Rychlost zpevňování austenitické nerezové oceli: Důsledky pro tváření za studena

Co je to rychlost zpevňování a proč řídí tváření za studena- u austenitické nerezové oceli?

Hollomonova rovnice popisuje skutečnou křivku napětí-skutečného napětí v oblasti rovnoměrné plastické-deformace před začátkem zužování. K je koeficient pevnosti a n je exponent deformačního-tvrdnutí: čím vyšší je n, tím více se zvyšuje odolnost materiálu vůči další deformaci při daném přírůstku deformace. Protože n se také rovná skutečnému napětí na začátku zužování (podle kritéria Considère), vysoká hodnota n- je přímým ukazatelem toho, jak moc lze plech natáhnout nebo vytáhnout, než se začne lokálně ztenčovat a selhávat.

Pro výrobce toto jediné číslo vysvětluje několik věcí pozorovaných v dílně najednou: proč nerezový plech vyžaduje více tonáže než měkká ocel pro stejný ohyb nebo tažení, proč je povrch tvarovaného nerezového dílu měřitelně tvrdší než -dodaný plech a proč díl, který vypadal dobře uprostřed-protažení, se může stále úspěšně protahovat hlubokou operací, která by rozštěpila spodní{2} materiál{2}.

Proč austenitické oceli fungují-rychleji než feritické, duplexní a uhlíkové oceli?

Stacking fault energy (SFE) určuje, jak snadno se mohou dislokace přeskupit během deformace. V austenitické nerezové oceli způsobuje nízká SFE dislokace rozštěpení na částečné dislokace, které nemohou snadno přejít-sklouznout do nové roviny. Namísto ničení nebo přeskupování do konfigurací s nižší energií- se dislokace hromadí a zamotávají a odpor materiálu vůči dalšímu toku prudce stoupá s napětím. Feritické a uhlíkové oceli mají kubickou-mřížku centrovanou na tělo (BCC) s vyšší SFE, takže dislokace se rychleji obnovují a rychlost kalení je nižší.

Metastabilní austenitické stupně - zejména 301 - přidávají efekt TRIP. Jak se materiál deformuje, část austenitu (FCC, nemagnetický) se přemění na martenzit (tetragonální -centrovaný na tělo, magnetický a mnohem tvrdší). Tato transformace absorbuje energii a zavádí tvrdou druhou fázi do tvárné matrice, což je důvod, proč zejména 301 může dosáhnout velmi vysoké pevnosti čistě pomocí tváření za studena, bez nutnosti tepelného zpracování. Duplexní třídy jsou mezi tím: protože zhruba polovina jejich struktury je již ferit, jejich objemová n{7}}hodnota je obecně nižší než u plně austenitické třídy, i když austenitová frakce v duplexní mikrostruktuře může stále ztvrdnout prostřednictvím stejných mechanismů souvisejících s TRIP-.

Komparativní napětí-Exponenty zpevnění podle rodiny oceli

n-hodnoty sestavené z publikované literatury o tahových{1}}testech a technických dat frézování za podmínek testu ASTM E646. Skutečné hodnoty se liší podle rozsahu deformace, směru válcování, rozchodu a předchozí práce za studena; zacházet s nimi jako s rozsahy plánování-fáze návrhu, nikoli za certifikované mechanické vlastnosti. Potvrďte se zprávou o zkoušce mlýna (MTR) pro konkrétní teplo a teplotu.

Jak efekt TRIP změní pracovní zpevnění v metastabilních stupních jako 301?

Md30 je definována jako teplota, při které 30% skutečného kmene produkuje 50% transformaci na martenzit. Jde o vlastnost-určenou složením: nižší obsah niklu a nižší obsah intersticiálních látek (uhlík plus dusík) zvyšují Md30, což znamená, že materiál se při pokojové teplotě snadněji transformuje. To je přesně logika návrhu 301 vzhledem k tomu, že 304 - 301 nese konkrétně méně niklu, takže bude fungovat-a rychleji při tváření za studena tvrdnout a získávat pevnost, za určitou cenu na odolnost proti korozi a tvarovací rezervu ve srovnání s 304.

Praktický význam pro formovací linku je dvojí. Za prvé, pevnost a tvrdost nejsou pevné vlastnosti materiálu pro metastabilní jakost, jako je tomu u tepelně-zpracované slitiny -, jsou funkcí toho, jak velké napětí, při jaké rychlosti a teplotě díl skutečně vidí, což znamená, že opakovatelnost procesu (síla držáku polotovaru, rychlost tažení, teplota matrice) je součástí specifikace, nikoli pouze certifikát frézy. Za druhé, protože riziko opožděného praskání u hlubokotažených dílů koreluje s kombinací obsahu Md30 a (C+N), jakosti a tepla s vyšším Md30 potřebují konzervativnější poměry dloužení, více fází tváření a podrobnější kontrolu dílů, u kterých dojde k trvalému zbytkovému napětí v provozu.

Které procesy tváření za studena-jsou nejvíce ovlivněny vysokou rychlostí vytvrzování?

Hluboké tažení a ražení

Vzhledem k tomu, že proudové napětí prudce stoupá s napětím, zatížení razníku a síla držáku polotovaru -se zvyšují s postupujícím tažením a riziko rozštěpení stoupá směrem k poloměru razníku a rohu matrice, kde se napětí soustředí jako první. Vícefázová tažení jsou standardním zmírněním: snížení dloužícího poměru pro každou fázi a vložení procesního (roztokového) žíhání mezi fáze, aby se obnovila tažnost před další redukcí, místo pokusu o úplné snížení při jednom průchodu, jak by tomu bylo u měkké oceli.

Ohýbání a válcování

Ohýbání austenitické nerezové oceli vyžaduje větší minimální poloměr ohybu než u uhlíkové oceli stejného -rozměru, aby se zabránilo praskání povrchu na vnějším vláknu, a vytváří větší zpětné odpružení, protože obnovení modulu pružnosti po odlehčení interaguje s materiálem, který již v zóně ohybu v podstatě ztvrdl. Kompenzace odpružení - nadměrné ohýbání nebo zvýšení aplikované ohybové síly - je standardní praxí a měla by být ověřena zkouškou nebo simulací spíše než předpokládaná z údajů o nástrojích z uhlíkové-oceli.

Obrábění po tváření

Související, často podceňovaný efekt se projevuje po proudu při sekundárním obrábění: každý řez zanechá na povrchu tenkou obrobenou-zpevněnou vrstvu, takže následný lehký nebo přerušovaný řez může vést po povrchu kaleného materiálu, místo aby jej prořezával, čímž se urychluje opotřebení nástroje. Údaje o obrobitelnosti pro 304 oproti typické středně-uhlíkové oceli (1045) ilustrují stejnou n-hodnotovou mezeru, o níž jsme hovořili výše, a jsou užitečným zástupcem toho, jak se bude materiál chovat při jakékoli opakované-deformační operaci, včetně tváření.

301 vs

Sestaveno z dat specifikace ASTM A240 / A666 a zveřejněných technických datových listů válcovny pro žíhané a za studena válcované-popouštění. Před dokončením návrhu nástroje ověřte přesné mechanické vlastnosti a označení teploty podle protokolu o konkrétním testu frézy.

Jak kompenzujete vysokou rychlost kalení při výrobě nástrojů a procesu?

Zvětšete vůli matrice a razníku ve srovnání s nástroji z uhlíkové-oceli, abyste se vyrovnali s vyšším průtokovým napětím a omezili zadření; ověřte specifickou vůli zkouškou pro používaný typ, tvrdost a měřidlo.

Použijte větší poloměry ohybu a děrování než u ekvivalentu uhlíkové-oceli, abyste zabránili praskání vnějších-vláken, protože tažnost materiálu se postupně spotřebovává tvářením za studena.

Snižte poměr tažení v jednotlivých fázích hlubokého tažení a vložte procesní (roztokové) žíhání - obvykle v rozsahu 1 010-1 100 stupňů s rychlým chlazením pro standardní austenitické třídy – mezi fázemi pro obnovení tažnosti před další redukcí.

Určete nástrojové oceli odolné proti opotřebení (např. D2 nebo M2) nebo potažené matrice, protože stejně vysoká hodnota n-, která zpevňuje součást, také urychluje opotřebení abrazivního nástroje.

Používejte bezchloridová-tvarovací maziva; zbytkové chloridy zachycené ve vytvarovaném nerezovém dílu pod zbytkovým napětím v tahu představují uznávané riziko praskání-korozí-napětím.

Ověřte odpružení pomocí zkušebních dílů nebo simulace tváření spíše než ofsetů nástrojů z uhlíkové{0}}oceli a podle potřeby zabudujte nadměrné ohyby nebo zvýšenou ohybovou sílu.

U metastabilních jakostí, které se pohybují v blízkosti jejich teploty Md30, řiďte rychlost tažení a teplotu součásti, protože frakce martenzitu -, a tedy konečná pevnost, tažnost a riziko vzniku trhlin -, závisí na procesu- a nestanoví ji pouze certifikát válcovny.

Jaké zkušební metody a normy kvantifikují rychlost zpevňování pro nákup a kontrolu kvality?

ASTM E646 definuje, jak se n-hodnota vypočítává z křivky skutečného napětí-skutečného přetvoření v rámci specifikovaného plastového-rozsahu přetvoření, což je zásadní, protože n není jediná pevná konstanta pro materiál -, může se poněkud lišit podle použitého intervalu přetvoření, zkušební teploty a směru válcování plechu. Pokud je chování při zpevňování kritickým vstupem pro návrh, nikoli pouze obecným očekáváním, specifikujte zkušební rozsah E646 v objednávce spolu se základním materiálem a normou temperování a vyžádejte si aktuální údaje o zkouškách ve zprávě o zkoušce frézy (MTR), než se spoléhat pouze na publikované typické rozsahy.

Často kladené otázky

Otázka: Znamená vyšší rychlost mechanického kalení, že austenitická nerezová ocel je hůře tvarovatelná za studena než uhlíková ocel?

A: Ne nutně. Stejně vysoká hodnota n-, která zvyšuje tvářecí zatížení, také oddaluje nástup lokalizovaného hrdla, což je důvod, proč lze austenitická nerezová ocel často natahovat nebo táhnout dále než uhlíková ocel, než se rozštěpí. Kompromisem-je vyšší požadovaná tonáž lisu, větší odpružení a rychlejší opotřebení nástroje, nikoli nižší tvarovatelnost.

Otázka: Proč se nerezová ocel 301 po tvarování stává magnetickou, když začíná být nemagnetická?

Odpověď: Práce za studena pod teplotou slitiny Md30 převádí část nemagnetického FCC austenitu na magnetický -centrovaný-tetragonální martenzit. Tato transformace-indukovaná plasticita (TRIP efekt) je u 301 záměrná a je hlavním důvodem, proč může dosáhnout velmi vysoké pevnosti samotnou prací za studena.

Otázka: Která zkušební norma měří exponent -zpevnění deformace (hodnota n{1})?

Odpověď: ASTM E646 je standardní zkušební metoda pro stanovení exponentu deformace-zpevnění a koeficientu pevnosti ze zkoušky tahem. Mělo by být specifikováno spolu se standardem základního materiálu (ASTM A240 pro plechy a plechy nebo ASTM A666 pro pásy válcované za studena-), když je hodnota n- kritickým vstupem pro tváření.

Otázka: Může žíhání obnovit tažnost nerezové oceli po tváření za studena?

A: Ano. Procesní (roztokové) žíhání, typicky v rozsahu 1 010 až 1 100 stupňů, následované rychlým ochlazením u standardních austenitických jakostí, rozpouští karbidy a obnovuje FCC austenitovou strukturu, čímž se obnovuje tažnost před další fází tváření.

Otázka: Je duplexní nerezová ocel více či méně pracovně{0}}kalitelná než austenitické třídy jako 304?

Odpověď: Obecně méně, hromadně. Protože zhruba polovinu duplexní mikrostruktury tvoří ferit, který-tvrdne pomaleji než austenit, je celková n{2}}hodnota duplexní třídy obvykle nižší než plně austenitické třídy, i když austenitová frakce v duplexní struktuře může stále přispívat ke zpevnění souvisejícímu s TRIP{3}}.

Otázka: Která austenitická třída je výchozí volbou, když chování při zpevňování není rozhodujícím faktorem?

Odpověď: 304 je obecný-výchozí výchozí nastavení pro výlisky a nakreslené díly. Sáhněte po 301 konkrétně tehdy, když má konstrukce v úmyslu využít zpevnění za studena-, a specifikujte 316, když vystavení chloridům nebo chemikáliím v provozu převáží úvahy o formování.

Shrnutí

Rychlost mechanického zpevňování není vedlejším efektem při navrhování při tváření austenitické nerezové oceli za studena -, je to vlastnost základního materiálu, která by měla od počátku řídit výběr jakosti, výběr temperování a návrh nástrojů. Exponent deformačního-tvrdnutí 0,40 až 0,55, řízený nízkou energií vrstvení a u metastabilních jakostí efekt TRIP, poskytuje austenitickým druhům jak výhodu (odolnost vůči lokalizovanému zužování), tak soubor procesních požadavků (vyšší tonáž, větší vůle, mezilehlé žíhání, materiál s odpružením uhlíkem).

Rozdíl mezi dílem, který se formuje čistě, a dílem, který se při provozu štěpí, zvrásňuje nebo selhává, je rozdíl mezi třídou, temperováním a procesem konkrétní tvářecí operaci - namísto výchozího nastavení jedné třídy nebo receptury uhlíkové{1}}oceli -.