълно аустенитната степен, въпреки че аустенитната фракция в дуплексната микроструктура все още може да се втвърди чрез същите TRIP-свързани механизми.

Сравнителни показатели за -втвърдяване на деформация по семейство стомани

n-стойности, съставени от публикувана литература за-тестове за опън и технически данни на мелницата при условия на изпитване ASTM E646. Действителните стойности варират в зависимост от диапазона на деформация, посоката на валцоване, габарита и предишната студена работа; третирайте ги като диапазони на-етап на проектиране, а не сертифицирани механични свойства. Потвърдете с протокола от теста на мелницата (MTR) за специфична топлина и температура.

Как ефектът TRIP променя работата на втвърдяването в метастабилни степени като 301?

Md30 се определя като температурата, при която 30% истинска деформация води до 50% трансформация в мартензит. Това е свойство,-задвижвано от състава: по-ниското съдържание на никел и по-ниското съдържание на интерстициал (въглерод плюс азот) повишават Md30, което означава, че материалът се трансформира по-лесно при стайна температура. Това е точно логиката на дизайна зад 301 по отношение на 304 - 301 носи по-малко никел специално, така че ще работи-, ще се втвърди и ще придобие здравина по-бързо по време на студено формоване, с известна цена за устойчивост на корозия и граница на формоване в сравнение с 304.

Практическото значение за формираща линия е двойно. Първо, якостта и твърдостта не са фиксирани свойства на материала за метастабилен клас, както са за термично-обработена сплав -, те са функция на това колко деформация, и при каква скорост и температура действително вижда частта, което означава, че повторяемостта на процеса (сила на заготовката на държача, скорост на изтегляне, температура на матрицата) е част от спецификацията, а не само от сертификата на мелницата. Второ, тъй като рискът от забавено напукване в дълбоко-изтеглени части корелира с комбинацията от съдържание на Md30 и (C+N), степени и нагрявания с по-високо Md30 се нуждаят от по-консервативни коефициенти на изтегляне, повече етапи на формоване и по-внимателна проверка за части, които ще видят продължително остатъчно напрежение при експлоатация.

Кои процеси-на студено формоване са най-засегнати от високата степен на втвърдяване?

Дълбоко изтегляне и щамповане

Тъй като напрежението на потока се изкачва стръмно с напрежението, натоварването на поансона и силата на-държача на заготовката се увеличават с напредването на изтеглянето и рискът от разцепване нараства към радиуса на поансона и ъгъла на матрицата, където напрежението се концентрира първо. Много{2}}етапните изтегляния са стандартното смекчаване: намаляване на съотношението на изтегляне, взето на етап, и вмъкване на процес (разтвор) отгряване между етапите за възстановяване на пластичността преди следващото редуциране, вместо да се опитва пълно намаляване в едно преминаване, както може да се направи при мека стомана.

Огъване и валцуване

Огъването на аустенитна неръждаема стомана изисква по-голям минимален радиус на огъване в сравнение със същата-калибровка въглеродна стомана, за да се избегне напукване на повърхността на външното влакно и създава по-голяма еластичност, тъй като възстановяването на еластичния модул след разтоварване взаимодейства с материал, който вече е значително втвърден в зоната на огъване. Компенсацията на пружинното връщане - прегъване или увеличаването на приложената сила на огъване - е стандартна практика и трябва да бъде потвърдена чрез опит или симулация, вместо да се приема от данни за инструменти за въглеродна-стомана.

Обработка след формоване

Свързан, често подценяван ефект се проявява надолу по веригата при вторичната обработка: всяко рязане оставя тънък -закален слой на повърхността, така че последващо леко или прекъснато рязане може да се движи върху втвърдения материал, вместо да го прорязва, ускорявайки износването на инструмента. Данните за обработваемост за 304 спрямо типична средна-въглеродна стомана (1045) илюстрират същата n-разлика в стойността, обсъдена по-горе, и е полезна прокси за това как ще се държи материалът при всяка повторна-операция на деформация, включително формоване.

301 срещу. 304 срещу. 316: Кой клас трябва да изберете за приложение за студено{3}}формоване?

Съставено от данни за спецификациите на ASTM A240 / A666 и публикувани листове с технически данни на мелницата за закалени и студено{2}}валцувани темперирания. Проверете точните механични свойства и обозначението на температурата спрямо конкретния протокол от теста на мелницата, преди да финализирате дизайна на инструмента.

Как се компенсира високата степен на втвърдяване при работа при проектиране на инструменти и процеси?

Увеличаване на хлабината на матрицата и щанцата в сравнение с инструментите от въглеродна{0}}стомана, за да се приспособи към по-голямото напрежение на потока и да се намали стърчането; потвърдете конкретната хлабина чрез изпитание за използвания клас, температура и габарит.

Използвайте по-големи радиуси на огъване и щанцоване от еквивалента на въглеродната-стомана, за да избегнете напукване на външните-влакна, тъй като пластичността на материала прогресивно се изразходва от студена работа.

Намалете съотношението на изтегляне, взето за етап при дълбоко изтегляне, и вмъкнете процес (с разтвор) отгряване - обикновено в диапазона от 1010-1100 градуса с бързо охлаждане за стандартни аустенитни степени - между етапите за възстановяване на пластичността преди следващото редуциране.

Посочете устойчиви на износване инструментални стомани (като D2 или M2) или матрици с покритие, тъй като същата висока n{3}}стойност, която укрепва частта, също ускорява износването на абразивния инструмент.

Използвайте лубриканти,-без хлориди; остатъчните хлориди, уловени в оформена неръждаема част под остатъчно напрежение на опън, са признат риск от-корозия-напукване.

Валидирайте пружинното връщане с пробни части или симулация на формоване вместо отмествания на инструменти от въглерод-стомана и вградете свръхогъване или увеличена сила на огъване, ако е необходимо.

За метастабилни сортове, работещи близо до тяхната температура Md30, контролирайте скоростта на изтегляне и температурата на частта, тъй като мартензитната фракция - и следователно крайната якост, пластичност и риска от напукване - зависят от-процеса, а не са фиксирани само от сертификата на завода.

Какви методи за изпитване и стандарти определят количествено степента на втвърдяване при снабдяване и контрол на качеството?

ASTM E646 определя как стойността на n-се изчислява от истинското напрежение-кривата на истинската деформация в рамките на определен диапазон на пластична- деформация, което е от съществено значение, тъй като n не е единична фиксирана константа за материал - може да варира до известна степен с използвания интервал на деформация, температурата на изпитване и посоката на валцуване на листа. Когато поведението на втвърдяване при работа е критичен принос за дизайна, а не просто общо очакване, уточнете обхвата на изпитване E646 в поръчката за покупка заедно с основния материал и стандарта за температура и поискайте действителните данни от изпитването в доклада от изпитването на мелницата (MTR), вместо да разчитате само на публикувани типични диапазони.

Често задавани въпроси

Въпрос: По-високата степен на работно втвърдяване означава ли, че аустенитната неръждаема стомана е по-трудна за студено формоване от въглеродната стомана?

О: Не е задължително. Същата висока стойност на n-, която повишава натоварванията при формоване, също забавя началото на локализирано образуване на шийка, поради което аустенитната неръждаема стомана често може да бъде разтегната или изтеглена по-далеч от въглеродната стомана, преди да се разцепи. Компромисът-е по-висок изискван тонаж на пресата, повече еластичност и по-бързо износване на инструмента, а не по-ниска формоспособност.

Въпрос: Защо неръждаема стомана 301 става магнитна след формоване, когато започне да е немагнитна?

О: Студената обработка под температурата на Md30 на сплавта превръща част от немагнитния FCC аустенит в-центриран-тетрагонален мартензит с магнитно тяло. Тази предизвикана от трансформация -пластичност (TRIP ефект) е умишлена в 301 и е основната причина да може да достигне много висока якост само чрез студена работа.

Въпрос: Кой тестов стандарт измерва експонента-закаляване при деформация (n-стойност)?

О: ASTM E646 е стандартният метод за изпитване за определяне на степента на-втвърдяване при деформация и коефициента на якост от тест за опън. Тя трябва да бъде посочена заедно със стандарта за основен материал (ASTM A240 за плочи и листове или ASTM A666 за студено-валцувани ленти), когато стойността на n- е критичен вход за формоване.

Въпрос: Може ли отгряването да възстанови пластичността на неръждаема стомана след студено формоване?

A: Да. Процес (с разтвор) отгряване, обикновено в диапазона 1010-1100 градуса, последван от бързо охлаждане за стандартни аустенитни класове, разтваря карбидите и възстановява FCC аустенитната структура, възстановявайки пластичността преди следващия етап на формоване.

Въпрос: Дуплексната неръждаема стомана повече или по-малко подлежи ли на{0}}работа в сравнение с аустенитните класове като 304?

О: Обикновено по-малко, в насипно състояние. Тъй като приблизително половината от дуплексната микроструктура е ферит, който при работа-се втвърдява по-бавно от аустенита, общата n-стойност на дуплексния клас обикновено е по-ниска от напълно аустенитния клас, въпреки че аустенитната фракция в дуплексната структура все още може да допринесе за TRIP-втвърдяване.

В: Коя степен на аустенит е изборът по подразбиране, когато поведението на втвърдяване при работа не е решаващият фактор?

О: 304 е общата-стандартна стойност за щамповани и изтеглени части. Посегнете към 301 конкретно, когато проектът възнамерява да използва укрепване при студена-работа, и уточнете 316, когато излагането на хлорид или химикали по време на експлоатация надвишава съображенията за формиране.

Резюме

Степента на втвърдяване при работа не е страничен ефект при проектиране при студено формоване на аустенитна неръждаема стомана - това е основно свойство на материала, което трябва да ръководи избора на степен, избора на температура и дизайна на инструменталната екипировка от самото начало. Показателят-на деформационно закаляване от 0,40 до 0,55, задвижван от ниска енергия на грешка при подреждане и, при метастабилни класове, TRIP ефект, дава на аустенитните класове както предимство (устойчивост на локализирано образуване на шийка), така и набор от изисквания за процеса (по-висок тонаж, по-големи хлабини, междупроходно отгряване, контрол на пружинното връщане), които се различават съществено от практиката на въглеродна стомана.

Съответствието на степента, температурата и процеса на конкретната операция на формоване -, вместо да се използва по подразбиране един клас или рецепта за процес на въглеродна-стомана -, е разликата между част, която се оформя чисто и тази, която се цепи, набръчква или се поврежда надолу по веригата при експлоатация.