Kích thước hạt kim loại ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động uốn

Chất lượng vật liệu tốt hơn giúp tiết kiệm thời gian sản xuất và chi phí khi ép phanh

Chúng tôi đã đi sâu vào tìm hiểu về cỏ dại để hiểu các hạt vật liệu trong tấm kim loại và tấm, cách chúng hình thành và yếu tố quyết định kích thước và hướng của chúng. Tháng này, chúng ta sẽ đi sâu vào việc chính xác những hạt đó ảnh hưởng như thế nào đến cách vật liệu hình thành trên máy chấn.

Chúng tôi chia kết cấu kim loại hạt thành 3 loại: Vật liệu hạt lớn dẻo hơn, vật liệu hạt nhỏ cứng hơn và ít dẻo hơn. Tuy nhiên vật liệu dạng hạt nhỏ vẫn có thể dễ dàng tạo thành trên máy ép hơn so với một số vật liệu hạt lớn. Trên thực tế, hình thành vật liệu rất thô và bạn sẽ thấy vết nứt và vỏ ở bán kính bên ngoài, đặc biệt nếu bạn đang thực hiện một khúc cua gấp.

Đánh giá nhanh

Thép và các kim loại khác được tạo thành từ các nhóm phân tử rất nhỏ, và chúng được sắp xếp để nhìn chung giống như một khối lập phương. Chiều dài của các nhóm này nhỏ hơn một phần mười của một phần triệu inch mỗi cạnh. Mặc dù bạn sẽ không thể nhìn thấy các nhóm phân tử này, nhưng chúng ta có thể thấy tác động của sự hiện diện của chúng. Các nhóm phân tử này biểu hiện dưới dạng tinh thể hoặc hạt tinh thể có hình dạng bất thường.

Do số lượng cực lớn các phân tử tạo nên bất kỳ vật liệu nào, những hạt pha lê này có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Khi kim loại được cán nguội hoặc gia công nguội, các tinh thể sẽ kéo dài ra và có hướng ưu tiên theo hướng cuộn, tạo ra các hạt mà chúng ta nhìn thấy.

Kích thước và số lượng hạt của một vật liệu được định hướng bởi tốc độ hóa rắn của kim loại từ trạng thái lỏng của nó. Quá trình luyện thép bắt đầu với kim loại nóng chảy đông đặc lại khi vật liệu được làm nguội. Khi nó nguội đi, quá trình kết tinh lại xảy ra, lúc này các hạt mới, không biến dạng ở nhiệt độ cao hơn sẽ nảy mầm và phát triển bên trong các hạt cũ bị méo mó và ở các ranh giới của hạt. Với sự kết tinh lại, các đặc tính cơ học của vật liệu trở lại trạng thái ban đầu, yếu hơn, trở nên dẻo hơn nhiều.

Khả năng biến dạng dẻo của vật liệu tinh thể phụ thuộc vào khả năng trật khớp của nó; nghĩa là khả năng di chuyển tự do của hạt trong vật liệu. Ranh giới của hạt — những vùng có thặng dư các phân tử không phải là một phần của bất kỳ sự hình thành tinh thể đối xứng nào — đóng vai trò như một rào cản đối với sự lệch vị trí đó, nơi các tinh thể không dễ dàng trượt qua nhau. Kích thước hạt giảm làm tăng số lượng đường viền (ranh giới hạt) phải nhường chỗ trước khi chuyển động có thể xảy ra. Kích thước hạt càng nhỏ, vật liệu càng chắc.

Việc làm chậm sự chuyển động của các khối hạt cũng tăng cường sức mạnh cho vật liệu. Và có một số cách để giảm sự di chuyển của trật khớp. Chúng bao gồm hợp kim hóa và làm cứng biến dạng.

Kiểm soát kích thước hạt

Các loại ngũ cốc lớn hơn làm giảm sức mạnh và độ dẻo dai của vật liệu, và các loại ngũ cốc có thể phát triển vì nhiều lý do khác nhau. Ví dụ, nếu để nguyên liệu ở nhiệt độ tái kết tinh trên quá lâu, các hạt sẽ tăng kích thước khi sự khuếch tán xảy ra qua các ranh giới của hạt.

Kích thước thớ của vật liệu ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu bởi vì, một lần nữa, ranh giới thớ đóng vai trò như một rào cản đối với sự lệch hướng, dẫn đến chuyển động dọc theo mặt phẳng trượt . Điều này là do các hạt liền kề có hướng khác nhau (xem Hình 1 ). Trong vật chất có các hạt nhỏ, khoảng cách mà một hạt có thể di chuyển dọc theo mặt phẳng trượt ngắn hơn. Sự chuyển động giảm giữa các hạt nhỏ hơn này làm tăng độ bền của vật liệu.

Hướng hạt và đường uốn cong

Tấm hoặc vật liệu tấm là liên kết yếu trong quá trình hình thành. Chúng ta nên luôn xem xét càng nhiều biến số vật liệu càng tốt trước khi đưa ra dự án sản xuất. Và kích thước hạt là một trong những biến số chính. Lý tưởng nhất là hạt vật liệu cần được xem xét sâu trước khi giai đoạn thiết kế kết thúc và một lần nữa trước khi đơn đặt hàng được phát hành — nghĩa là, nếu bạn muốn giảm số lượng các vấn đề sẽ xuất hiện trong quá trình sản xuất.

Nếu bạn có vết nứt hoặc vỏ cam trên bề mặt bên ngoài của các chỗ uốn cong, thì hướng hạt vật liệu có thể là vấn đề. Tại phanh ép, cách tốt nhất luôn là đặt các đường uốn cong của bạn sao cho chúng vuông góc với hướng thớ của vật liệu. Tất nhiên, điều đó không phải lúc nào cũng thực tế hoặc có thể thực hiện được, đặc biệt là ở những bộ phận có nhiều chỗ uốn cong vừa với và chống lại hạt. Nếu có các đường uốn vuông góc với thớ là không thực tế, hãy thử uốn theo đường chéo đối với thớ.

Bình thường hóa

Khi một vật liệu cứng biến dạng tiếp xúc với nhiệt độ cao, sự tăng cường do biến dạng dẻo của quá trình tạo hình có thể bị mất đi — một tình huống xấu nếu kim loại cần độ bền đó để hỗ trợ một số tải trọng. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng mong muốn độ cứng do căng cứng gây ra, đặc biệt nếu bạn cần độ dẻo cao hơn để thực hiện nhiều lần uốn cong. Xử lý nhiệt có thể loại bỏ các tác động làm căng cứng.

Bất kể kích thước hạt được tạo ra tại máy nghiền, bạn có thể điều chỉnh kích thước hạt trong quá trình chế tạo, ngay cả sau khi hình thành ở phanh. Các tinh thể của vật liệu có thể được tạo ra để trở nên đồng nhất hơn bằng cách sử dụng các quy trình xử lý nhiệt như ủ và thường hóa.

Thường hóa là một quá trình trong đó vật liệu được làm nóng đến ngay dưới điểm kết tinh lại và sau đó được để nguội trong không khí thoáng. Quá trình ủ được thực hiện bằng cách hâm nóng vật liệu đến ngay dưới điểm kết tinh lại, nhưng thay vì làm mát bằng không khí, nó được đưa trở lại nhiệt độ phòng từ từ mà không cần lấy vật liệu ra khỏi lò. Trong số hai phương pháp khác nhau, thường hóa tạo ra cấu trúc hạt tốt nhất.

Ba sự kiện xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt: phục hồi, khi hạt hơi phục hồi sau quá trình làm lạnh; kết tinh lại, khi hạt mới hình thành; và cuối cùng là sự phát triển của hạt, khi những hạt lớn hơn phát triển với giá của những hạt nhỏ hơn. Như thể hiện trong Hình 2 , độ cứng và độ bền giảm trong quá trình kết tinh lại, và khi các hạt lớn lên, độ dẻo của vật liệu cũng giảm theo.

Được giữ ở nhiệt độ cao, vật liệu cứng biến dạng có thể giải phóng một số năng lượng biến dạng bên trong. Các phân tử không ở vị trí cố định và có thể di chuyển xung quanh khi cung cấp đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết đang giữ chúng tại chỗ. Nhiệt độ tăng làm tăng nhanh lượng khuếch tán. Điều này cho phép những phân tử ở những vị trí cực kỳ căng thẳng di chuyển đến những khu vực ít bị căng hơn.

Đây là giai đoạn phục hồi cho phép điều chỉnh độ căng ở quy mô nhỏ. Nó thay đổi mật độ trật khớp và chuyển vị trí sang trạng thái năng lượng thấp hơn, giảm ứng suất dư bên trong phôi.

Chỉ định kích thước hạt

ASTM International quy định các số kích thước hạt có thể được sử dụng để xác định số lượng hạt trên một inch vuông ở độ phóng đại 100x (xem Hình 3 ). Số hạt càng cao thì kích thước hạt trung bình càng nhỏ. Thép HSLA thường có số cỡ hạt từ 10 đến 12. Thép tạo hình cường độ thấp truyền thống có số cỡ hạt khoảng 6 hoặc 7. Số cỡ hạt từ 5 trở xuống có thể có các vấn đề về bề mặt thị giác như vết nứt, vết rách và màu da cam vỏ.

Hãy nhớ rằng ranh giới của hạt mạnh hơn phần bên trong hạt. Khi thép bị kéo căng đến mức biến dạng lớn, các ranh giới của thớ sẽ chống lại sự biến dạng và cho phép lõi của thớ bị biến dạng. Điều này rõ ràng là không thể chấp nhận được đối với lớp hoàn thiện loại A, do đó bạn nên chỉ định số kích thước hạt từ 6 trở lên.

Dưới 1, ASTM chỉ định kích thước hạt 0 và 00, cả hai đều có ít hơn 1 hạt trên inch vuông ở độ phóng đại 100x. Việc ủ đôi khi có thể làm cho hạt của vật liệu phát triển đến 00 hoặc thậm chí lớn hơn. Bất kỳ chỗ uốn cong nào được đặt trong vật liệu đó sẽ dễ bị rách hoặc nứt ở bên ngoài bán kính uốn cong. Bề mặt bên ngoài có thể giống như vỏ cam hoặc có các vạch chia nhỏ. Nếu bạn gặp phải một trong những vấn đề này, kích thước hạt là thủ phạm, cùng với bán kính uốn cong bên trong quá nhỏ. Càng đi sâu vào lĩnh vực uốn cong sắc bén, hiệu quả càng trở nên tồi tệ hơn.

Độ dẻo, kích thước hạt và khả năng tạo hình

Các tính chất cơ học của tấm hoặc tấm thay đổi khi kích thước hạt giảm. So với vật liệu hạt mịn, vật liệu hạt thô không cứng bằng, độ bền chảy thấp hơn và dễ uốn hơn. Chất liệu dễ uốn dẻo hình thành tốt hơn với ít nứt, rách hoặc bong tróc da cam. Mặc dù như đã mô tả trước đây, các loại ngũ cốc lớn quá mức cũng có thể gây ra vấn đề.

Kích thước hạt mịn hơn có nghĩa là nhiều ranh giới hạt hơn, và nhiều ranh giới hạt hơn có nghĩa là khả năng chống lại sự lệch lạc lớn hơn. Đó là khả năng đo được của một vật liệu để chống lại sự biến dạng dẻo nghiêm trọng, làm cho vật liệu trở nên kém dẻo hơn.

Nhưng khoan đã, làm thế nào mà vật liệu có kích thước thớ mịn hơn lại có thể kém dẻo hơn nhưng vẫn chịu được biến dạng dẻo hơn mà không bị hỏng đồng thời? Đối với hầu hết các phần, nó phụ thuộc vào xác suất. Số lượng hạt càng cao, càng có nhiều khả năng một số hạt sẽ được định hướng theo cách mà biến dạng tác dụng lên mặt phẳng trượt. Bạn càng có nhiều hạt, thì càng có nhiều mặt phẳng trượt được định hướng theo một hướng giống nhau, và do đó, sẽ có nhiều biến dạng hơn mà không bị hỏng, như nứt, tách hoặc tróc da cam. (Lưu ý thêm, đây là bản chất của tính dị hướng và đẳng hướng; để biết thêm về điều này, hãy xem Cân nhắc hạt vật liệu cho hoạt động phanh ép. 

Tất nhiên, nó không đơn giản như xác suất một mình; các yếu tố khác đang chơi. Nếu hạt hoặc tinh thể đủ nhỏ, chuyển động lệch vị trí không còn là phương thức chính của biến dạng dẻo. Các thành phần khác của hành vi dẻo cũng phát huy tác dụng, bao gồm trượt ranh giới hạt , trong đó các hạt di chuyển tương đối với nhau. Trượt biên hạt có thể xảy ra ở vật liệu có hạt lớn hơn, nhưng trên cơ sở hạn chế. Ứng suất chảy, hoặc ứng suất cần thiết để duy trì biến dạng dẻo ở một mức độ biến dạng nhất định, cũng có tác dụng.

Một động lực khác của hành vi nhựa là hiện tượng cắt cục bộ . Nếu dễ bị cắt cục bộ, vật liệu sẽ bị tăng cường các ranh giới hạt. Sự định hướng của hạt có thể ngăn chặn sự trượt biên của hạt, cho phép kim loại dẻo hơn dễ biến dạng hơn. Một lần nữa, đây là một chức năng dị hướng và đẳng hướng và có tầm quan trọng lớn đối với người vận hành máy chấn

Kích thước hạt mịn hơn có nghĩa là mật độ ranh giới hạt lớn hơn, ảnh hưởng đến độ dẻo của vật liệu theo những cách khác nhau. Các ranh giới của hạt được biết đến với sự lệch vị trí-neo, làm giảm độ dẻo. Hạt mịn hơn cũng có nghĩa là có nhiều ranh giới hạt hơn. Số lượng ranh giới hạt càng lớn thì trọng tải cần thiết để uốn kim loại càng lớn. Điều này xảy ra bởi vì năng lượng cần thiết để tạo ra chuyển động ở các ranh giới mạnh hơn chính hạt.

Đồng thời, ranh giới hạt mịn hơn được biết là sẽ nâng cao độ dẻo. Khi mật độ của ranh giới hạt tăng lên, những chỗ lệch này được cố định và phân bố đều trong vật liệu.

Kích thước hạt và độ đàn hồi

Độ đàn hồi cũng thay đổi theo kích thước hạt. Trong nghiên cứu đã xuất bản trước đây, vật liệu thô hơn yêu cầu tối thiểu nếu có bất kỳ sự bù hồi lưu nào, trong khi vật liệu hạt mịn cho thấy một lượng lớn lực hồi lưu cần được bù đắp, có thể là thông qua giám sát góc theo thời gian thực hoặc thông qua quá trình lựa chọn công cụ.

Giá trị của vật liệu tốt

Tất cả những hiểu biết mới về sự kết tinh, hạt và hướng của hạt đều hướng đến điều này: Bằng cách mua loại vật liệu tốt hơn, bạn có thể tiết kiệm được một lượng lớn thời gian và chi phí sản xuất.

Tất nhiên, trong khi một số khách hàng sẽ không cho phép bạn nâng cấp vật liệu vì lý do cơ khí và thiết kế, hầu hết sẽ không phàn nàn, đặc biệt nếu bạn không tính phí nâng cấp cho họ. Đúng, chi phí nguyên vật liệu của bạn sẽ tăng lên một khoản nhỏ, nhưng bạn sẽ bù đắp được số tiền đó và tiết kiệm được nhiều nhân công hơn.

Như một phần thưởng, bạn sẽ cải thiện chất lượng sản phẩm, điều này sẽ cải thiện tinh thần mua sắm, khiến khách hàng vui vẻ hơn và có thể dẫn đến cơ sở khách hàng ngày càng tăng, ngay cả khi chỉ là truyền miệng. Tại sao? Bởi vì mọi người đều yêu thích chất lượng tốt với một mức giá hợp lý.

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị và Giải Pháp Cơ Khí Automech – nhà cung cấp các dòng máy gia công kim loại tấm, hàn laser, giải pháp tự động từ những nhà cung cấp nổi tiếng JFY – member of TRUMPF group, Han’s laser, EKO, Yadon, ABB…. Automech đã hợp tác với nhiều đối tác thương mại lớn ở trong và ngoài nước nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất đa dạng. Hệ sinh thái sản phẩm đa dạng cùng mức giá hợp lí là điểm cộng to lớn giúp Automech ngày càng chiếm được lòng tin của khách hàng.

Thông tin về sản phẩm vui lòng liên hệ

Hotline:0987.899.347 – Mr.Toàn

Email:info@automech.vn