1.Як визначається розмір зерна? Який типовий розмір зерна холоднокатаних сталевих-листів?
Розмір зерен означає розмір окремих крихітних кристалів (зерен) у полікристалічній структурі металу. Зазвичай він виражається як середній розмір зерна, і його можна спостерігати за допомогою металографічного мікроскопа та оцінювати відповідно до таких стандартів, як ASTM E112.
Для холоднокатаних рулонів (особливо відпалених продуктів) діапазон розміру зерна є приблизно таким:
Звичайний розмір зерна: більшість комерційно доступних холоднокатаних листів мають розмір зерна між класами 7 і 10 за ASTM. У перерахунку на середній діаметр це становить приблизно від 30 мікрометрів (0,030 мм) до 10 мікрометрів (0,010 мм).
Над-дрібна зернистість: деякі високо{1}}сталі завдяки мікролегуванню, контрольованій прокатці та охолодженню можуть мати зернистість до рівня 12 за ASTM або вище (< 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 мікрометрів), ситуації, якої зазвичай уникають у промисловому виробництві.
2. Який вплив має розмір зерна на якість поверхні під час штампування?
Механізм утворення: коли розмір зерна великий, анізотропія кожного зерна (різна здатність до деформації в різних напрямках) стає більш помітною. Під час штампування макроскопічна рівномірна деформація насправді є результатом скоординованої деформації незліченної кількості зерен. Якщо зерна занадто грубі, кількість зерен, які беруть участь у деформації, є відносно невеликою, і поведінка деформації кожного зерна відображатиметься на макроскопічній поверхні.
Результат: під напругою зерна з різною орієнтацією демонструють різний ступінь ковзання, що призводить до мікроскопічних нерівностей на поверхні частини, відомого як ефект апельсинової кірки. Це не тільки впливає на естетичний зовнішній вигляд, але й залишається видимим після фарбування, а в важких випадках може стати точками концентрації напруги, викликаючи розтріскування.
Загальні вимоги. Для зовнішніх кузовних панелей автомобілів (таких як двері та капоти) з надзвичайно високими вимогами до якості поверхні розмір зерна, як правило, повинен бути відносно малим, зазвичай контролюється до класу 7-8 ASTM або дрібнішого.
3. Який вплив має надмірно дрібне або грубе зерно на міцність і пластичність (подовження) матеріалу?
Надмірно дрібне зерно (наприклад, клас ASTM 12 і вище):
Міцність (↑): численні межі зерен серйозно перешкоджають руху дислокацій, що призводить до значного підвищення межі текучості та міцності на розтяг.
Пластичність (↓): хоча дрібне зерно може підвищити як міцність, так і в’язкість, надмірно дрібне зерно призводить до надто швидкого зміцнення. Під час формування матеріал демонструє високу стійкість до деформації, легко спричиняючи знос форми та сильний відкат, що ускладнює формування. Для деталей, які потребують складного формування, надто дрібне зерно насправді шкідливе.
Середній розмір зерна (наприклад, класи ASTM 7-9):
Ідеальний баланс: достатня міцність для запобігання деформації під час використання, а також хороша пластичність (подовження) і низький коефіцієнт текучості, що полегшує штампування.
Надмірно грубе зерно (наприклад, клас ASTM 5 і нижче):
Міцність (↓): Менша кількість меж зерен зменшує опір дислокаційному руху, що призводить до м’якшого матеріалу (менша межа текучості).
Пластичність (↓): Хоча відносне подовження може бути не малим на кривій розтягу, здатність до локальної деформації є поганою. Коли грубо{1}}матеріали піддаються навантаженню, деформація, як правило, зосереджується на кількох м’яких-орієнтованих зернах, що призводить до раннього утворення шийок і розтріскування, тобто до зменшення рівномірного подовження.
4. Для глибокого витягування (наприклад, виготовлення банок для напоїв і автомобільних масляних піддонів) чи існують якісь спеціальні вимоги до розміру зерна?
Абсолютні вимоги до розмірів: сталі для глибокого-витягування (такі як IF-сталь, проміжна сталь) зазвичай вимагають відповідного крупного зерна (але ніколи не настільки грубого, щоб створити ефект апельсинової кірки). Наприклад, розмір зерна--холоднокатаного-листового прокату з над-глибоким{3}}витягуванням-часто контролюється приблизно до рівня 6-7 ASTM. Це пов’язано з тим, що більш грубі зерна забезпечують кращу пластичність, нижчу межу текучості та сприятливіші для потоку матеріалу в матриці.
Вирішальна роль однорідності: глибоке витягування найбільш вразливе до змішаних зерен (тобто суміші великих і дрібних зерен).
Якщо матеріал містить як грубі зерна ASTM класу 5, так і ASTM класу 9 дрібні зерна, деформація буде надзвичайно нерівномірною. Дрібно{3}}ділянки мають високу міцність і їх важко деформувати, тоді як грубо-ділянки мають низьку міцність і їх легко деформувати.
В умовах інтенсивного напруження під час глибокого витягування ця неоднорідність швидко призведе до надмірного локального стоншення, що зрештою спричинить розтріскування на крупно-межах або в крупно{1}}ділянках. Тому металографічний контроль холоднокатаних-листів глибокої{3}}витяжки має суворі вимоги щодо зміни розміру зерна.
5. Як ми можемо отримати ідеальний розмір зерна за допомогою контролю процесу на фактичному виробництві?
Зменшення холодної прокатки: чим більша деформація холодної прокатки, тим сильніше поломка зерна, тим вище накопичена енергія та тим сильніша рушійна сила для рекристалізації. Це зазвичай призводить до більш дрібних зерен після перекристалізації. Якщо скорочення занадто мале, рушійна сила недостатня, що може легко призвести до утворення грубого зерна.
Температура і час відпалу (найбільш критичні):
Низька температура, короткий час: рекристалізація щойно завершена, і зерна дуже дрібні.
Висока температура, тривалий час: відбувається ріст зерна (механізм поглинання зерна). Щоб отримати зерна певного розміру, необхідний точний контроль температури нагріву та часу витримки в безперервній лінії відпалу або печі-дзвонового типу.
Легуючі елементи та частки другої-фази:
Додавання мікролегуючих елементів (таких як Nb, Ti) утворює дрібні частинки карбонітриду, які діють як «цвяхи», закріплюючись на кордонах зерен, ефективно запобігаючи росту зерен. Навіть при більш високих температурах відпалу можна отримати дрібне зерно. Це основа для виробництва дрібно{2}}зернистої-сталі високої міцності.
Для сталі для глибокого витягування ці виділення потрібно контролювати, щоб уникнути надмірного перешкоджання росту зерна, щоб отримати відповідне грубе зерно з хорошою здатністю до формування.
Вирівнювання (загартування та відпустка): остаточний процес-вирівнювання-хоча в основному спрямований на покращення форми та усунення плато текучості, також вносить невелику кількість дислокацій у зерна, точно-налаштовуючи кінцеву продуктивність, але загалом суттєво не змінюючи розмір зерна.