1. اندازه دانه چگونه تعریف می شود؟ اندازه دانه معمولی ورقهای فولادی سرد{{1} نورد شده چقدر است؟
اندازه دانه به اندازه کریستال های کوچک (دانه ها) در ساختار پلی کریستالی یک فلز اشاره دارد. معمولاً با اندازه دانه متوسط بیان می شود و می توان آن را با استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی مشاهده کرد و بر اساس استانداردهایی مانند ASTM E112 رتبه بندی کرد.
برای سیمپیچهای نورد سرد (مخصوصاً محصولات آنیل شده)، محدوده اندازه دانه تقریباً به شرح زیر است:
اندازه دانه معمولی: اکثر ورقهای نورد سرد{{0}در دسترس تجاری دارای اندازه دانهای بین درجههای 7 و 10 ASTM هستند. با تبدیل به قطر متوسط، این اندازه تقریباً 30 میکرومتر (0.030 میلیمتر) تا 10 میکرومتر (0.010 میلیمتر) است.
دانههای فوقالعاده{{0}: برخی از فولادهای{1} با استحکام بالا، از طریق میکروآلیاژ کردن و نورد و خنککننده کنترلشده، میتوانند دارای دانههای تصفیهشده تا درجه ASTM 12 یا بالاتر (< 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 میکرومتر)، وضعیتی که به طور کلی در تولید صنعتی از آن اجتناب می شود.
2. اندازه دانه چه تأثیری بر کیفیت سطح در هنگام مهر زنی دارد؟
مکانیسم تشکیل: زمانی که اندازه دانه بزرگ باشد، ناهمسانگردی هر دانه (قابلیت تغییر شکل های مختلف در جهات مختلف) برجسته تر می شود. در حین مهر زنی، تغییر شکل یکنواخت ماکروسکوپی در واقع نتیجه تغییر شکل هماهنگ دانه های بی شماری است. اگر دانه ها خیلی درشت باشند، تعداد دانه های شرکت کننده در تغییر شکل نسبتاً کم است و رفتار تغییر شکل هر دانه روی سطح ماکروسکوپی منعکس می شود.
نتیجه: تحت تنش، دانههایی با جهتگیریهای مختلف درجات مختلفی از لغزش را نشان میدهند که منجر به ناهمواری میکروسکوپی در سطح قطعه میشود که به عنوان اثر پوست پرتقال شناخته میشود. این نه تنها ظاهر زیبایی را تحت تأثیر قرار می دهد، بلکه پس از رنگ آمیزی نیز قابل مشاهده است و در موارد شدید، می تواند به نقاط تمرکز استرس تبدیل شود و باعث ایجاد ترک شود.
الزامات عمومی: برای پانل های بدنه بیرونی خودرو (مانند درها و کاپوت ها) با الزامات کیفیت سطح بسیار بالا، اندازه دانه معمولاً باید نسبتاً کوچک باشد، معمولاً به درجه ASTM 7-8 یا ظریف تر کنترل می شود.
3. اثرات دانه های بسیار ریز یا درشت بر استحکام و انعطاف پذیری (ازدیاد طول) یک ماده چیست؟
دانه های بسیار ریز (مانند ASTM درجه 12 و بالاتر):
استحکام (↑): مرزهای دانه های متعدد به شدت مانع حرکت نابجایی می شود و در نتیجه استحکام تسلیم و استحکام کششی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
انعطاف پذیری (↓): در حالی که دانه های ریز می توانند استحکام و چقرمگی را بهبود بخشند، دانه های بسیار ریز منجر به سخت شدن بسیار سریع کار می شوند. در طول قالبگیری، این ماده مقاومت بالایی در برابر تغییر شکل نشان میدهد و به راحتی باعث سایش قالب و برگشت فنری شدید میشود و شکلدهی آن را دشوار میکند. برای قطعاتی که نیاز به قالب گیری پیچیده دارند، دانه های بسیار ریز در واقع مضر هستند.
اندازه دانه متوسط (به عنوان مثال، ASTM نمرات 7-9):
تعادل ایده آل: استحکام کافی برای جلوگیری از تغییر شکل در حین استفاده، همراه با انعطاف پذیری خوب (ازدیاد طول) و نسبت تسلیم پایین، تسهیل کوبیدن.
دانه های بیش از حد درشت (به عنوان مثال، ASTM درجه 5 و پایین تر):
استحکام (↓): مرزهای دانه کمتر مقاومت در برابر جابجایی را کاهش میدهد و در نتیجه ماده نرمتری ایجاد میکند (استحکام تسلیم کمتر).
پلاستیسیته (↓): اگرچه ازدیاد طول ممکن است در منحنی کششی کم نباشد، توانایی تغییر شکل موضعی ضعیف است. هنگامی که مواد درشت دانه تحت تنش قرار می گیرند، تغییر شکل تمایل دارد بر روی چند دانه نرم متمرکز شود که منجر به گردن شدن و ترک زودرس می شود، یعنی کاهش طول یکنواخت.
4. برای طراحی عمیق (مانند ساخت قوطی های نوشیدنی و تابه های روغن اتومبیل)، آیا شرایط خاصی برای اندازه دانه وجود دارد؟
الزامات ابعادی مطلق: فولادهای کششی عمیق (مانند فولاد IF، فولاد بینابینی) معمولاً به دانه های درشت مناسب نیاز دارند (اما هرگز آنقدر درشت نیستند که اثر پوست پرتقال ایجاد کنند). برای مثال، اندازه دانههای ورقهای نورد شده{2}}عمیق{3}}کشش سرد- اغلب در حدود درجه 6-7 ASTM کنترل میشود. این به این دلیل است که دانههای درشتتر انعطافپذیری بهتر، استحکام تسلیم کمتری دارند و برای جریان مواد در قالب مفیدتر هستند.
نقش اساسی یکنواختی: ترسیم عمیق در برابر دانه های مخلوط (یعنی مخلوطی از دانه های درشت و کوچک) آسیب پذیرتر است.
اگر این ماده حاوی دانه های درشت درجه 5 ASTM و دانه های ریز ASTM درجه 9 باشد، تغییر شکل بسیار ناهموار خواهد بود. نواحی ریزدانهدار استحکام بالایی دارند و به سختی تغییر شکل میدهند، در حالی که نواحی درشت دانهدار استحکام پایینی دارند و به راحتی تغییر شکل میدهند.
تحت شرایط تنش شدید کشش عمیق، این ناهمگونی به سرعت منجر به نازک شدن بیش از حد موضعی می شود و در نهایت باعث ایجاد ترک در مرزهای درشت-درشت دانه یا در نواحی دانه درشت-می شود. بنابراین، بازرسی متالوگرافی ورقهای نورد عمیق-کشش سرد- دارای الزامات سختگیرانهای در رابطه با تغییرات اندازه دانه است.
5. در تولید واقعی، چگونه می توانیم اندازه دانه ایده آل را از طریق کنترل فرآیند بدست آوریم؟
کاهش نورد سرد: هر چه تغییر شکل نورد سرد بیشتر باشد، شکستگی دانه شدیدتر، انرژی ذخیره شده بیشتر و نیروی محرکه برای تبلور مجدد بیشتر می شود. این معمولا پس از تبلور مجدد منجر به دانه های ریزتر می شود. اگر کاهش خیلی کم باشد، نیروی محرکه کافی نیست، که به راحتی می تواند منجر به تشکیل دانه های درشت شود.
دما و زمان بازپخت (بسیار حیاتی):
دمای پایین، زمان کوتاه: تبلور مجدد به تازگی کامل شده است و دانه ها بسیار ریز هستند.
دمای بالا، زمان طولانی: رشد دانه اتفاق می افتد (مکانیسم غرق شدن دانه). برای به دست آوردن دانههایی با اندازه خاص، کنترل دقیق دمای گرمایش و زمان نگهداری در یک خط بازپخت پیوسته یا کوره زنگ{1} مورد نیاز است.
عناصر آلیاژی و ذرات{0}فاز دوم:
افزودن عناصر میکروآلیاژی (مانند Nb، Ti) ذرات کربنیترید ریز را تشکیل میدهد که مانند میخهایی عمل میکنند که در مرزهای دانهها گیر میکنند و به طور موثر از رشد دانه جلوگیری میکنند. حتی با دمای بازپخت بالاتر، می توان دانه های ریز به دست آورد. این پایه و اساس تولید فولاد ریزدانه-با استحکام بالا-است.
برای فولاد کششی عمیق، این رسوبات باید کنترل شوند تا مانع رشد دانهها نشود تا دانههای درشت مناسب با شکلپذیری خوب به دست آید.
تسطیح (کوئنچ و تلطیف): فرآیند نهایی-تراز کردن-در حالی که اساساً با هدف بهبود شکل و حذف فلات های عملکردی انجام می شود، همچنین تعداد کمی نابجایی را در دانه ها ایجاد می کند که عملکرد نهایی را تنظیم می کند، اما معمولاً اندازه دانه را تغییر نمی دهد.