نرخ سخت شدن کار فولاد ضد زنگ آستنیتی: پیامدهایی برای شکل‌دهی سرد - دانش

فولادهای زنگ نزن آستنیتی(301, 304, 316) تقریباً 2 تا 4 برابر سریع‌تر از فولاد کربنی سخت می‌شوند، با کرنش-قدرت سخت شدن (n-) حدود 0.40 تا 0.55 در مقابل 0.15 تا 0.25 برای فولاد نرم.

مقدار بالای n-از انرژی خطای انباشتگی کم ساختار کریستالی FCC ناشی می‌شود، که باعث سرکوب نابجایی-لغزش متقاطع، به‌علاوه مارتنزیت ناشی از تغییر شکل- (اثر TRIP) در گریدهای فراپایدار مانند 301 می‌شود.

304 سرد-می‌تواند از حدود 520 مگاپاسکال (75 ksi) UTS آنیل شده به 1200-1400 مگاپاسکال (175-200 ksi) به طور کامل افزایش یابد. 301 فول هارد تقریباً به 1275 مگاپاسکال (185 ksi) حداقل UTS می رسد.

n{0}}ارزش بالا صرفاً یک بدهی نیست: گردن بندی موضعی را به تاخیر می اندازد و شکل پذیری کششی را بهبود می بخشد، اما همچنین بارهای شکل دهی، برگشت فنر و سایش ابزار را افزایش می دهد و به تناژ پرس بالاتر، فاصله های قالب بزرگتر و بازپخت بین پاسی نیاز دارد.

n-مقدار به ازای ASTM E646 تعیین می‌شود. انتخاب درجه، دما (به ازای ASTM A666)، و طراحی فرآیند باید با عملیات شکل‌دهی مطابقت داده شود تا اینکه یک درجه آستنیتی پیش‌فرض باشد.

سرعت سخت شدن کار - با کرنش-شار سخت شدن n در معادله هولومون σ=Kεⁿ - اندازه‌گیری می‌شود که با تغییر شکل پلاستیک، تنش جریان فلز با چه سرعتی افزایش می‌یابد. در فولاد زنگ نزن آستنیتی آنیل شده، n معمولاً بین 0.40 و 0.55 قرار می گیرد، تقریباً دو برابر محدوده 0.15-0.25 معمول فولادهای کربنی و فریتی، به همین دلیل است که همان عملیات شکل دهی به تناژ پرس بیشتری نیاز دارد و یک قطعه نهایی قوی تر و سخت تر در فولاد ضد زنگ نسبت به فولاد نرم تولید می کند.

Work Hardening Rate of Austenitic Stainless Steel

معادله هولومون تنش واقعی-منحنی کرنش واقعی را در ناحیه تغییر شکل پلاستیکی یکنواخت قبل از شروع گردن‌بندی توصیف می‌کند. K ضریب استحکام و n کرنش{3}}شار سخت شدن است: هر چه n بیشتر باشد، مقاومت ماده در برابر تغییر شکل بیشتر برای یک افزایش معین از کرنش افزایش می‌یابد. از آنجایی که n همچنین برابر است با فشار واقعی در شروع گردن زدن (با معیار Considère)، مقدار n-بالا نشانگر مستقیمی است از میزان کشش یا کشیدن ورق قبل از شروع نازک شدن موضعی و شکست.

برای یک سازنده، این عدد منفرد چندین مورد مشاهده شده در کف مغازه را به طور همزمان توضیح می دهد: چرا ورق ضد زنگ به تناژ بیشتری نسبت به فولاد نرم برای یک خم یا کشش یکسان نیاز دارد، چرا سطح یک قسمت ضد زنگ تشکیل شده به طور قابل اندازه گیری سخت تر از -ورق دریافتی است، و چرا بخشی که به نظر می رسد با نور متوسط خوب به نظر می رسد می تواند با موفقیت باز شود{1} مواد کمتر-.

کار فولاد زنگ نزن آستنیتی-سریع‌تر سخت می‌شود زیرا شبکه-مکعب وسط (FCC) آن دارای انرژی خطای انباشتگی بسیار پایینی است که مانع از لغزش متقاطع نابجایی-می‌شود که به فولادهای دیگر اجازه می‌دهد در هنگام تغییر شکل بازیافت و نرم شوند. گریدهای غیر پایدار مکانیسم دومی را اضافه می‌کنند، پلاستیسیته ناشی از تبدیل-(TRIP)، که در آن کرنش آستنیت را به مارتنزیت تبدیل می‌کند و سخت شدن اضافی در بالای استحکام دررفتگی ایجاد می‌کند.

انرژی گسل انباشته (SFE) بر این موضوع نظارت می کند که چگونه نابجایی ها می توانند خود را در طول تغییر شکل به راحتی مرتب کنند. در فولاد زنگ نزن آستنیتی، SFE پایین باعث می شود که نابجایی ها به نابجایی های جزئی تقسیم شوند که به راحتی نمی توانند- روی صفحه جدید بلغزند. به جای از بین رفتن یا تنظیم مجدد به پیکربندی‌های{3} انرژی پایین‌تر، نابجایی‌ها روی هم انباشته می‌شوند و در هم می‌پیچند و مقاومت مواد در برابر جریان بیشتر با فشار به شدت بالا می‌رود. فولادهای فریتی و کربنی دارای یک شبکه-مکعبی در مرکز (BCC) با SFE بالاتر هستند، بنابراین نابجایی ها راحت تر بهبود می یابند و سرعت سخت شدن کمتر است.

نمرات آستنیتی متقابل - به ویژه 301 - اثر TRIP را اضافه می کند. همانطور که ماده تغییر شکل می دهد، مقداری آستنیت (FCC، غیر مغناطیسی) به مارتنزیت تبدیل می شود (بدن-به صورت چهارضلعی، مغناطیسی و بسیار سخت تر). این تبدیل انرژی را جذب می کند و فاز دوم سخت را وارد یک ماتریس انعطاف پذیر می کند، به همین دلیل است که 301 به طور خاص می تواند به استحکام بسیار بالایی صرفاً از طریق کار سرد و بدون عملیات حرارتی دست یابد. گریدهای دوبلکس در این بین قرار دارند: چون تقریباً نیمی از ساختار آنها از قبل فریت است، مقدار n- عمده آنها معمولاً کمتر از درجه آستنیتی کامل است، حتی اگر کسر آستنیت در یک ریزساختار دوبلکس همچنان می‌تواند از طریق مکانیسم‌های مربوط به TRIP{8}}سخت شود.

کرنش مقایسه ای-شارع های سخت شدن توسط خانواده فولاد

خانواده فولاد	درجه نماینده	مشبک	مقدار n- معمولی	مکانیزم سخت شدن حاکم
آستنیتی (بی ثبات)	301	FCC ← BCT جزئی در کرنش کردن	0.40 - 0.55 (TRIP-افزایش یافته)	مارتنزیت ناشی از دررفتگی + تغییر شکل-
	304 / 316	FCC	0.40 – 0.55	گره خوردن دررفتگی؛ انرژی خطای انباشتگی کم
دوبلکس	2205	FCC + BCC (~50/50)	تقریباً. 0.20 – 0.30، فاز-بستگی دارد	کرنش تقسیم شده بین آستنیت و فریت
فریتیک	430	BCC	تقریباً. 0.17 - 0.23 (تقریباً نیمی از آستنیت)	سر خوردن دررفتگی با سهولت-لغزش/بازیابی
مارتنزیتی	410	BCT (به عنوان حرارت-درمان شده)	تقریباً. 0.10 - 0.15	سخت شدن اضافی محدود؛ قدرت ناشی از حرارت-است
فولاد کربنی (خفیف)	1018 / 1045	BCC	0.15 – 0.25	تقویت دررفتگی متعارف

n-مقادیر گردآوری شده از مقالات آزمایشی کششی منتشر شده-و داده‌های فنی آسیاب تحت شرایط آزمون ASTM E646. مقادیر واقعی با محدوده کرنش، جهت نورد، گیج و کار سرد قبلی متفاوت است. اینها را به‌عنوان محدوده‌های برنامه‌ریزی مراحل طراحی، نه ویژگی‌های مکانیکی تأیید شده در نظر بگیرید. با گزارش تست آسیاب (MTR) برای گرما و مزاج خاص تأیید کنید.

در گریدهای 301 و مشابه آن، کار سرد زیر دمای Md30 ماده، مقداری آستنیت را به مارتنزیت مغناطیسی تبدیل می‌کند، به همین دلیل است که یک قطعه 301 که به صورت غیر مغناطیسی و نرم شروع می‌شود، می‌تواند به شدت مغناطیسی و به طور چشمگیری قوی‌تر شود -، اما با فشار دادن آن تبدیل بیش از حد دور، بیش از حد سریع، می‌تواند با فشار زیاد یا سریع‌تر به مارتنزیت مغناطیسی کشیده شود. اگر کسر مارتنزیت کنترل نشود در-ترک کردن فرآیند.

How Does the TRIP Effect Change Work Hardening in Metastable Grades Like 301

Md30 به عنوان دمایی تعریف می شود که در آن 30٪ کرنش واقعی 50٪ تبدیل به مارتنزیت ایجاد می کند. این یک ویژگی مبتنی بر ترکیب{4}}است: محتوای نیکل کمتر و محتوای بینابینی کمتر (کربن به اضافه نیتروژن) Md30 را افزایش می‌دهد، به این معنی که مواد در دمای اتاق راحت‌تر تبدیل می‌شوند. این دقیقاً همان منطق طراحی پشت 301 است که نسبت به 304 - 301 نیکل کمتری را حمل می‌کند، بنابراین در هنگام شکل‌دهی سرد سریع‌تر کار می‌کند و استحکام بیشتری به دست می‌آورد، در مقایسه با 304، مقاومت در برابر خوردگی و حاشیه تشکیل می‌دهد.

مفهوم عملی برای یک خط تشکیل دوگانه است. اولاً، استحکام و سختی برای یک گرید متابولیسم، همانطور که برای یک آلیاژ عمل‌آوری‌شده با گرما ثابت است، مشخص نیست-آلیاژ عمل‌آوری‌شده با حرارت- تابعی از میزان کرنش، و در چه سرعت و دمایی است که قطعه واقعاً می‌بیند، که به این معنی است که تکرارپذیری فرآیند (نیروی نگهدارنده خالی، سرعت کشش، دمای قالب) بخشی از مشخصات است، نه فقط گواهی آسیاب. دوم، از آنجا که خطر ترک خوردگی با تاخیر در قطعات کشیده شده عمیق با ترکیبی از محتوای Md30 و (C+N) مرتبط است، گریدها و گرمایش‌ها با Md30 بالاتر به نسبت‌های کشش محافظه‌کارانه‌تر، مراحل شکل‌دهی بیشتر و بازرسی دقیق‌تر برای قطعاتی که تنش پسماند پایدار را در سرویس مشاهده می‌کنند، نیاز دارند.

طراحی عمیق و مهر زنی چند مرحله‌ای بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گیرند، زیرا کرنش پلاستیکی بزرگ و تجمعی را در قالب محدود ایجاد می‌کنند. خمش ساده و شکل دهی غلتکی کمتر تحت تأثیر قرار می گیرند، اما همچنان به شعاع خمش بزرگتر، نیروی بیشتر و جبران برگشت فنری بیشتر از عملکرد فولاد کربن- معادل نیاز دارند.

طراحی و مهر زنی عمیق

از آنجایی که تنش جریان با کرنش به شدت بالا می‌رود، بار پانچ و نیروی نگهدارنده خالی هر دو با ادامه کشش افزایش می‌یابند و خطر شکاف به سمت شعاع پانچ و گوشه قالب جایی که کرنش ابتدا متمرکز می‌شود، افزایش می‌یابد. قرعه کشی های چند مرحله ای کاهش استاندارد هستند: کاهش نسبت کشش گرفته شده در هر مرحله، و قرار دادن یک فرآیند (راه حل) بازپخت بین مراحل برای بازیابی شکل پذیری قبل از کاهش بعدی، به جای تلاش برای کاهش کامل در یک پاس، همانطور که ممکن است در فولاد نرم انجام شود.

خم شدن و شکل دهی رول

خم شدن ضد زنگ آستنیتی به حداقل شعاع خمش بزرگتر از فولاد کربنی{0} همان گیج نیاز دارد تا از ترک‌خوردگی سطحی روی فیبر بیرونی جلوگیری شود، و برگشت فنری بیشتری ایجاد می‌کند زیرا بازیابی مدول الاستیک پس از تخلیه با ماده‌ای که قبلاً به طور قابل‌توجهی در ناحیه خمش سخت شده است تعامل دارد. جبران خمش بیش از حد، یا افزایش نیروی خمشی اعمال شده - یک روش استاندارد است و باید با آزمایش یا شبیه‌سازی اعتبار سنجی شود تا اینکه از داده‌های فولاد کربن- در نظر گرفته شود.

ماشینکاری پس از شکل گیری

یک اثر مرتبط که اغلب دست کم گرفته می شود در ماشینکاری ثانویه در پایین دست ظاهر می شود: هر برش یک لایه نازک{0}}سخت شده در سطح به جا می گذارد، بنابراین یک برش سبک یا قطع شده بعدی می تواند به جای بریدن از روی مواد سخت شده، بر روی آن سوار شود و سایش ابزار را تسریع کند. داده‌های ماشین‌کاری برای 304 در مقابل یک فولاد معمولی متوسط-کربنی (1045) همان n-شکاف مقدار مورد بحث در بالا را نشان می‌دهد و یک پروکسی مفید برای نحوه رفتار مواد در هر-عملیات مکرر تغییر شکل، شامل شکل‌دهی است.

هنگامی که برنامه عمداً از فنرهای سرد-تقویت کار -، گیره‌ها، و شکل‌های سرد ساختاری-شکل‌های شکل‌گرفته شده- استفاده می‌کند، 304 را انتخاب کنید-به‌عنوان پیش‌فرض هدف کلی-برای مهر و موم‌ها و قطعات کشیده‌شده که در آن مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر خوردگی و استحکام حاشیه تشکیل‌دهنده بیشتر از حداکثر قسمت سرد انتخاب می‌شود. قرار گرفتن در معرض کلرید یا مواد شیمیایی در سرویس است و می تواند پاسخ سخت شدن کمی کمتر آن را نسبت به 301 تحمل کند.
صفت	301	304	316
Md30 نسبی (تمایل دگرگونی)	بالاترین - کمترین محتوای Ni	متوسط	- نیکل و مو باعث تثبیت آستنیت می شوند
نقش اصلی در شکل گیری سرد	قدرتی که از طریق کار سرد کنترل شده به دست می آید	بخش‌های دارای{0}منظور عمومی و ترسیم شده	مهرهای خدماتی-خارنده، قطعات دریایی/شیمیایی
استاندارد خلق و خوی حاکم	ASTM A666 (1/4H - مزاج کاملاً سخت)	ASTM A240 (صفحه/ورق)، A666 برای نوار سکوریت	ASTM A240 (صفحه/ورق)، A666 برای نوار سکوریت
تقریبا -حداقل UTS کامل	حدود 1275 مگاپاسکال (185 ksi)	معمولاً برای شکل دهی سازه کاملاً سخت عرضه نمی شود	معمولاً برای شکل دهی سازه کاملاً سخت عرضه نمی شود
پاسخ مغناطیسی پس از تشکیل سنگین	به شدت مغناطیسی (مارتنزیت قابل توجه)	کمی مغناطیسی در مناطقی که به شدت کار می شود	حداقل مغناطیسی از سه - تبدیل Mo و Ni سرکوب می‌کند
بهترین-عملیات شکل دهی مناسب	شکل دهی کم عمق، شکل دهی رول، مهر زنی فنری. برای ترسیم عمیق با{0}مزاج کامل ایده آل نیست	طراحی عمیق، مهر زنی عمومی، چرخش	کشش و مهر زنی عمیق که در آن مقاومت در برابر خوردگی عامل تعیین کننده است

گردآوری شده از داده‌های مشخصات ASTM A240 / A666 و برگه‌های داده فنی آسیاب منتشر شده برای طبع نورد شده و سرد-. قبل از نهایی کردن طراحی ابزار، خواص مکانیکی دقیق و تعیین دما را در برابر گزارش آزمایش آسیاب خاص بررسی کنید.

با مراحل شکل‌دهی بیشتر و کاهش کمتر در هر مرحله، فاصله‌های قالب و پانچ بزرگ‌تر نسبت به کار کربن-فولاد، ابزارآلات مقاوم در برابر سایش یا روکش، روغن‌کاری بدون کلرید-و یک فرآیند برنامه‌ریزی شده بازپخت بین مراحل کشش به جای تلاش برای وادار کردن یک بخش بدون کربن- روی یک قطعه فرآیند بدون استیل، جبران کنید.

افزایش فاصله قالب و پانچ نسبت به ابزار کربنی-فولاد برای انطباق با تنش جریان بیشتر و کاهش تهوع. برای درجه، مزاج و گیج در حال استفاده، خلاصی خاص را توسط آزمایشی تأیید کنید.

از شعاع خمش و پانچ بزرگتر از کربن-معادل فولاد برای جلوگیری از ترک- بیرونی الیاف استفاده کنید زیرا شکل پذیری مواد به تدریج توسط کار سرد مصرف می شود.

نسبت کشش گرفته شده در هر مرحله در ترسیم عمیق را کاهش دهید و یک فرآیند (محلول) آنیل - معمولاً در محدوده 1,010-1,100 درجه با خنک‌سازی سریع برای درجه‌های آستنیتی استاندارد - بین مراحل برای بازیابی شکل‌پذیری قبل از کاهش بعدی وارد کنید.

فولادهای ابزار مقاوم در برابر سایش (مانند D2 یا M2) یا قالب های پوشش داده شده را مشخص کنید، زیرا همان مقدار بالای n- که قطعه را تقویت می کند، سایش ابزار ساینده را نیز تسریع می کند.

از روان کننده های بدون تشکیل دهنده کلرید استفاده کنید. کلریدهای باقی مانده که در یک قسمت ضد زنگ تشکیل شده تحت تنش پسماند کششی به دام افتاده اند، خطر ترک خوردگی تنش شناخته شده است.

برگشت فنری را با قطعات آزمایشی یا شبیه‌سازی شکل‌دهی به‌جای جابجایی‌های کربن{0}}فولاد ابزارآلات تأیید کنید، و در صورت نیاز نیروی خمشی بیش از حد یا افزایش نیروی خمش ایجاد کنید.

برای گریدهای فراپایدار که نزدیک به دمای Md30 خود هستند، سرعت کشش و دمای قطعه را کنترل کنید، زیرا کسر مارتنزیت - و بنابراین استحکام نهایی، شکل‌پذیری و خطر ترک - وابسته به فرآیند-است و تنها توسط گواهی آسیاب ثابت نمی‌شود.

ASTM E646 روش آزمون کششی استاندارد است-که برای تعیین کرنش-شار سخت شدن (n) و ضریب مقاومت (K) استفاده می‌شود، و باید در کنار استاندارد مواد قابل اجرا - ASTM A240 برای صفحه و ورق، یا ASTM A666 برای کار با نورد سرد{6} مشخص شود. برای عملیات شکل دهی حیاتی است.

ASTM E646 نحوه محاسبه مقدار n-را از روی منحنی تنش واقعی-منحنی کرنش واقعی در یک محدوده کرنش پلاستیکی مشخص شده-تعیین می‌کند، که ضروری است زیرا n یک ثابت ثابت برای یک ماده نیست - می‌تواند تا حدودی با فاصله کرنش استفاده‌شده، جهت غلتاندن لایه و دمای نورد تغییر کند. هنگامی که رفتار سخت کاری یک ورودی طراحی حیاتی است، نه فقط یک انتظار کلی، محدوده آزمایش E646 را در سفارش خرید به همراه استاندارد مواد اولیه و دمای کار مشخص کنید و به جای تکیه بر محدوده های معمولی منتشر شده به تنهایی، داده های آزمایش واقعی را در گزارش تست آسیاب (MTR) درخواست کنید.

س: آیا نرخ سخت شدن کار بالاتر به این معنی است که فولاد زنگ نزن آستنیتی سخت تر از فولاد کربنی است؟

پاسخ: نه لزوما. همان مقدار بالای n- که بارهای تشکیل دهنده را افزایش می دهد، شروع گلویی موضعی را نیز به تأخیر می اندازد، به همین دلیل است که فولاد ضد زنگ آستنیتی اغلب می تواند قبل از شکافتن بیشتر از فولاد کربن کشیده یا کشیده شود. تخفیف- عبارت است از توناژ پرس مورد نیاز بیشتر، برگشت فنری بیشتر و سایش ابزار سریعتر، نه شکل پذیری کمتر.

س: چرا فولاد ضد زنگ 301 پس از شکل گیری زمانی که غیر مغناطیسی شروع می شود، مغناطیسی می شود؟

پاسخ: کار سرد زیر دمای Md30 آلیاژ، بخشی از آستنیت FCC غیر مغناطیسی را به جسم مغناطیسی-مرکز-مرتنزیت چهارضلعی تبدیل می‌کند. این شکل‌پذیری{4}}القا شده (اثر TRIP) در 301 عمدی است و دلیل اصلی آن است که می‌تواند تنها از طریق کار سرد به استحکام بسیار بالایی برسد.

س: کدام استاندارد آزمون کرنش-قدرت سخت شدن (n-مقدار) را اندازه می‌گیرد؟

پاسخ: ASTM E646 روش آزمون استاندارد برای تعیین کرنش{1}}شار سخت شدن و ضریب استحکام از آزمایش کشش است. زمانی که مقدار n یک ورودی شکل‌دهی حیاتی است، باید در کنار استاندارد مواد پایه (ASTM A240 برای صفحه و ورق، یا ASTM A666 برای نوار نورد سرد) مشخص شود.

س: آیا بازپخت می تواند شکل پذیری را به فولاد ضد زنگ پس از شکل دهی سرد بازگرداند؟

ج: بله. یک فرآیند (محلول) آنیل، معمولاً در محدوده 1010-1100 درجه و به دنبال آن خنک‌سازی سریع برای درجه‌های آستنیتی استاندارد، کاربیدها را حل می‌کند و ساختار آستنیت FCC را بازیابی می‌کند، شکل‌پذیری را قبل از مرحله شکل‌دهی بعدی تنظیم می‌کند.

س: آیا فولاد ضد زنگ دوبلکس نسبت به گریدهای آستنیتی مانند 304{0}}بیشتر یا کمتر قابل سخت شدن است؟

A: به طور کلی کمتر، به صورت عمده. از آنجایی که تقریباً نیمی از ریزساختار دوبلکس فریت است، که عملکرد آن-آهسته‌تر از آستنیت است، مقدار کلی n-گرید دوبلکس معمولاً کمتر از درجه کاملاً آستنیتی است، حتی اگر کسر آستنیت در ساختار دوبلکس هنوز هم می‌تواند باعث سخت شدن TRIP{3} شود.

س: وقتی رفتار سخت شدن کار عامل تعیین کننده نیست، کدام درجه آستنیتی انتخاب پیش فرض است؟

پاسخ: 304 پیش‌فرض-هدف عمومی برای مهر و قطعات ترسیم شده است. به طور خاص زمانی که طراحی قصد دارد از تقویت کار سرد استفاده کند، به 301 برسید و زمانی که قرار گرفتن در معرض کلرید یا مواد شیمیایی در سرویس بیشتر از ملاحظات شکل‌گیری است، 316 را مشخص کنید.

سرعت سخت شدن کار یک عارضه جانبی برای طراحی در شکل‌دهی سرد فولاد ضد زنگ آستنیتی نیست - این یک ویژگی اصلی مواد است که باید از همان ابتدا باعث انتخاب درجه، انتخاب درجه حرارت و طراحی ابزار شود. کرنش-شار سخت شدن 0.40 تا 0.55، ناشی از انرژی خطای انباشتگی کم و در گریدهای فراپایدار، اثر TRIP، به گریدهای آستنیتی هم مزیتی (مقاومت در برابر گردن‌بندی موضعی) و هم مجموعه‌ای از الزامات فرآیندی (تناژ بالاتر، فاصله بین فنرهای بزرگتر، کنترل‌کننده‌های بین‌بعدی و فاصله‌گیری‌ها) می‌دهد. تمرین فولاد

تطبیق درجه، مزاج و فرآیند با عملیات شکل‌دهی خاص - به‌جای پیش‌فرض کردن یک گرید واحد یا کربن-دستورالعمل فرآیند فولاد - تفاوت بین قطعه‌ای است که به طور تمیز شکل می‌گیرد و قطعه‌ای که در پایین دست شکافته می‌شود، چروک می‌شود یا از کار می‌افتد.