1.Hvordan defineres kornstørrelse? Hvad er den typiske kornstørrelse for koldvalsede-stålplader?
Kornstørrelse refererer til størrelsen af de enkelte små krystaller (korn) i en polykrystallinsk struktur af et metal. Det udtrykkes normalt som gennemsnitlig kornstørrelse og kan observeres ved hjælp af et metallografisk mikroskop og vurderes i henhold til standarder som ASTM E112.
For koldt-valsede bredbånd (især udglødede produkter) er kornstørrelsesområdet nogenlunde som følger:
Almindelig kornstørrelse: De fleste kommercielt tilgængelige koldvalsede-plader har en kornstørrelse mellem ASTM-kvalitet 7 og 10. Omregnet til gennemsnitlig diameter er dette cirka 30 mikrometer (0,030 mm) til 10 mikrometer (0,010 mm).
Ultra-finkornet: Nogle høj-stål kan gennem mikrolegering og kontrolleret valsning og afkøling have korn raffineret til ASTM-grad 12 eller højere (< 5 micrometers).
Coarse Grain: If the annealing temperature is too high or the annealing time is too long, the grains can grow to below ASTM grade 5 (>60 mikrometer), en situation, der generelt undgås i industriel produktion.
2. Hvilken effekt har kornstørrelse på overfladekvaliteten under stempling?
Dannelsesmekanisme: Når kornstørrelsen er stor, bliver anisotropien af hvert korn (forskellige deformationsevner i forskellige retninger) mere fremtrædende. Under stempling er den makroskopiske ensartede deformation faktisk resultatet af den koordinerede deformation af utallige korn. Hvis kornene er for grove, er antallet af korn, der deltager i deformation, relativt lille, og deformationsadfærden af hvert korn vil afspejle sig på den makroskopiske overflade.
Resultat: Under stress udviser korn med forskellige orienteringer varierende grader af glidning, hvilket fører til mikroskopiske ujævnheder på deloverfladen, kendt som appelsinskal-effekten. Dette påvirker ikke kun det æstetiske udseende, men forbliver også synligt efter maling og kan i alvorlige tilfælde blive stresskoncentrationspunkter, hvilket inducerer revner.
Generelle krav: For udvendige karrosseripaneler til biler (såsom døre og emhætter) med ekstremt høje overfladekvalitetskrav kræves det generelt, at kornstørrelsen er relativt lille, typisk kontrolleret til ASTM-grad 7-8 eller finere.
3.Hvad er virkningerne af for fine eller grove korn på styrken og plasticiteten (forlængelsen) af et materiale?
For fine korn (f.eks. ASTM klasse 12 og derover):
Styrke (↑): Talrige korngrænser hæmmer dislokationsbevægelsen alvorligt, hvilket resulterer i betydeligt øget flydespænding og trækstyrke.
Plasticitet (↓): Mens fine korn kan forbedre både styrke og sejhed, fører for fine korn til overdrevent hurtig arbejdshærdning. Under støbning udviser materialet høj modstandsdygtighed over for deformation, hvilket let forårsager formslid og kraftigt tilbagespring, hvilket gør det vanskeligt at forme. For dele, der kræver kompleks støbning, er for fine korn faktisk skadelige.
Mellem kornstørrelse (f.eks. ASTM-kvalitet 7-9):
Ideel balance: Tilstrækkelig styrke til at forhindre deformation under brug, sammen med god plasticitet (forlængelse) og et lavt udbytteforhold, hvilket letter stempling.
For grove korn (f.eks. ASTM klasse 5 og derunder):
Styrke (↓): Færre korngrænser reducerer modstanden mod dislokationsbevægelser, hvilket resulterer i et blødere materiale (lavere flydespænding).
Plasticitet (↓): Selvom forlængelsen måske ikke er lav på trækkurven, er evnen til at deformere lokalt dårlig. Når groft-kornede materialer udsættes for belastning, har deformationen tendens til at koncentrere sig om nogle få bløde-orienterede korn, hvilket fører til tidlig indsnævring og revner, dvs. et fald i ensartet forlængelse.
4. Er der særlige krav til kornstørrelse til dybtrækning (såsom fremstilling af drikkedunke og oliebeholdere til biler)?
Absolutte dimensionskrav: Dyb-trækstål (såsom IF-stål, interstitielt stål) kræver typisk passende grovkornede korn (men aldrig så grove, at de giver en appelsinskal-effekt). For eksempel styres kornstørrelsen af ekstra-dyb-koldt-optrækkende koldvalsede plader ofte til omkring ASTM-klasse 6-7. Dette skyldes, at passende grovere korn giver bedre plasticitet, lavere flydespænding og er mere befordrende for materialeflow i formen.
Ensartethedens afgørende rolle: Dybtegning er mest sårbar over for blandede korn (dvs. en blanding af store og små korn).
Hvis materialet indeholder både ASTM grad 5 grove korn og ASTM grad 9 fine korn, vil deformationen være ekstremt ujævn. Fine-kornede områder har høj styrke og er svære at deformere, mens grove-kornede områder har lav styrke og er nemme at deformere.
Under de intense spændingsforhold ved dybtrækning vil denne inhomogenitet hurtigt føre til overdreven lokal udtynding, hvilket i sidste ende forårsager revner ved de grove-kornede grænser eller i de groft-kornede områder. Derfor er der strenge krav til metallografisk inspektion af dyb-trækkende koldvalsede- plader med hensyn til variation i kornstørrelse.
5.I den faktiske produktion, hvordan kan vi opnå den ideelle kornstørrelse gennem proceskontrol?
Koldvalsningsreduktion: Jo større koldvalsningsdeformation, jo alvorligere kornbrud, jo højere er lagret energi, og jo større drivkraft for omkrystallisation. Dette resulterer normalt i finere korn efter omkrystallisation. Hvis reduktionen er for lille, er drivkraften utilstrækkelig, hvilket let kan føre til dannelse af grove korn.
Udglødningstemperatur og -tid (mest kritisk):
Lav temperatur, kort tid: Omkrystallisationen er netop afsluttet, og kornene er meget fine.
Høj temperatur, lang tid: Kornvækst forekommer (kornopslukningsmekanisme). For at opnå korn af en specifik størrelse kræves præcis styring af opvarmningstemperatur og holdetid i en kontinuerlig udglødningslinje eller klokke-ovn.
Legeringselementer og anden-fasepartikler:
Tilføjelse af mikrolegeringselementer (såsom Nb, Ti) danner fine carbonitridpartikler, der fungerer som "søm", der forankres ved korngrænser, hvilket effektivt forhindrer kornvækst. Selv med højere udglødningstemperaturer kan fine korn opnås. Dette er grundlaget for fremstilling af fint-kornet høj-stål.
Til dyb{0}}trækningsstål skal disse bundfald kontrolleres for at undgå overdreven hindring af kornvækst, for at opnå passende grove korn med god formbarhed.
Udjævning (Quenching and Tempering): Den endelige proces-nivellering-, mens den primært har til formål at forbedre formen og eliminere udbytteplateauer, introducerer også et lille antal dislokationer i kornene, som finjusterer-den endelige ydeevne, men ændrer generelt ikke kornstørrelsen væsentligt.