Tốc độ làm cứng của thép không gỉ Austenitic: Ý nghĩa đối với việc tạo hình nguội

Tốc độ đông cứng là gì và tại sao nó kiểm soát hành vi tạo hình nguội{0}}trong thép không gỉ Austenitic?

Phương trình Hollomon mô tả đường cong ứng suất thực-biến dạng thực trong vùng biến dạng dẻo-đồng nhất trước khi bắt đầu thắt cổ. K là hệ số độ bền và n là số mũ độ cứng của biến dạng-: n càng cao thì khả năng chống biến dạng thêm của vật liệu càng tăng đối với mức biến dạng nhất định. Bởi vì n cũng bằng biến dạng thực sự khi bắt đầu thắt cổ (theo tiêu chí Considère), giá trị n- cao là chỉ báo trực tiếp về mức độ một tờ giấy có thể được kéo căng hoặc kéo ra trước khi nó bắt đầu mỏng cục bộ và bị hỏng.

Đối với một nhà chế tạo, con số duy nhất này giải thích cùng một lúc một số điều quan sát được tại xưởng: tại sao tấm không gỉ đòi hỏi trọng tải lớn hơn thép nhẹ cho cùng một lần uốn hoặc kéo, tại sao bề mặt của một bộ phận không gỉ được tạo hình lại cứng hơn đáng kể so với tấm -nhận được và tại sao một bộ phận trông đẹp mắt ở giữa- vẫn có thể kéo giãn thành công thông qua một thao tác sâu có thể phân chia một vật liệu-n thấp hơn.

Tại sao các loại Austenitic lại hoạt động-Cứng lại nhanh hơn thép Ferritic, Duplex và Carbon?

Năng lượng lỗi xếp chồng (SFE) chi phối mức độ dễ dàng mà các trật khớp có thể tự sắp xếp lại trong quá trình biến dạng. Trong thép không gỉ austenit, SFE thấp làm cho các trật khớp bị chia thành các trật khớp một phần không thể dễ dàng-chuyển sang một mặt phẳng mới. Thay vì hủy diệt hoặc sắp xếp lại thành các cấu hình năng lượng-thấp hơn, các sai lệch chồng chất lên nhau và rối tung, đồng thời khả năng chống lại dòng chảy tiếp theo của vật liệu tăng cao cùng với sức căng. Thép ferit và thép cacbon có cấu trúc mạng lập phương tâm khối (BCC)-có SFE cao hơn, do đó các sai lệch phục hồi dễ dàng hơn và tốc độ đông cứng thấp hơn.

Các lớp austenit siêu ổn định - đáng chú ý nhất là 301 - thêm hiệu ứng TRIP. Khi vật liệu biến dạng, một số austenite (FCC, không từ tính) biến đổi thành martensite (thân -tứ giác tập trung, có từ tính và cứng hơn nhiều). Sự biến đổi này hấp thụ năng lượng và đưa pha thứ hai cứng vào ma trận dẻo, đó là lý do tại sao 301 nói riêng có thể đạt được cường độ rất cao hoàn toàn thông qua gia công nguội mà không cần xử lý nhiệt. Các loại song công nằm ở giữa: vì gần một nửa cấu trúc của chúng đã là ferit nên giá trị n-phần lớn của chúng thường thấp hơn cấp austenit hoàn toàn, mặc dù phần austenite trong vi cấu trúc song công vẫn có thể cứng lại thông qua cùng các cơ chế liên quan đến TRIP-.

Biến dạng so sánh-Số mũ làm cứng của họ thép

n{0}}giá trị được biên soạn từ tài liệu thử nghiệm độ bền kéo-đã xuất bản và dữ liệu kỹ thuật nhà máy trong các điều kiện thử nghiệm ASTM E646. Giá trị thực tế thay đổi tùy theo phạm vi biến dạng, hướng lăn, thước đo và công việc nguội trước đó; hãy coi đây là phạm vi lập kế hoạch giai đoạn-thiết kế chứ không phải các đặc tính cơ học được chứng nhận. Xác nhận với báo cáo thử nghiệm nhà máy (MTR) về nhiệt độ và nhiệt độ cụ thể.

Sự thay đổi của Hiệu ứng TRIP hoạt động như thế nào khi tăng cường ở các cấp độ siêu ổn định như 301?

Md30 được định nghĩa là nhiệt độ tại đó 30% biến dạng thực tạo ra 50% biến đổi thành martensite. Đây là đặc tính-do thành phần điều khiển: hàm lượng niken thấp hơn và hàm lượng kẽ (cacbon và nitơ) thấp hơn sẽ làm tăng Md30, nghĩa là vật liệu biến đổi dễ dàng hơn ở nhiệt độ phòng. Đây chính xác là logic thiết kế đằng sau 301 so với 304 - 301 đặc biệt mang ít niken hơn nên nó sẽ hoạt động-cứng lại và đạt được độ bền nhanh hơn trong quá trình tạo hình nguội, với một số chi phí về khả năng chống ăn mòn và biên độ hình thành so với 304.

Ý nghĩa thực tế của đường tạo hình có hai mặt. Đầu tiên, độ bền và độ cứng không phải là đặc tính cố định của vật liệu đối với cấp độ siêu bền giống như đối với hợp kim-được xử lý nhiệt -, chúng là hàm số của mức độ biến dạng, tốc độ và nhiệt độ mà bộ phận đó thực sự nhìn thấy, nghĩa là khả năng lặp lại của quy trình (lực giữ phôi, tốc độ rút khuôn, nhiệt độ khuôn) là một phần của thông số kỹ thuật chứ không chỉ là chứng chỉ của nhà máy. Thứ hai, do nguy cơ nứt bị trì hoãn ở các bộ phận được kéo sâu-tương quan với sự kết hợp của hàm lượng Md30 và (C+N), cấp độ và nhiệt độ có Md30 cao hơn cần tỷ lệ kéo thận trọng hơn, nhiều giai đoạn tạo hình hơn và kiểm tra chặt chẽ hơn đối với các bộ phận sẽ chịu ứng suất dư kéo dài trong quá trình sử dụng.

Quá trình tạo hình nguội-bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi tốc độ đông cứng cao?

Vẽ sâu và dập

Bởi vì ứng suất dòng chảy tăng mạnh theo độ biến dạng, tải chày và lực giữ-đục trống đều tăng khi quá trình kéo tiếp tục và nguy cơ bị tách ra tăng lên về phía bán kính chày và góc khuôn nơi biến dạng tập trung đầu tiên. Rút nhiều{2}}giai đoạn là biện pháp giảm thiểu tiêu chuẩn: giảm tỷ lệ rút được thực hiện trên mỗi giai đoạn và chèn quy trình (giải pháp) ủ giữa các giai đoạn để khôi phục độ dẻo trước lần giảm tiếp theo, thay vì cố gắng giảm hoàn toàn trong một lần như có thể thực hiện với thép nhẹ.

Uốn và tạo hình cuộn

Uốn không gỉ austenit yêu cầu bán kính uốn tối thiểu lớn hơn cùng loại thép cacbon có kích thước-để tránh nứt bề mặt ở sợi bên ngoài và nó tạo ra nhiều độ đàn hồi hơn vì khả năng phục hồi mô đun đàn hồi sau khi dỡ tải tương tác với vật liệu đã cứng lại đáng kể trong vùng uốn cong. Bù lò xo - uốn quá mức hoặc tăng lực uốn tác dụng - là thông lệ tiêu chuẩn và phải được xác thực bằng thử nghiệm hoặc mô phỏng thay vì giả định từ dữ liệu dụng cụ gia công thép cacbon-.

Gia công sau khi tạo hình

Một hiệu ứng có liên quan, thường bị đánh giá thấp xuất hiện ở phía sau trong gia công thứ cấp: mỗi lần cắt để lại một lớp gia công mỏng-cứng trên bề mặt, do đó, lần cắt nhẹ hoặc cắt gián đoạn tiếp theo có thể nằm trên vật liệu đã cứng thay vì cắt xuyên qua nó, làm tăng tốc độ mài mòn dụng cụ. Dữ liệu về khả năng gia công của 304 so với thép carbon trung bình- điển hình (1045) minh họa khoảng cách n-giá trị tương tự đã thảo luận ở trên và là đại diện hữu ích cho cách vật liệu sẽ hoạt động trong bất kỳ hoạt động biến dạng-lặp lại nào, bao gồm cả quá trình tạo hình.

301 vs. 304 vs. 316: Bạn nên chọn loại nào cho ứng dụng tạo hình nguội-?

Được tổng hợp từ dữ liệu thông số kỹ thuật của ASTM A240 / A666 và các bảng dữ liệu kỹ thuật nhà máy đã xuất bản dành cho sản phẩm được ủ và cán nguội-. Xác minh chính xác các đặc tính cơ học và chỉ định nhiệt độ dựa trên báo cáo thử nghiệm máy nghiền cụ thể trước khi hoàn thiện thiết kế dụng cụ.

Bạn bù đắp bằng cách nào cho tỷ lệ tăng cường độ cứng cao trong thiết kế dụng cụ và quy trình?

Tăng độ hở của khuôn và chày so với dụng cụ bằng thép-cacbon để đáp ứng ứng suất dòng chảy cao hơn và giảm hiện tượng lõm; xác nhận độ hở cụ thể bằng cách thử nghiệm đối với cấp độ, nhiệt độ và thước đo đang sử dụng.

Sử dụng bán kính uốn và đục lỗ lớn hơn so với thép cacbon-tương đương để tránh nứt-sợi bên ngoài vì độ dẻo của vật liệu bị tiêu hao dần khi gia công nguội.

Giảm tỷ lệ rút được thực hiện trên mỗi giai đoạn trong bản vẽ sâu và chèn quy trình (giải pháp) ủ - thường ở phạm vi 1.010-1.100 độ với khả năng làm mát nhanh chóng đối với các cấp austenit tiêu chuẩn - giữa các giai đoạn để khôi phục độ dẻo trước lần giảm tiếp theo.

Chỉ định thép công cụ-chống mài mòn (chẳng hạn như D2 hoặc M2) hoặc khuôn được phủ, vì cùng một giá trị n-cao giúp tăng cường độ bền cho bộ phận cũng làm tăng tốc độ mài mòn của công cụ.

Sử dụng chất bôi trơn không tạo thành clorua; clorua dư bị giữ lại trong bộ phận không gỉ được tạo hình dưới ứng suất dư kéo là nguy cơ nứt do ứng suất -ăn mòn- đã được công nhận.

Xác thực độ đàn hồi bằng các bộ phận thử nghiệm hoặc mô phỏng tạo hình thay vì bù đắp dụng cụ bằng thép-cacbon và xây dựng lực uốn quá mức hoặc tăng lực uốn nếu cần.

Đối với các loại siêu bền chạy gần nhiệt độ Md30, hãy kiểm soát tốc độ rút và nhiệt độ bộ phận, vì phần martensite - và do đó độ bền, độ dẻo và nguy cơ nứt cuối cùng - phụ thuộc vào quy trình- chứ không chỉ cố định bởi chứng chỉ nhà máy.

Những phương pháp và tiêu chuẩn thử nghiệm nào định lượng tỷ lệ tăng cường công việc để mua sắm và kiểm soát chất lượng?

ASTM E646 xác định cách tính giá trị n-từ đường cong ứng suất thực-biến dạng thực trong phạm vi biến dạng-nhựa cụ thể. Điều này rất cần thiết vì n không phải là một hằng số cố định duy nhất đối với vật liệu - nó có thể thay đổi đôi chút theo khoảng biến dạng được sử dụng, nhiệt độ thử nghiệm và hướng lăn của tấm. Khi trạng thái tăng cứng của sản phẩm là đầu vào thiết kế quan trọng, không chỉ là kỳ vọng chung, hãy chỉ định phạm vi thử nghiệm E646 trong đơn đặt hàng cùng với tiêu chuẩn về vật liệu cơ bản và nhiệt độ, đồng thời yêu cầu dữ liệu thử nghiệm thực tế trên báo cáo thử nghiệm nhà máy (MTR) thay vì chỉ dựa vào phạm vi điển hình được công bố.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Có phải tốc độ đông cứng cao hơn có nghĩa là thép không gỉ austenit khó nguội hơn thép cacbon?

Đáp: Không nhất thiết. Giá trị n{1}}cao tương tự làm tăng tải tạo hình cũng làm chậm sự xuất hiện của hiện tượng thắt cổ cục bộ, đó là lý do tại sao thép không gỉ austenit thường có thể bị kéo căng hoặc kéo xa hơn thép cacbon trước khi phân tách. Sự đánh đổi-là trọng tải ép yêu cầu cao hơn, độ đàn hồi cao hơn và độ mòn dụng cụ nhanh hơn chứ không phải khả năng tạo hình thấp hơn.

Hỏi: Tại sao thép không gỉ 301 lại có từ tính sau khi hình thành khi nó bắt đầu không có từ tính?

Đáp: Gia công nguội dưới nhiệt độ Md30 của hợp kim sẽ chuyển đổi một phần austenite FCC không từ tính thành khối từ tính-tập trung-martensite tứ giác. Sự biến đổi-tạo ra độ dẻo này (hiệu ứng TRIP) là có chủ ý trong 301 và là lý do chính khiến nó có thể đạt được cường độ rất cao chỉ thông qua gia công nguội.

Câu hỏi: Tiêu chuẩn kiểm tra nào đo lường số mũ-độ cứng biến dạng (giá trị n{1}})?

Đáp: ASTM E646 là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định hệ số độ cứng và hệ số biến dạng-từ thử nghiệm độ bền kéo. Nó phải được chỉ định cùng với tiêu chuẩn vật liệu cơ bản (ASTM A240 cho tấm và tấm hoặc ASTM A666 cho dải-cán nguội) khi giá trị n-là đầu vào tạo hình quan trọng.

Hỏi: Việc ủ có thể khôi phục độ dẻo cho thép không gỉ sau khi tạo hình nguội không?

Đ: Vâng. Quá trình ủ (dung dịch), thường ở phạm vi 1.010-1.100 độ, sau đó làm nguội nhanh đối với các loại austenit tiêu chuẩn, hòa tan cacbua và khôi phục cấu trúc austenite của FCC, thiết lập lại độ dẻo trước giai đoạn hình thành tiếp theo.

Hỏi: Thép không gỉ song công có khả năng làm cứng tốt hơn hay ít-so với các loại austenit như 304?

A: Nói chung là ít hơn, với số lượng lớn. Bởi vì gần một nửa cấu trúc vi mô song công là ferit, có hoạt động-cứng lại chậm hơn austenite, nên giá trị n-tổng thể của loại song công thường thấp hơn cấp austenit hoàn toàn, mặc dù phần austenite trong cấu trúc song công vẫn có thể góp phần làm cứng liên quan đến TRIP-.

Hỏi: Loại austenit nào là lựa chọn mặc định khi tính chất làm cứng không phải là yếu tố quyết định?

Đáp: 304 là mặc định cho mục đích chung-cho các phần dập và các phần được vẽ. Đạt tới 301 cụ thể khi thiết kế có ý định khai thác khả năng tăng cường công việc-ở nguội và chỉ định 316 khi việc tiếp xúc với clorua hoặc hóa chất trong quá trình sử dụng vượt xa những cân nhắc về tạo hình.

Bản tóm tắt

Tốc độ đông cứng không phải là tác dụng phụ khi thiết kế xung quanh vật liệu tạo hình nguội bằng thép không gỉ austenit - nó là đặc tính vật liệu cốt lõi sẽ thúc đẩy việc lựa chọn cấp độ, lựa chọn nhiệt độ và thiết kế dụng cụ ngay từ đầu. Hệ số biến dạng-độ cứng từ 0,40 đến 0,55, được thúc đẩy bởi năng lượng lỗi xếp chồng thấp và ở các cấp độ siêu ổn định, hiệu ứng TRIP, mang lại cho các cấp độ austenit cả lợi thế (khả năng chống lại hiện tượng thắt cổ cục bộ) và một loạt các yêu cầu quy trình (trọng tải cao hơn, khoảng trống lớn hơn, ủ xen kẽ, kiểm soát lò xo) khác biệt về mặt vật chất so với thông lệ về thép cacbon.

Việc kết hợp cấp độ, tôi luyện và quy trình với hoạt động tạo hình cụ thể - thay vì đặt mặc định thành một cấp độ duy nhất hoặc công thức xử lý thép cacbon-{2}} là sự khác biệt giữa một bộ phận được hình thành sạch sẽ và một bộ phận bị tách ra, nhăn nheo hoặc không hoạt động trong quá trình sử dụng.