Der Metallhersteller wählt das Metall zur Erfüllung der Funktion entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Metalls aus: Das Edelstahl-Auspuffrohr sollte rostfrei sein; der Wärmetauscher in der Düse muss unter rauen Einsatzbedingungen stehen.

Offensichtlich ist die Art und Weise, wie sich das Metall verhält, entscheidend für die Funktion. In diesen Beispielen werden aufgrund unterschiedlicher Anwendungen spezifische Legierungen ausgewählt. Metallhersteller müssen das Verhalten von Edelstahl verstehen, um erfolgreich Edelstahlprodukte für den industriellen Einsatz herstellen zu können.

Duktilität definiert Verformung

Die Duktilität ist eine der wichtigsten Metalleigenschaften, die von den Herstellern berücksichtigt werden müssen. Duktilität ist die Fähigkeit, ein Material plastisch zu machen, ohne zu brechen.

Der historische Prozess der Schmieden beinhaltet das Hämmern von Metall in verschiedene Formen. Formen wie Klingen sind relativ einfach herzustellen, da kein kompliziertes Biegen erforderlich ist. Die gehämmerte Klinge und Form sind jedoch wegwerfbar. In gewisser Weise ist jedes Werk ein einzigartiges Kunstwerk. Metallumformer müssen heutzutage immer wieder produzieren Edelstahlteile die Spezifikationen erfüllen. nicht wie Schmieden, gibt es weniger Möglichkeiten für sofortige Korrekturen.

Das Verständnis seiner Formbarkeit ist für den Erfolg unerlässlich. Der Hersteller muss sich an seinen mechanischen Eigenschaften der Legierung orientieren, damit die endgültige Form die geforderten physikalischen Eigenschaften erfüllt.

Metallhersteller können einen Einblick in die Duktilität von Legierungen gewinnen, indem sie Eigenschaften wie Materialdehnung (wie in der Materialzertifizierung angegeben), übliche Anwendungen und Kaltverfestigungsrate beobachten. Aber Duktilität tritt auf atomarer Ebene auf. Daher ist es wichtig, die atomare Ebene zu betrachten, um vollständig zu verstehen, was Duktilität ist und welche Bedeutung sie für den Prozess hat.

Atomares Verhalten bestimmt das Verhalten von Metallen

Metalle verhalten sich anders als andere Materialien. Sie haben die Fähigkeit, sich plastisch zu verformen, ihre Form beizubehalten und die Verformungsfestigkeit beizubehalten. Diese einzigartigen Eigenschaften werden von den Atomarten im Metall und ihren Bindungen abgeleitet. Atombindungen bestimmen im Wesentlichen, wie Elektronen übertragen oder zwischen Atomen im Material geteilt werden. Bindungen halten Atome als kohärente Materialien zusammen.

Wenn Elektronen frei zwischen Atomen geteilt werden, bleiben das Metallatom und die Metallbindung zusammen. Atome sind in 3D angeordnet, ein sogenanntes geordnetes Gitter.

Metallbindungen ermöglichen es Atomen, sich durch das Gitter zu bewegen. Es ist diese atomare Bewegung, die das plastische Verformungsvermögen definiert.

Unter Druck- oder Zugbelastung kann es zu Verformungen kommen. Diese Belastungsarten definieren alle Fertigungsprozesse.

Im Vergleich zu falsch ausgerichteten Korngrenzen passieren Metallatome leichter die Kornmasse. Stellen Sie sich vor, wenn Sie auf einer Autobahn fahren, sind alle Rampen plötzlich 10 Meter höher als die Autobahn. Um in die Abfahrt einzusteigen, muss der Fahrer das Auto 10 m hochfahren.

Die Bewegung von Metallatomen im komprimierten Zustand wird als Duktilität bezeichnet, und in Bezug auf Spannung und Duktilität wird sie als „Duktilität“ bezeichnet. Beide Begriffe werden unter Plastizität definiert, was die Fähigkeit eines Materials bedeutet, sich zu verformen, ohne zu brechen.

Das Prägen ist ein Druckherstellungsverfahren, das auf Duktilität beruht. Tiefziehen ist ein Ziehverfahren, das auf Duktilität beruht.

Bei diesen beiden Prozessen bewegen sich Atome durch unterschiedliche Methoden, aber beide erfordern eine atomare Bewegung, um zu funktionieren. Ziehe in Erwägung, Teller aus Porzellan zu gießen. Porzellan ist eine Keramik, die anstelle von Metallbindungen kovalente Bindungen enthält. Im Gegensatz zu Metallbindungen können kovalente Bindungen Elektronen nicht frei teilen, sodass sie die Bewegung von Atomen verhindern können. Unter Druck zerbricht die Platte aufgrund der fehlenden atomaren Bewegung; es wird sich nicht plastisch verformen. Daher ist Metall das beste Material für Prägevorgänge.

Korn- und Versetzungsfaktoren

Metallatome erstarren während des Glühprozesses zu einer Kristallfolge, so wie Eiskristalle auf einer kalten Oberfläche wachsen. Atome bilden an einem bestimmten Punkt Kerne und wachsen nach außen, wenn sich mehr Atome ansammeln. Der Wachstumsteil trifft schließlich auf den nahegelegenen Wachstumskeimbildungspunkt. Die Grenzflächen, an denen diese zusammengesetzten Atome nicht aufeinander ausgerichtet sind, werden Korngrenzen genannt.

Verwandte Gruppen von Atomen in unterschiedlichen Anordnungen werden als Kristallkörner bezeichnet. Im Vergleich zu falsch ausgerichteten Korngrenzen passieren Metallatome leichter die Kornmasse. Stellen Sie sich vor, wenn Sie auf einer Autobahn fahren, sind alle Rampen plötzlich 10 Meter höher als die Autobahn. Um die Rampe zu betreten, muss der Fahrer das Auto 10 Fuß hochsteigen. Sowohl Autobahnen als auch Auffahrten können leicht zu befahren sein, aber von der Autobahn aus zu einer falsch platzierten Auffahrt zu gelangen, wird schwieriger sein und erfordert mehr Energie und andere Bedingungen.

Die Kristallkörner im Kristallgitter selbst enthalten Orientierungsfehler, sogenannte Versetzungen. Versetzungen können bei der Rekristallisation auftreten, werden aber hauptsächlich durch Kaltumformung erzeugt. Bei ausreichender Belastung verschieben sich bestimmte Arten von Versetzungen. Daher ist die Bewegung der Versetzung die Bewegung der Fehlausrichtung. Die Atome gleiten von einer Seite der Versetzung zur anderen, was zu einer erheblichen Versetzungsbewegung führt.

Auch die Versetzung selbst kann durch diese Bewegung kollidieren. Genau wie Staus wird die Anhäufung von Versetzungen eine weitere Bewegung von Versetzungen verhindern.

Die Duktilität ist ein Maß für die effektive plastische Verformung, die durch die Bewegung von Atomen verursacht wird. Bewegungseinschränkung begrenzt die Duktilität; daher kann die Anhäufung von Versetzungen zu einer verringerten Duktilität führen. Außerdem erfordert die Akkumulation mehr Kraft, um Atome zu bewegen. Dieser Effekt wird Kaltverfestigung genannt.

Die angelegte Spannung, die eine permanente Bewegung der Metallatome im Kristallgitter bewirkt, ist die Streckgrenze. Die Akkumulation führt zu einer höheren Streckgrenze, da mehr Kraft erforderlich ist, um die Atome zu bewegen. Daher haben vergütete Metalle eine höhere Zugfestigkeit, Streckgrenze und Härte.

Da die Kaltumformdehnung abnimmt. Dies ist wichtig, da die Dehnung ein Maß für die Duktilität eines Materials ist. Genauer gesagt ist es ein Maß für die gesamte plastische Verformung, die ein Material annehmen kann, bevor es bricht. Da ein Teil der gesamten potentiellen plastischen Verformung während des Umformvorgangs verbraucht wird, wird die Duktilität durch Kaltverfestigung reduziert.

Auch Umformvorgänge, die die Zugfestigkeit des lokalen Materials überschreiten, bergen die Gefahr von Rissen und Brüchen. Dies ist ein schwerwiegender materieller Fehler. Der Beweis für dieses Versagen kann mikroskopisch oder katastrophal sein.

Mikroskopische Fehler sind gefährlich, weil sie Gefahr laufen, entdeckt zu werden. Obwohl Teile mit katastrophalen Ausfällen nicht offensichtlich sind, können sie dennoch Probleme verursachen, da sie Werkzeugschäden verursachen können. Die durch die Fehlfunktion oder Rauheit erzeugten Fremdkörper, die fehlerhaften Teile können großen Schaden anrichten.

Mit zunehmender Zugfestigkeit nimmt die Dehnung ab. Daher wird die Zugfestigkeit des Materials als der Mindestdruck für alle Duktilität angesehen. Diese Betrachtung erfolgt unter bestimmten Bedingungen. Kraftimpulse können zu Duktilität und Bruch führen.

Legierungsauswahl hat Auswirkungen

Schmelzer fügen reinen Metallen Elemente hinzu, um Legierungen herzustellen. Diese Legierungselemente verändern Metalleigenschaften, wie Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften. Zum Beispiel wird Chrom zu Stahl hinzugefügt, um eine Chromoxid-Oberflächenschicht zu bilden, die die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Nickel wird hinzugefügt, um die Bildung von Austenitkristallphasen zu beeinflussen, die die Festigkeit verändern können. Die Legierungsatome nehmen Platz im Kristallgitter ein und verändern so die Leichtigkeit, mit der sich die Atome bewegen können. Darüber hinaus können sie die Art und Weise ändern, wie Körner Keime bilden und wachsen, wodurch sich das Volumen der Korngrenzen ändert. Veränderungen von diesen kristallographischen Veränderungen zur atomaren Bewegung beeinflussen die Duktilität.

Das Verständnis der Legierungselemente wird die Entwicklung neuer Legierungen beeinflussen. Die Edelstähle der Typen 301 und 305 sind gute Beispiele für praktische Anwendungen der Duktilität. Die Dehnung von Edelstahl Typ 305 im geglühten Zustand ist geringfügig größer als die von Edelstahl 301. Außerdem ist bei derselben Verformung wie bei 301 die gesamte Anlasserhöhung von 305 geringer. Dies bedeutet, dass, wenn sich 305 und 301 um den gleichen Betrag verformen, die Streckgrenze von 305 niedriger und die Dehnung höher ist. Bei gleicher Verformung beginnt und endet es mit größerer Duktilität.

Die Duktilität nach der Kaltverfestigung ist ein wichtiger Gesichtspunkt. Genauer gesagt beeinflusst die Duktilität die Funktionsweise des endgültigen Teils.

Wenn in einem Beispiel 301 und 305 mit gleichen Abmessungen gebogen werden, haben sie schließlich unterschiedliche mechanische Eigenschaften. Dies liegt daran, dass sie unterschiedliche Duktilität und Kaltverfestigung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufweisen, sodass sie unterschiedliche Ergebnisse erzielen. In Bezug auf die Teilegröße sei angenommen, dass die Streckgrenze von 305 150,000 PSI beträgt und die Streckgrenze von 301 180,000 PSI beträgt. Wenn die äquivalente Last dieser Größe 170,000 PSI beträgt, wurde die Streckgrenze von 305 überschritten, aber die Streckgrenze von 301 wurde nicht überschritten. Dies bedeutet, dass 305 theoretisch nachgeben und sich dadurch verformen wird. Das wäre ein Riesenproblem!

Duktilitätsgrenze des Tiefziehversuchs

Das Tiefziehen ist ein extremer Umformprozess, der die Duktilitätsgrenze testen kann. Der Prozess muss eine signifikante Duktilität in alle Richtungen aufweisen. Die Rohstoffe müssen entsprechend produziert werden.

Das tiefgezogene Material muss richtig gedehnt und gebügelt werden, um die enorme Bewegung der Atome zu fördern. Außerdem muss das Rohmaterial zuerst gewalzt und geglüht werden, um die Duktilität des Materials in Vorbereitung auf das Tiefziehen sorgfältig zu erhalten.

Auch die Wahl der Legierung ist entscheidend. Wenn es bessere Legierungsalternativen gibt, macht es keinen Sinn, die Duktilität der Legierung zu entwerfen. Ebenso müssen Überlegungen zur Duktilität mit anderen erforderlichen Eigenschaften (wie Korrosionsbeständigkeit oder Magnetismus) abgewogen werden.

Das Tiefziehen ist ein extremer Umformprozess, der die Duktilitätsgrenze testen kann. Das tiefgezogene Material muss richtig gedehnt und gebügelt werden, um die enorme Bewegung der Atome zu fördern. Außerdem muss das Rohmaterial zuerst gewalzt und geglüht werden, um die Duktilität des Materials in Vorbereitung auf das Tiefziehen sorgfältig zu erhalten.

Andere Formverfahren erfordern andere Überlegungen zur Duktilität. Stanzteile müssen beispielsweise oft in die endgültige Form gebogen werden. Durch die plastische Verformung bewegen sich die Atome permanent. Daher behält das letzte Teil seine gekrümmte Konfiguration bei.

Die kleinen Metallteile müssen in eine bestimmte Form gebogen werden, ohne zu brechen, und dann muss ihre Form beibehalten werden. Dies bringt viele Duktilitätsprobleme mit sich. Zunächst muss die richtige Legierung mit der erforderlichen Duktilität ausgewählt werden.

Zweitens muss ein Verfahren etabliert werden, um die Kaltverfestigung des Materials zu fördern. Wenn die Biegung auftritt, erzeugen Atome Defekte (Versetzungen), und diese Defekte sammeln sich mit fortschreitender Biegung an. Wie bereits erwähnt, definieren diese akkumulierten Defekte die durch die Biegung erhaltene Härtung, wodurch die Härte, Zugfestigkeit und Streckgrenze des Bereichs erhöht werden. Dadurch wird der Biegebereich stärker.

Diese Überlegung ist kritisch, da das Tempern der Biegung direkt die Rückfederung der Biegung beeinflusst und daher auch die Maßkontrolle des Teils beeinflusst. Obwohl Härte und Zugfestigkeit und Streckgrenze zunehmen, nimmt die Dehnung ab. Daher nimmt die Duktilität des kaltverfestigten Bereichs ab.

Daher ist das Ausbalancieren von Duktilität und Festigkeit für die Bildung des endgültigen Teils entscheidend.

Link zu diesem Artikel: Worauf müssen Metallhersteller bei der Herstellung von Legierungen achten?

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