Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Wat als je de verborgen kracht in metalen zou kunnen ontsluiten met slechts een paar ingenieuze technieken? Dit artikel gaat in op vier beproefde processen - verstevigen met vaste oplossing, verstevigen met werkharden, verstevigen met fijne korrel en verstevigen met tweede fase - die de duurzaamheid en prestaties van metalen aanzienlijk verbeteren. Ontdek hoe deze methoden gewone metalen veranderen in robuuste, hoogwaardige materialen en leer de wetenschap achter hun toepassingen. Duik erin om te begrijpen hoe deze processen uw volgende engineeringproject ten goede kunnen komen.
Het fenomeen van vaste oplossing van legeringselementen in het matrixmetaal waardoor een zekere mate van roostervervorming optreedt, verbetert de sterkte van de legering.
De atomen van het oplosmiddel die zijn opgelost in de vaste oplossing veroorzaken roostervervorming, waardoor de weerstand tegen dislocatiebeweging toeneemt en glijden moeilijker wordt. Hierdoor worden de sterkte en hardheid van de vaste oplossing van de legering verhoogd. Dit fenomeen van metaalversterking door de vorming van een vaste oplossing door het oplossen van een specifiek opgelost element staat bekend als vaste-oplossingversterking.
Als de concentratie van het opgeloste atoom optimaal is, zal het materiaal sterkte en hardheid kan worden verbeterd, maar de taaiheid en plasticiteit nemen af.
Hoe groter de concentratie van de opgeloste atomen, hoe sterker het versterkende effect, vooral bij lage concentraties, waar het effect groter is.
Hoe groter het verschil in atoomgrootte tussen het opgeloste atoom en het matrixmetaal, hoe sterker het versterkende effect.
Interstitiële opgeloste atomen hebben een sterker versterkend effect in de vaste oplossing dan vervangende atomen. Bovendien is de roostervervorming veroorzaakt door interstitiële atomen in lichaamsgecentreerde kubische kristallen asymmetrisch, wat resulteert in een sterker versterkend effect dan dat in gezichtsgecentreerde kubische kristallen. De oplosbaarheid van interstitiële atomen in vaste vorm is echter zeer beperkt, dus het daadwerkelijke versterkende effect is ook beperkt.
Hoe groter het verschil in aantal valentie-elektronen tussen het oplosatoom en het matrixmetaal, hoe sterker het versterkende effect van de vaste oplossing wordt. Met andere woorden treksterkte van de vaste oplossing neemt toe naarmate de concentratie van valentie-elektronen toeneemt.
De mate van versterking van de vaste oplossing hangt voornamelijk af van de volgende factoren:
(1) Het verschil in grootte tussen matrixatomen en opgeloste atomen:
Hoe groter het verschil in grootte, hoe meer de oorspronkelijke kristalstructuur verstoord is en hoe moeilijker het wordt voor dislocaties om te glijden.
(2) Het bedrag van legeringselementen:
Hoe meer legeringselementen worden toegevoegd, hoe sterker het versterkende effect.
Als er te veel te grote of te kleine atomen worden toegevoegd, wordt de oplosbaarheid overschreden. Dit resulteert in een ander versterkingsmechanisme dat bekend staat als dispersiefaseversterking.
(3) Het versterkende effect van interstitiële opgeloste atomen op de vaste oplossing is groter dan dat van vervangende atomen.
(4) Hoe groter het verschil in aantal valentie-elektronen tussen het oplosatoom en het matrixmetaal, hoe sterker het versterkende effect van de vaste oplossing wordt.
De vloeigrens, treksterkte en hardheid zijn sterker in vergelijking met die van zuiver metaal.
In de meeste gevallen is de vervormbaarheid lager dan die van zuiver metaal.
De elektrische geleidbaarheid is aanzienlijk lager dan die van zuiver metaal.
Versterking door vaste oplossing kan de weerstand tegen kruip verbeteren, of het verlies van sterkte bij hoge temperaturen.
Met de toename van koude vervorming nemen de sterkte en hardheid van metaalmaterialen toe, maar de plasticiteit en taaiheid nemen af.
Het fenomeen van verhoogde kracht en hardheid van metaal materialen, gepaard met een afname in plasticiteit en taaiheid tijdens plastische vervorming onder de herkristallisatietemperatuur, staat bekend als koudvervormen.
De reden hiervoor is dat tijdens de plastische vervorming van het metaal, korrelverschuiving optreedt en dislocaties verstrikt raken, waardoor de korrel uitgerekt, gebroken en gefibroseerd wordt, wat resulteert in restspanning in het metaal.
De mate van werkharding wordt gewoonlijk uitgedrukt als de verhouding van de microhardheid van de oppervlaktelaag na bewerking tot die voor bewerking en de diepte van de geharde laag.
Vanuit het perspectief van de dislocatie-theorie:
(1) De kruising van dislocaties belemmert hun beweging door de vorming van afgesneden dislocaties;
(2) De reactie tussen dislocaties creëert vaste dislocaties die hun beweging verder belemmeren;
(3) Dislocatieproliferatie leidt tot een toename in dislocatiedichtheid, waardoor de weerstand tegen dislocatiebeweging verder toeneemt.
Werkharding maakt verdere verwerking van metalen onderdelen uitdagend.
Tijdens het koudwalsen wordt de staalplaat zal steeds harder worden tot het punt waarop het niet meer gerold kan worden. Daarom is het noodzakelijk om tussenliggende gloeien in het verwerkingsproces om de werkharding door verhitting te elimineren.
Tijdens het snijproces wordt het oppervlak van het werkstuk bijvoorbeeld bros en hard, waardoor het gereedschap sneller slijt, de snijkracht toeneemt enzovoort.
Door harding kunnen de sterkte, hardheid en slijtvastheid van metalen worden verbeterd, met name voor die zuivere metalen en sommige legeringen die niet sterker kunnen worden door warmtebehandeling.
Voorbeelden hiervan zijn koudgetrokken staaldraad met hoge sterkte en koud opgerolde veren, die koudvervorming gebruiken om hun sterkte en elasticiteitsgrens te verhogen.
De rupsbanden van tanks en tractoren, de kaakplaat van brekers en de wissels van treinsporen worden bijvoorbeeld ook gehard om hun hardheid en slijtvastheid te verbeteren.
De oppervlaktesterkte van metalen materialen, onderdelen en componenten kan aanzienlijk worden verbeterd door koud trekken, walsen en schieten. peening (zoals beschreven in oppervlakteversterking).
Wanneer onderdelen worden belast, kan de lokale spanning op sommige plaatsen vaak de vloeigrens van het materiaal overschrijden, wat leidt tot plastische vervorming. Verstevigen beperkt echter de verdere ontwikkeling van plastische vervorming en verbetert zo de veiligheid van onderdelen en componenten.
Wanneer een metalen onderdeel wordt gestanst, gaat plastische vervorming gepaard met versterking, wat resulteert in de overdracht van vervorming naar het omringende onbewerkte, uitgeharde onderdeel.
Door herhaalde afwisselende acties kunnen koudgestempelde onderdelen met uniforme vervorming van de dwarsdoorsnede worden verkregen en kunnen de snijprestaties van laag koolstofstaal worden verbeterd, waardoor het gemakkelijker wordt om spanen te scheiden.
Maar werkharding maakt ook de verdere verwerking van metalen onderdelen uitdagend. Koudgetrokken staaldraad wordt bijvoorbeeld moeilijk verder te trekken door werkharding, waardoor een aanzienlijke hoeveelheid energie nodig is en het staal zelfs kan breken. Daarom moet het worden gegloeid om de werkharding te elimineren voordat het verder wordt getrokken.
Op dezelfde manier zorgt het bros en hard maken van het oppervlak van het werkstuk door middel van werkharden tijdens het snijproces voor meer snijkracht en snellere slijtage van het gereedschap tijdens het hersnijden.
De methode om de mechanische eigenschappen van metalen materialen door korrelverfijning staat bekend als versterking van de fijne korrel.
In de industrie wordt het raffineren van korrels gebruikt om de sterkte van materialen.
Metalen bestaan meestal uit vele korrels en worden polykristallen genoemd. De grootte van de korrels kan worden uitgedrukt in het aantal korrels per volume-eenheid, waarbij een groter aantal duidt op fijnere korrels.
Experimenten tonen aan dat fijnkorrelige metalen een hogere sterkte, hardheid, plasticiteit en taaiheid hebben dan grofkorrelige metalen bij kamertemperatuur. Dit komt omdat de plastische vervorming veroorzaakt door externe krachten in fijne korrels over meer korrels kan worden verspreid, wat leidt tot meer uniforme plastische vervorming en minder spanningsconcentratie.
Bovendien, hoe fijner de korrel, hoe groter het gebied van de korrelgrens en hoe kronkeliger de korrelgrens wordt, waardoor het moeilijker wordt voor scheuren om zich voort te planten.
Daarom wordt de methode om de sterkte van materialen te verhogen door korrelverfijning in de industrie aangeduid als fijnkorrelversterking.
Hoe fijner de korrel, hoe minder dislocaties (n) aanwezig zijn in de dislocatiecluster, wat resulteert in een lagere spanningsconcentratie en een hogere materiaalsterkte.
De wet van fijne korrelversterking stelt dat hoe meer korrelgrenzen aanwezig zijn, hoe fijner de korrels zijn.
Volgens de Hall-Petch relatie is de vloeigrens van een materiaal hoger naarmate de gemiddelde korrelgrootte (d) kleiner is.
Methoden voor het verfijnen van de korrels van koudvervormde metalen zijn onder andere:
De korrelgrootte kan worden geregeld door de mate van vervorming en de gloeitemperatuur aan te passen.
In vergelijking met eenfasige legeringen bevatten meerfasige legeringen een tweede fase naast de matrixfase.
Als de tweede fase gelijkmatig als fijne deeltjes binnen de matrixfase is gedispergeerd, resulteert dit in een aanzienlijk versterkend effect, dat versterking van de tweede fase wordt genoemd.
De tweede fase in de legering heeft de volgende twee effecten op de beweging van dislocaties:
(1) Versterkend effect van niet-vervormbare deeltjes (bypassmechanisme).
(2) Versterkend effect van vervormbare deeltjes (snijmechanisme).
Zowel dispersieversterking als precipitatieversterking zijn speciale gevallen van tweede-faseversterking.
De versterking van de tweede fase is voornamelijk te wijten aan de interactie tussen de tweede fase en dislocaties, die de dislocatiebeweging belemmert en de weerstand van de legering tegen vervorming verbetert.
De sterkte van metalen wordt voornamelijk beïnvloed door de samenstelling, microstructuur en oppervlaktegesteldheid.
De tweede factor is de spanningstoestand, zoals de snelheid van de toegepaste kracht en de wijze van belasting, die kan resulteren in verschillende sterktes. Zo kan de treksterkte van ultrahoogsterkte staal afnemen als het wordt getest in een waterstofatmosfeer.
De geometrische vorm en grootte van het monster en het testmedium hebben ook een grote invloed en kunnen soms doorslaggevend zijn.
Er zijn maar twee manieren om metalen te versterken:
In technische materialen wordt de sterkte over het algemeen verbeterd door een uitgebreid versterkend effect om betere algemene eigenschappen te verkrijgen.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 