khả năng định hình của thép không gỉ ở cấp độ nguyên tử

Hạt, độ dẻo, biến dạng dẻo và đàn hồi, đứt gãy và gia công nguội là quan trọng đối với quá trình tạo hình để ngăn ngừa gãy, nứt và tối ưu hóa khả năng định hình

Các nhà sản xuất chế tạo kim loại lựa chọn kim loại để thực hiện một chức năng dựa trên các đặc tính vật lý của kim loại. Ống xả bằng thép không gỉ nên chống han gỉ. Bộ trao đổi nhiệt trong máy bay phản lực phải chịu được nhiệt độ cao khi vận hành tích cực.

Rõ ràng, cách một kim loại hoạt động hoặc có thể hoạt động là rất quan trọng đối với chức năng. Trong những ví dụ này, các hợp kim cụ thể sẽ được lựa chọn vì sự khác biệt trong ứng dụng của chúng. Các nhà chế tạo kim loại phải hiểu được hành vi của thép không gỉ để có thể thành công trong việc sản xuất các sản phẩm chế tạo bằng thép không gỉ cho ngành công nghiệp.

Độ dẻo xác định biến dạng

Một trong những đặc tính kim loại quan trọng nhất mà các nhà chế tạo phải xem xét là độ dẻo. Độ dẻo là khả năng biến dạng dẻo của vật liệu và làm như vậy mà không bị vỡ.

Quá trình lịch sử của nghề rèn liên quan đến việc rèn kim loại thành các dạng. Các hình dạng như lưỡi dao tương đối đơn giản để sản xuất vì việc chế tạo chúng không đòi hỏi phải uốn cong hoặc tạo hình phức tạp. Tuy nhiên, lưỡi búa và hình dạng chỉ là một lần. Mỗi tác phẩm là một tác phẩm nghệ thuật độc đáo, theo một nghĩa nào đó. Ngày nay các thợ rèn kim loại phải sản xuất các bộ phận bằng thép không gỉ theo các thông số kỹ thuật nhiều lần. Không giống như nghề rèn, có ít “khoảng trống” hơn để thực hiện các chỉnh sửa nhanh chóng.

Sự biến dạng cho phép kim loại được hình thành thành các hình dạng cụ thể. Hiểu được đặc tính dẻo của chúng là rất quan trọng để thành công. Các nhà sản xuất phải chọn hợp kim dựa trên các tính chất cơ học của nó một cách thích hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo hình cần thiết để dạng cuối cùng đáp ứng các đặc tính vật lý cần thiết.

Các nhà chế tạo kim loại có thể hiểu rõ hơn về độ dẻo của hợp kim bằng cách quan sát các đặc điểm như độ giãn dài của vật liệu (như thể hiện trên chứng chỉ vật liệu), các ứng dụng phổ biến và tốc độ gia công cứng. Nhưng độ dẻo xảy ra ở cấp độ nguyên tử. Điều quan trọng là phải nhìn vào cấp độ nguyên tử để hiểu đầy đủ về độ dẻo là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với các quá trình.

Hành vi nguyên tử mô tả hành vi của kim loại

Kim loại hoạt động khác với các vật liệu khác. Khả năng biến dạng dẻo, duy trì hình dạng và duy trì độ bền khi biến dạng của chúng là duy nhất. Những đặc điểm độc đáo này bắt nguồn từ các loại nguyên tử trong kim loại và các liên kết của chúng. Liên kết nguyên tử về cơ bản xác định cách các điện tử được chuyển giao hoặc chia sẻ giữa các nguyên tử trong vật liệu. Liên kết giữ các nguyên tử lại với nhau thành vật liệu kết dính.

Các nguyên tử kim loại ở lại với nhau bằng liên kết kim loại khi các electron được chia sẻ tự do giữa các nguyên tử. Các nguyên tử sắp xếp theo dạng 3D, các hàng có thứ tự được gọi là mạng tinh thể.

Các liên kết kim loại cho phép chuyển động của các nguyên tử qua mạng tinh thể. Chính chuyển động nguyên tử này quy định khả năng biến dạng dẻo.

Biến dạng có thể xảy ra dưới ứng suất nén hoặc kéo. Các loại ứng suất này xác định tất cả các quá trình sản xuất.

 

Các nguyên tử kim loại có thể di chuyển qua khối hạt dễ dàng hơn so với ranh giới hạt bị lệch. Hãy tưởng tượng bạn đang lái xe xuống đường cao tốc nơi tất cả các đường dốc đột ngột cao hơn đường cao tốc 10 ft. Để vào đường tắt, người lái xe sẽ phải nâng chiếc xe lên cao 10 ft.

Chuyển động của nguyên tử kim loại khi nén được gọi là tính dễ uốn, và ở độ căng, tính dẻo. Cả hai thuật ngữ đều được định nghĩa theo độ dẻo, thể hiện khả năng biến dạng mà không bị nứt của vật liệu.

Coining là một quá trình sản xuất nén dựa trên tính dễ uốn. Vẽ sâu là một quá trình kéo dựa vào độ dẻo.

Trong cả hai quá trình, các nguyên tử được di chuyển bằng các phương pháp khác nhau, nhưng cả hai đều yêu cầu chuyển động của nguyên tử để hoạt động. Cân nhắc việc cố gắng kiếm một chiếc đĩa sứ ăn sáng bằng đồng xu. Sứ là một loại gốm có chứa các liên kết cộng hóa trị trái ngược với các liên kết kim loại. Không giống như liên kết kim loại, liên kết cộng hóa trị không chia sẻ tự do các electron, và điều đó ngăn cản chuyển động của nguyên tử. Dưới áp lực, tấm này sẽ vỡ ra vì sự thiếu chuyển động của nguyên tử này; nó không thể biến dạng dẻo. Vì lý do này, kim loại là vật liệu tốt nhất cho các hoạt động đúc.

Yếu tố trong ngũ cốc và trật khớp

Các nguyên tử kim loại đông đặc lại thành trật tự tinh thể trong quá trình ủ, giống như các tinh thể băng phát triển trên bề mặt lạnh. Nguyên tử tạo hạt nhân tại các điểm và phát triển ra bên ngoài khi nhiều nguyên tử tập hợp theo thứ tự hơn. Các phần đang phát triển cuối cùng gặp phải một điểm tạo mầm đang phát triển gần đó. Những giao diện của các nguyên tử tập hợp không thẳng hàng với nhau được gọi là ranh giới hạt.

Các nhóm liên kết của các nguyên tử liên kết khác nhau được gọi là hạt. Các nguyên tử kim loại có thể di chuyển qua khối hạt dễ dàng hơn so với ranh giới hạt bị lệch. Hãy tưởng tượng bạn đang lái xe xuống đường cao tốc nơi tất cả các đường dốc đột ngột cao hơn đường cao tốc 10 ft. Để vào đường tắt, người lái xe sẽ phải nâng chiếc xe lên cao 10 ft. Cả đường cao tốc và đường tắt đều có thể dễ dàng lái xe, nhưng việc đi từ đường cao tốc đến đường địa hình bị lệch sẽ khó khăn hơn, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn và các điều kiện khác nhau.

Bản thân các loại hạt trong mạng tinh thể chứa các khuyết tật liên kết được gọi là sự lệch hướng. Sự chuyển vị có thể xảy ra trong quá trình kết tinh lại nhưng phát triển chủ yếu qua quá trình gia công nguội. Một số loại trật khớp nhất định sẽ di chuyển nếu tác dụng đủ căng thẳng. Do đó, chuyển động của trật khớp là chuyển động của sự lệch lạc. Các nguyên tử sẽ trượt từ mặt này sang mặt kia, dẫn đến chuyển động lệch hướng rõ ràng.

Bản thân các trật khớp cũng có thể va chạm từ chuyển động này. Giống như tắc đường, sự tích tụ của các trật khớp có thể ngăn cản sự di chuyển của trật khớp thêm nữa.

Độ dẻo là số đo khả năng biến dạng dẻo do chuyển động của nguyên tử. Hạn chế đối với chuyển động hạn chế độ dẻo; do đó, sự chồng chất lệch vị trí dẫn đến độ dẻo kém hơn. Ngoài ra, sự chồng chất đòi hỏi một lực lớn hơn để di chuyển các nguyên tử. Hiệu ứng này được gọi là làm cứng công việc.

Một ứng suất tác dụng làm cho các nguyên tử kim loại di chuyển vĩnh viễn trong mạng tinh thể là cường độ chảy. Việc chất đống dẫn đến cường độ chảy cao hơn vì cần nhiều lực hơn để di chuyển các nguyên tử. Đó là lý do tại sao kim loại tôi luyện có độ bền kéo, độ bền chảy và độ cứng cao hơn.

Độ giãn dài giảm khi gia công nguội. Đây là điều quan trọng cần biết, bởi vì độ giãn dài là thước đo độ dẻo của vật liệu. Cụ thể hơn, nó là thước đo tổng biến dạng dẻo mà một vật liệu có thể chấp nhận trước khi bị vỡ. Có nghĩa là độ dẻo giảm đi thông qua quá trình làm cứng, xem xét một phần của tổng biến dạng dẻo tiềm năng được sử dụng trong các hoạt động tạo hình.

 

Kim loại hoạt động khác với các vật liệu khác. Khả năng biến dạng dẻo, duy trì hình dạng và duy trì độ bền khi biến dạng của chúng là duy nhất. Những đặc điểm độc đáo này bắt nguồn từ các loại nguyên tử trong kim loại và các liên kết của chúng.

Các hoạt động tạo hình vượt quá độ bền kéo của vật liệu, thậm chí cục bộ, sẽ có nguy cơ bị nứt và gãy. Đây là lỗi nghiêm trọng về vật liệu. Bằng chứng của sự thất bại này có thể là bất cứ điều gì từ vi mô đến thảm khốc.

Những hỏng hóc về kính hiển vi rất nguy hiểm vì chúng có nguy cơ không được phát hiện. Mặc dù các bộ phận bị hỏng hóc nghiêm trọng là điều hiển nhiên và rõ ràng không được bán, chúng vẫn có thể tạo ra vấn đề vì chúng gây ra hư hỏng dụng cụ. Các vật thể lạ sinh ra từ sự cố hoặc từ các phần thô, hỏng có thể gây ra nhiều thiệt hại.

Độ giãn dài giảm khi độ bền kéo tăng lên. Do đó, độ bền kéo của vật liệu được coi là áp suất tối thiểu của tất cả các độ dẻo có sẵn. Việc xem xét này là trong các điều kiện cụ thể. Xung của lực tác dụng có thể góp phần vào độ dẻo và đứt gãy.

Lựa chọn hợp kim có ảnh hưởng

Các nhà máy nấu chảy thêm các nguyên tố vào kim loại nguyên chất để sản xuất hợp kim. Các nguyên tố hợp kim này làm thay đổi các đặc tính của kim loại như khả năng chống ăn mòn và các đặc tính cơ học. Ví dụ, crom được thêm vào thép để tạo thành lớp bề mặt oxit crom giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn. Niken được thêm vào để ảnh hưởng đến sự hình thành của pha tinh thể austenit làm thay đổi mức độ bền. Các nguyên tử hợp kim chiếm không gian trong mạng tinh thể, làm thay đổi cách các nguyên tử có thể di chuyển dễ dàng. Ngoài ra, chúng có thể thay đổi cách hạt nảy mầm và phát triển, do đó thay đổi thể tích ranh giới hạt. Sự thay đổi chuyển động của nguyên tử từ những thay đổi tinh thể học này ảnh hưởng đến độ dẻo.

Hiểu các nguyên tố hợp kim ảnh hưởng đến sự phát triển của hợp kim mới. Thép không gỉ loại 301 và 305 là những ví dụ điển hình về ý nghĩa thực tế của độ dẻo. Loại 305 không gỉ thể hiện độ giãn dài lớn hơn một chút so với loại 301 không gỉ trong điều kiện ủ. Ngoài ra, 305 nhận được ít tổng độ tăng nhiệt hơn trong cùng một biến dạng như 301. Điều này có nghĩa là nếu 305 và 301 bị biến dạng cùng một lượng, 305 sẽ có cường độ chảy thấp hơn nhưng độ giãn dài cao hơn. Nó sẽ bắt đầu với và kết thúc với độ dẻo hơn dưới cùng một biến dạng.

Độ dẻo sau khi làm cứng là một điều quan trọng cần xem xét. Cụ thể hơn, độ dẻo ảnh hưởng đến cách hoạt động của bộ phận cuối cùng.

Trong một ví dụ trường hợp, nếu 301 và 305 bị uốn cong ở các kích thước tương đương, chúng sẽ có các đặc tính cơ học khác nhau. Đó là bởi vì chúng có các đặc tính dẻo khác nhau và được gia công cứng ở các tỷ lệ khác nhau, vì vậy chúng sẽ cho kết quả khác nhau. Trong một thứ nguyên, giả sử 305 có cường độ năng suất là 150.000 PSI và 301 có cường độ năng suất là 180.000 PSI. Nếu kích thước này nhận được tải trọng tác dụng tương đương 170.000 PSI, tức là đã vượt quá cường độ chảy của 305 nhưng không phải là 301. Điều này có nghĩa là, về mặt lý thuyết, 305 sẽ chịu và do đó biến dạng. Đó là một vấn đề lớn nếu bộ phận không được cho là biến dạng!

Kiểm tra bản vẽ sâu Giới hạn độ dẻo

Vẽ sâu là một quá trình biến dạng cực hạn có thể kiểm tra các giới hạn của độ dẻo. Quá trình yêu cầu độ dẻo đáng kể theo tất cả các hướng. Nguyên liệu thô phải được sản xuất tương ứng.

Vật liệu trải qua quá trình vẽ sâu phải được vẽ và ủi đúng cách để tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động khổng lồ của các nguyên tử. Ngoài ra, nguyên liệu thô đầu tiên phải được cán và ủ để bảo quản cẩn thận độ dẻo của nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình rút sâu.

Lựa chọn hợp kim cũng là điều tối quan trọng. Không có ích gì khi cố gắng thiết kế độ dẻo của hợp kim khi có sẵn một loại hợp kim thay thế tốt hơn. Ngoài ra, các cân nhắc về độ dẻo phải được cân bằng với các đặc tính cần thiết khác, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn hoặc đặc tính từ tính.

Vẽ sâu là một quá trình biến dạng cực hạn có thể kiểm tra các giới hạn của độ dẻo. Vật liệu trải qua quá trình vẽ sâu phải được vẽ và ủi đúng cách để tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động khổng lồ của các nguyên tử. Ngoài ra, nguyên liệu thô đầu tiên phải được cán và ủ để bảo quản cẩn thận độ dẻo của nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình rút sâu.

Các quá trình tạo hình khác yêu cầu các cân nhắc khác nhau về độ dẻo. Ví dụ, các bộ phận được dập, thường yêu cầu uốn cong thành hình dạng cuối cùng. Biến dạng dẻo dẫn đến chuyển động nguyên tử vĩnh viễn. Do đó, phần cuối cùng vẫn giữ cấu hình uốn cong của nó.

Vật dụng kim loại phải được uốn thành hình dạng mà không bị gãy và sau đó nó phải giữ nguyên hình dạng của nó. Điều đó gây ra rất nhiều lo ngại về độ dẻo. Đầu tiên, phải chọn đúng hợp kim thể hiện mức độ dẻo cần thiết.

Thứ hai, các quy trình phải được thiết lập để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đông cứng của vật liệu. Khi sự uốn cong đang xảy ra, các nguyên tử đang tạo ra sự không hoàn hảo (sự lệch vị trí) chồng chất lên khi sự uốn cong diễn ra. Những khuyết tật chồng chất này, như đã thảo luận trước đó, xác định độ cứng đạt được từ phần uốn cong, do đó làm tăng độ cứng và cường độ kéo và năng suất ở khu vực đó. Điều đó làm cho khu vực uốn cong mạnh mẽ hơn.

Việc cân nhắc này là rất quan trọng bởi vì tính nóng của phần uốn cong trực tiếp góp phần vào độ đàn hồi của phần uốn cong đó và do đó, việc kiểm soát kích thước của chi tiết. Mặc dù độ cứng và độ bền kéo và chảy tăng lên, nhưng độ giãn dài lại giảm. Do đó, độ dẻo trong khu vực gia công cứng giảm.

Cân bằng độ dẻo và độ bền là rất quan trọng trong việc hình thành phần cuối cùng.

Công ty Cổ phần Thiết bị và Giải pháp Cơ khí Automech
Trụ sở chính: số 285 đường Phúc Lợi, quận Long Biên, Hà Nội
Chi nhánh Đà Nẵng: lô 11, khu A4 – Nguyễn Sinh Sắc, quận Liên Chiểu, Đà Nẵng
Chi nhánh TP HCM: số 84, đường 10, khu đô thị Vạn Phúc, Hiệp Bình Phước, Thủ Đức
Hotline: 0987 899 347
Website: automech.vn
Fanpage: Automech Life