Rata de întărire a oțelului inoxidabil austenitic: Implicații pentru formarea la rece

Ce este rata de întărire prin muncă și de ce controlează comportamentul de formare-la rece în oțelul inoxidabil austenitic?

Ecuația Hollomon descrie curba adevărată a tensiunii-deformarii adevărate în regiunea uniformă de deformare plastică- înainte de începerea gâtului. K este coeficientul de rezistență și n este exponentul de întărire la deformare-: cu cât este n mai mare, cu atât rezistența materialului la deformare ulterioară crește pentru o anumită creștere a deformarii. Deoarece n este, de asemenea, egal cu deformarea adevărată la debutul gâtului (după criteriul Considère), o valoare n-înaltă este un indicator direct al cât de mult poate fi întinsă sau trasă o foaie înainte de a începe să se subțieze local și să cedeze.

Pentru un producător, acest singur număr explică mai multe lucruri observate simultan la atelier: de ce tabla inoxidabilă necesită mai mult tonaj decât oțelul moale pentru aceeași îndoire sau tragere, de ce suprafața unei piese inoxidabile formate este mult mai dură decât -foaia așa cum a fost primită și de ce o parte care arăta fină la mijloc-tragere se poate întinde cu succes printr-o operațiune de despicare mai mică a materialului.

De ce funcționează clasele austenitice-se întăresc mai repede decât oțelul feritic, duplex și carbon?

Energia defectelor de stivuire (SFE) guvernează cât de ușor se pot rearanja dislocațiile în timpul deformării. În oțelul inoxidabil austenitic, SFE scăzut face ca dislocațiile să se împartă în luxații parțiale care nu pot trece cu ușurință-pe un nou plan. În loc să se anihileze sau să se rearanjeze în configurații cu energie mai joasă-, dislocațiile se îngrămădesc și se încurcă, iar rezistența materialului la curgerea ulterioară crește abrupt cu efort. Oțelurile feritice și carbon au o rețea-cubică centrată pe corp (BCC) cu SFE mai mare, astfel încât dislocațiile se recuperează mai ușor și rata de întărire este mai mică.

Gradele austenitice metastabile - în special 301 - adaugă efectul TRIP. Pe măsură ce materialul se deformează, o parte din austenită (FCC, nemagnetică) se transformă în martensită (tetragonală-centrată pe corp, magnetică și mult mai dură). Această transformare absoarbe energie și introduce o a doua fază dură într-o matrice ductilă, motiv pentru care 301 în special poate obține o rezistență foarte mare numai prin lucru la rece, fără tratament termic implicat. Gradele duplex se află între ele: deoarece aproximativ jumătate din structura lor este deja ferită, valoarea lor în vrac n-este în general mai mică decât un grad complet austenitic, chiar dacă fracțiunea de austenită dintr-o microstructură duplex se poate întări în continuare prin aceleași mecanisme legate de TRIP-.

Deformare comparativă-Exponente de întărire în funcție de familia de oțel

n-valori compilate din literatura de specialitate publicată-pentru încercări de tracțiune și datele tehnice ale frezei în condiții de testare ASTM E646. Valorile reale variază în funcție de intervalul de deformare, direcția de rulare, gabaritul și lucrul anterior la rece; tratați-le ca intervale de planificare-etape de proiectare, nu proprietăți mecanice certificate. Confirmați cu raportul de testare al morii (MTR) pentru o anumită căldură și temperatură.

Cum se schimbă efectul TRIP Întărirea muncii în clase metastabile precum 301?

Md30 este definită ca temperatura la care 30% tulpina adevărată produce 50% transformare în martensită. Este o proprietate determinată de-compoziție: conținutul mai scăzut de nichel și conținutul interstițial mai scăzut (carbon plus azot) cresc Md30, ceea ce înseamnă că materialul se transformă mai ușor la temperatura camerei. Aceasta este exact logica de proiectare din spatele 301 în raport cu 304 - 301 transportă mai puțin nichel în mod specific, astfel încât se va întări-și se va întări mai repede în timpul formării la rece, cu un anumit cost pentru rezistența la coroziune și marja de formare în comparație cu 304.

Implicația practică pentru o linie de formare este dublă. În primul rând, rezistența și duritatea nu sunt proprietăți fixe ale materialului pentru o calitate metastabilă, așa cum sunt pentru un aliaj tratat termic-{2}}, acestea sunt o funcție de cantitatea de deformare și de ce viteză și temperatură vede de fapt piesa, ceea ce înseamnă că repetabilitatea procesului (forța suportului martor, viteza de tragere, temperatura matriței) face parte din specificație, nu doar certificatul de freză. În al doilea rând, deoarece riscul de fisurare întârziat în piesele-de ambut adânc se corelează cu combinația de conținut de Md30 și (C+N), gradele și căldura cu un Md30 mai mare necesită rapoarte de tragere mai conservatoare, mai multe etape de formare și o inspecție mai atentă pentru piesele care vor vedea solicitarea reziduală susținută în funcțiune.

Ce procese de formare-la rece sunt cele mai afectate de rata ridicată de întărire?

Ambulare adâncă și ștanțare

Deoarece stresul de curgere crește abrupt odată cu deformarea, încărcarea perforată și forța de suport-blankului cresc pe măsură ce tragerea continuă, iar riscul de despicare crește spre raza perforației și colțul matriței unde deformarea se concentrează mai întâi. Tragerile în mai multe-etape sunt atenuarea standard: reducerea raportului de tragere luat pe etapă și inserarea unui proces (soluție) de recoacere între etape pentru a restabili ductilitatea înainte de următoarea reducere, în loc să încercați reducerea completă într-o singură trecere, așa cum s-ar putea face în oțelul moale.

Îndoire și rulare

Îndoirea inoxidabilului austenitic necesită o rază de îndoire minimă mai mare decât oțelul carbon de aceeași-gabaritură pentru a evita fisurarea suprafeței pe fibra exterioară și produce mai multă revenire elastică, deoarece recuperarea modulului elastic după descărcare interacționează cu un material care s-a întărit deja substanțial în zona de îndoire. Compensarea spatelui înapoi - supraîndoirea sau creșterea forței de îndoire aplicată - este o practică standard și ar trebui validată prin încercare sau simulare, mai degrabă decât presupusă din datele despre sculele din oțel carbon-.

Prelucrare după formare

Un efect înrudit, adesea subestimat, apare în aval în prelucrarea secundară: fiecare tăietură lasă la suprafață un strat subțire de lucru-întărit, astfel încât o tăietură ușoară sau întreruptă ulterioară poate trece pe partea de sus a materialului întărit în loc să taie prin acesta, accelerând uzura sculei. Datele de prelucrabilitate pentru 304 față de un oțel cu carbon mediu-obișnuit (1045) ilustrează același interval de n-valoare discutat mai sus și reprezintă un indicator util pentru modul în care se va comporta materialul în orice operație de deformare-repetată, inclusiv formarea.

301 vs. 304 vs. 316: ce grad ar trebui să alegeți pentru o aplicație de formare-la rece?

Compilat din specificațiile ASTM A240 / A666 și fișele tehnice ale morii publicate pentru reveniri recoapte și laminate la rece-. Verificați proprietățile mecanice exacte și desemnarea temperării în raport cu raportul de testare specific al morii înainte de a finaliza proiectarea sculelor.

Cum compensați rata ridicată de întărire prin prelucrare în proiectarea sculelor și a proceselor?

Măriți jocul matriței și al poansonului în raport cu instrumentele din oțel-carbon pentru a face față solicitărilor de curgere mai mari și a reduce uzura; confirmați spațiul liber specific prin încercare pentru gradul, temperatură și ecartamentul utilizat.

Utilizați raze de îndoire și perforare mai mari decât echivalentul-oțelului de carbon pentru a evita fisurarea-fibrei exterioare, deoarece ductilitatea materialului este consumată progresiv de lucrul la rece.

Reduceți raportul de tragere luat pentru fiecare etapă în ambutisarea adâncă și introduceți o recoacere de proces (soluție) - de obicei în intervalul de 1.010-1.100 de grade cu răcire rapidă pentru clasele austenitice standard - între etape pentru a restabili ductilitatea înainte de următoarea reducere.

Specificați oțeluri de scule-rezistente la uzură (cum ar fi D2 sau M2) sau matrițe acoperite, deoarece aceeași valoare n-înaltă care întărește piesa accelerează și uzura sculelor abrazive.

Folosiți lubrifianți cu-clorură fără formare; Clorurile reziduale prinse într-o piesă inoxidabilă formată sub tensiune reziduală de tracțiune reprezintă un risc recunoscut de fisurare prin efort-coroziune-.

Validați revenirea elastică cu piese de probă sau simulare de formare, mai degrabă decât decalajele sculelor din oțel carbon-și adăugați o forță de îndoire excesivă sau mărită, după cum este necesar.

Pentru tipurile metastabile care rulează în apropierea temperaturii lor Md30, controlați viteza de tragere și temperatura piesei, deoarece fracția de martensită - și, prin urmare, rezistența finală, ductilitatea și riscul de fisurare - sunt dependente de proces-, nu sunt fixate doar de certificatul de fabrică.

Ce metode și standarde de testare cuantifică rata de întărire a muncii pentru achiziții și controlul calității?

ASTM E646 definește modul în care se calculează valoarea n-din curba de deformare adevărată-deformare adevărată într-un interval de deformare plastic-specificat, ceea ce este esențial deoarece n nu este o singură constantă fixă ​​pentru un material - poate varia oarecum în funcție de intervalul de deformare utilizat, temperatura de testare și direcția de rulare a foii. Când comportamentul de întărire este o intrare critică de proiectare, nu doar o așteptare generală, specificați intervalul de testare E646 pe comanda de achiziție împreună cu materialul de bază și standardul de temperare și solicitați datele de testare reale pe raportul de testare al morii (MTR) în loc să vă bazați doar pe intervalele tipice publicate.

Întrebări frecvente

Î: O rată de întărire mai mare înseamnă că oțelul inoxidabil austenitic se formează mai greu la rece decât oțelul carbon?

R: Nu neapărat. Aceeași valoare mare n-care crește sarcinile de formare întârzie, de asemenea, apariția gâtului localizat, motiv pentru care oțelul inoxidabil austenitic poate fi adesea întins sau tras mai mult decât oțelul carbon înainte de a se despica. Compartimentul-constă în un tonaj mai mare de presă necesar, mai mult elastic și o uzură mai rapidă a sculei, nu o formabilitate mai mică.

Î: De ce oțelul inoxidabil 301 devine magnetic după formare când începe să devină nemagnetic?

R: Lucrările la rece sub temperatura Md30 a aliajului transformă o parte din austenita nemagnetică FCC în martensită tetragonală-centrată-la corp magnetic. Această plasticitate-indusă de transformare (efectul TRIP) este intenționată în 301 și este principalul motiv pentru care poate atinge o rezistență foarte mare numai prin lucru la rece.

Î: Care standard de testare măsoară exponentul de întărire-la deformare (valoarea n-)?

R: ASTM E646 este metoda de testare standard pentru determinarea exponentului de întărire-la deformare și a coeficientului de rezistență dintr-un test de tracțiune. Ar trebui să fie specificat alături de standardul materialului de bază (ASTM A240 pentru plăci și foi, sau ASTM A666 pentru benzi laminate la rece) atunci când valoarea n-este o intrare critică de formare.

Î: Poate recoacere să restabilească ductilitatea oțelului inoxidabil după formarea la rece?

A: Da. Un proces (soluție) de recoacere, de obicei în intervalul 1.010-1.100 de grade, urmat de răcire rapidă pentru clasele austenitice standard, dizolvă carburile și restabilește structura austenitei FCC, resetând ductilitatea înainte de următoarea etapă de formare.

Î: Oțelul inoxidabil duplex se poate întări mai mult sau mai puțin la lucru-decât clasele austenitice precum 304?

R: În general, mai puțin, în termeni în vrac. Deoarece aproximativ jumătate dintr-o microstructură duplex este ferită, care lucrează-se întărește mai lent decât austenita, valoarea totală n-a unui grad duplex este de obicei mai mică decât un grad complet austenitic, chiar dacă fracțiunea de austenită din structura duplex poate contribui în continuare la întărirea TRIP-.

Î: Care calitate austenitică este alegerea implicită atunci când comportamentul de întărire nu este factorul decisiv?

R: 304 este standardul-general pentru ștanțare și piese desenate. Atingeți 301 în special atunci când proiectul intenționează să exploateze consolidarea-la rece și specificați 316 atunci când expunerea la clorură sau la substanțe chimice în exploatare depășește considerentele de formare.

Rezumat

Rata de întărire prin lucru nu este un efect secundar de proiectat în formarea la rece a oțelului inoxidabil austenitic - este o proprietate de bază a materialului care ar trebui să determine de la bun început selecția calității, selectarea temperării și proiectarea sculelor. Un exponent de întărire la deformare de 0,40 până la 0,55, determinat de energia scăzută a defectului de stivuire și, în clasele metastabile, efectul TRIP, conferă claselor austenitice atât un avantaj (rezistență la gâtul localizat), cât și un set de cerințe de proces (tonaj mai mare, degajări mai mari, control între treceri) care practică oțelul carbon de recoacere cu arcul înapoi.

Potrivirea calității, temperării și procesului la operațiunea de formare specifică -, în loc să utilizați o singură calitate sau o rețetă de procesare a oțelului carbon-carbon -, este diferența dintre o piesă care se formează curat și una care se desface, se încrețește sau se defectează în aval.