Arbejdshærdningshastighed af austenitisk rustfrit stål: Implikationer for koldformning

Hvad er arbejdshærdningshastighed, og hvorfor kontrollerer den kold-dannelsesadfærd i austenitisk rustfrit stål?

Hollomon-ligningen beskriver den sande spændings-sande tøjningskurve i det ensartede plastiske-deformationsområde, før indsnævningen begynder. K er styrkekoefficienten, og n er tøjnings-hærdningseksponenten: Jo højere n er, jo mere stiger materialets modstand mod yderligere deformation for en given belastningsstigning. Fordi n også er lig med den sande belastning ved starten af ​​indsnævring (ved Considère-kriteriet), er en høj n--værdi en direkte indikator for, hvor meget et ark kan strækkes eller trækkes, før det begynder at blive tyndere lokalt og fejle.

For en producent forklarer dette enkelte tal adskillige ting, der observeres på værkstedet på én gang: hvorfor rustfrit plader kræver mere tonnage end blødt stål til samme bøjning eller træk, hvorfor overfladen af ​​en dannet rustfri del er målbart hårdere end den-modtaget ark, og hvorfor en del, der så fin ud midt-, kunne trække en dyb{1}-strækningsoperation gennem en dyb{1} strækningsoperation med succes{2}.

Hvorfor virker austenitiske kvaliteter-hårder hurtigere end ferritisk, duplex- og kulstofstål?

Stacking fault energy (SFE) styrer, hvor let dislokationer kan omarrangere sig selv under deformation. I austenitisk rustfrit stål får lav SFE dislokationer til at opdeles i delvise dislokationer, som ikke let kan krydse-glide på et nyt plan. I stedet for at tilintetgøre eller omarrangere til lavere-energikonfigurationer hober sig dislokationer op og filtres, og materialets modstand mod yderligere strømning stiger stejlt med belastning. Ferritisk stål og kulstofstål har et krops-centreret kubisk (BCC) gitter med højere SFE, så dislokationer genoprettes lettere, og hærdningshastigheden er lavere.

Metastabile austenitiske karakterer - især 301 - tilføjer TRIP-effekten. Efterhånden som materialet deformeres, omdannes noget austenit (FCC, ikke-magnetisk) til martensit (krops-centreret tetragonal, magnetisk og meget hårdere). Denne transformation absorberer energi og introducerer en hård anden fase i en duktil matrix, hvorfor især 301 kan opnå meget høj styrke udelukkende ved koldt arbejde, uden varmebehandling involveret. Duplekskvaliteter ligger midt imellem: Fordi omkring halvdelen af ​​deres struktur allerede er ferrit, er deres bulk n-værdi generelt lavere end en fuldt austenitisk kvalitet, selvom austenitfraktionen i en dupleksmikrostruktur stadig kan hærde gennem de samme TRIP-relaterede mekanismer.

Sammenlignende stamme-Hærdeeksponenter af stålfamilie

n-værdier kompileret ud fra publiceret træk-testlitteratur og mølletekniske data under ASTM E646-testbetingelser. Faktiske værdier varierer med belastningsområde, rulleretning, sporvidde og tidligere koldt arbejde; behandle disse som design-faseplanlægningsområder, ikke certificerede mekaniske egenskaber. Bekræft med mølletestrapporten (MTR) for en specifik varme og temperament.

Hvordan virker TRIP-effektændringen ved at hærde i metastabile kvaliteter som 301?

Md30 er defineret som den temperatur, ved hvilken 30 % sand stamme producerer 50 % transformation til martensit. Det er en sammensætning-drevet egenskab: lavere nikkelindhold og lavere interstitielt indhold (kulstof plus nitrogen) øger Md30, hvilket betyder, at materialet omdannes lettere ved stuetemperatur. Dette er præcis designlogikken bag 301 i forhold til at 304 - 301 bærer mindre nikkel specifikt, så det vil arbejde-hærde og få styrke hurtigere under koldformning, til en vis pris for korrosionsbestandighed og formningsmargin sammenlignet med 304.

Den praktiske implikation for en formningslinje er todelt. For det første er styrke og hårdhed ikke faste materialeegenskaber for en metastabil kvalitet, som de er for en varme-behandlet legering -, de er en funktion af, hvor meget belastning, og med hvilken hastighed og temperatur, delen faktisk ser, hvilket betyder, at processens repeterbarhed (emneholderkraft, trækhastighed, matricetemperatur) er en del af specifikationen, ikke kun møllecertifikatet. For det andet, fordi forsinket revnerisiko i dybtrukne-dele korrelerer med kombinationen af ​​Md30 og (C+N) indhold, kræver kvaliteter og varme med en højere Md30 mere konservative trækforhold, flere formningsfaser og nærmere inspektion for dele, der vil se vedvarende restspænding under drift.

Hvilke kolde-formningsprocesser er mest påvirket af høj hærdningshastighed?

Dybtegning og stempling

Fordi strømningsspændingen stiger stejlt med belastning, øges både stempelbelastningen og råemnets-holderkraft, efterhånden som trækningen skrider frem, og risikoen for spaltning stiger mod stempelradius og matricehjørnet, hvor belastningen koncentreres først. Fler-træk er standardreduktionen: reduktion af trækforholdet, der tages pr. trin, og indsættelse af en proces (opløsning) udglødning mellem trinene for at genoprette duktiliteten før den næste reduktion, i stedet for at forsøge den fulde reduktion i én passage, som det kan gøres i blødt stål.

Bukning og rulleformning

Bøjning af austenitisk rustfrit kræver en større minimumsbøjningsradius end det samme-kulstofstål for at undgå, at overfladen revner på den ydre fiber, og det giver mere tilbagespring, fordi genopretningen af ​​elasticitetsmodulet efter aflæsning interagerer med et materiale, der allerede er hærdet væsentligt i bøjningszonen. Tilbagespringskompensation - overbøjning eller forøgelse af den anvendte bøjningskraft - er standardpraksis og bør valideres ved forsøg eller simulering i stedet for at antage ud fra kulstof-stålværktøjsdata.

Bearbejdning efter formning

En relateret, ofte undervurderet effekt viser sig nedstrøms ved sekundær bearbejdning: Hvert snit efterlader et tyndt arbejds-hærdet lag ved overfladen, så et efterfølgende let eller afbrudt snit kan køre oven på hærdet materiale i stedet for at skære igennem det, hvilket accelererer slid på værktøjet. Bearbejdelighedsdata for 304 versus et typisk medium-kulstofstål (1045) illustrerer det samme n-værdigab, som er diskuteret ovenfor og er en nyttig proxy for, hvordan materialet vil opføre sig i enhver gentagen-deformationsoperation, inklusive formning.

301 vs. 304 vs. 316: Hvilken karakter skal du vælge til en kold-ansøgning?

Samlet ud fra ASTM A240 / A666 specifikationsdata og offentliggjorte tekniske datablade for møllen for udglødet og koldvalsede- tempereringer. Verificer nøjagtige mekaniske egenskaber og tempereringsbetegnelse i forhold til den specifikke mølletestrapport, før værktøjsdesignet færdiggøres.

Hvordan kompenserer du for høj arbejdshærdningshastighed i værktøj og procesdesign?

Øg dyse- og stansefrirummet i forhold til kulstof-stålværktøj for at imødekomme højere strømningsbelastning og reducere gnidning; bekræft den specifikke frigang ved forsøg for karakteren, temperamentet og måleren i brug.

Brug større bøjnings- og stanseradier end kulstof-stålækvivalenten for at undgå ydre-fiberrevner, da materialets duktilitet gradvist forbruges af koldt arbejde.

Reducer trækforholdet pr. trin i dybtrækning, og indsæt en proces (opløsnings)udglødning - typisk i 1.010-1.100 graders område med hurtig afkøling for standard austenitiske kvaliteter - mellem trin for at genoprette duktiliteten før næste reduktion.

Angiv slidbestandigt-værktøjsstål (såsom D2 eller M2) eller coatede matricer, da den samme høje n--værdi, der styrker delen, også fremskynder slid på slibende værktøj.

Brug klorid-frit formende smøremidler; resterende chlorider fanget i en dannet rustfri del under restspænding af træk er en anerkendt risiko for spændings-korrosion-revner.

Valider tilbagespring med prøvedele eller formsimulering i stedet for kulstof-stålværktøjsforskydninger, og indbygg overbøjning eller øget bøjningskraft efter behov.

For metastabile kvaliteter, der kører tæt på deres Md30-temperatur, skal du kontrollere trækhastigheden og delens temperatur, da martensitfraktionen - og derfor den endelige styrke, duktilitet og revnerisiko - er proces-afhængig, ikke fastsat af møllecertifikatet alene.

Hvilke testmetoder og standarder kvantificerer arbejdshærdningsgraden for indkøb og kvalitetskontrol?

ASTM E646 definerer, hvordan n-værdien beregnes ud fra den sande spændings-sande tøjningskurve inden for et specificeret plastik-deformationsområde, hvilket er essentielt, fordi n ikke er en enkelt fast konstant for et materiale - den kan variere en del med det anvendte tøjningsinterval, testtemperaturen og rulleretningen. Når arbejdshærdningsadfærd er et kritisk designinput, ikke kun en generel forventning, skal du angive E646-testområdet på indkøbsordren sammen med basismateriale- og tempereringsstandarden, og anmode om de faktiske testdata på mølletestrapporten (MTR) i stedet for at stole på offentliggjorte typiske områder alene.

Ofte stillede spørgsmål

Spørgsmål: Betyder en højere hærdningshastighed, at austenitisk rustfrit stål er sværere at koldforme end kulstofstål?

A: Ikke nødvendigvis. Den samme høje n--værdi, der øger dannelsesbelastninger, forsinker også starten på lokaliseret indsnævring, hvorfor austenitisk rustfrit stål ofte kan strækkes eller trækkes længere end kulstofstål, før det spalter. Afvejningen- er højere påkrævet pressetonnage, mere tilbagespring og hurtigere værktøjsslid, ikke lavere formbarhed.

Spørgsmål: Hvorfor bliver 301 rustfrit stål magnetisk efter dannelse, når det starter umagnetisk?

A: Koldt arbejde under legeringens Md30-temperatur omdanner en del af den ikke-magnetiske FCC-austenit til magnetisk krop-centreret-tetragonal martensit. Denne transformations-inducerede plasticitet (TRIP-effekt) er tilsigtet i 301 og er hovedårsagen til, at den kan opnå meget høj styrke gennem koldt arbejde alene.

Sp.: Hvilken teststandard måler tøjnings-hærdningseksponenten (n-værdi)?

A: ASTM E646 er standardtestmetoden til bestemmelse af tøjnings-hærdningseksponenten og styrkekoefficienten fra en trækprøve. Den skal angives sammen med basismaterialestandarden (ASTM A240 for plade og plade, eller ASTM A666 for kold-valset bånd), når n--værdien er en kritisk formningsinput.

Q: Kan udglødning genoprette duktiliteten til rustfrit stål efter koldformning?

A: Ja. En proces (opløsnings-) udglødning, typisk i intervallet 1.010-1.100 grader efterfulgt af hurtig afkøling for standard austenitiske kvaliteter, opløser carbider og genopretter FCC austenitstrukturen og nulstiller duktiliteten før næste formningstrin.

Spørgsmål: Er duplex rustfrit stål mere eller mindre arbejds-hærdeligt end austenitiske kvaliteter som 304?

A: Generelt mindre, i bulk termer. Fordi omtrent halvdelen af ​​en dupleksmikrostruktur er ferrit, som arbejder-hærder langsommere end austenit, er den samlede n-værdi af en duplekskvalitet typisk lavere end en fuldt austenitisk kvalitet, selvom austenitfraktionen i dupleksstrukturen stadig kan bidrage med TRIP-relateret hærdning.

Q: Hvilken austenitisk kvalitet er standardvalget, når arbejdshærdningsadfærd ikke er den afgørende faktor?

A: 304 er den generelle-standardindstilling for stemplinger og tegnede dele. Ræk efter 301 specifikt, når designet har til hensigt at udnytte kulde-forstærkning, og angiv 316, når eksponering for klorid eller kemikalier under brug opvejer de formningsmæssige overvejelser.

Oversigt

Arbejdshærdningshastigheden er ikke en bivirkning at designe omkring i austenitisk rustfrit stål koldformning - det er en kernematerialeegenskab, der bør drive valg af kvalitet, tempereringsvalg og værktøjsdesign fra begyndelsen. En tøjnings-hærdningseksponent på 0,40 til 0,55, drevet af lav stablingsfejlenergi og, i metastabile kvaliteter, TRIP-effekten, giver austenitiske kvaliteter både en fordel (modstand mod lokaliseret indsnævring) og et sæt proceskrav (højere tonnage, større frigange, der adskiller sig fra kulstofstyring, regulering af carbon-tilbageløb)

At matche kvalitet, temperament og proces til den specifikke formningsoperation - i stedet for at standardisere til en enkelt kvalitet eller en kulstof-stålprocesopskrift - er forskellen mellem en del, der dannes rent, og en del, der deler sig, rynker eller fejler nedstrøms under drift.