1. Kako se definiše veličina zrna? Koja je tipična veličina zrna hladno{1}}valjanih čeličnih limova?
Veličina zrna se odnosi na veličinu pojedinačnih sićušnih kristala (zrna) unutar polikristalne strukture metala. Obično se izražava kao prosječna veličina zrna i može se promatrati pomoću metalografskog mikroskopa i ocijeniti prema standardima kao što je ASTM E112.
Za hladno{0}}valjane kolute (posebno žarene proizvode), raspon veličine zrna je otprilike sljedeći:
Uobičajena veličina zrna: Većina komercijalno dostupnih hladno{0}}valjanih listova ima veličinu zrna između ASTM razreda 7 i 10. Preračunato u prosječni promjer, to je otprilike 30 mikrometara (0,030 mm) do 10 mikrometara (0,010 mm).
Ultra-fino zrno: neki čelici visoke{1}}čelike, mikrolegiranjem i kontroliranim valjanjem i hlađenjem, mogu imati zrna rafinirana do ASTM razreda 12 ili više (< 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 mikrometara), situacija koja se općenito izbjegava u industrijskoj proizvodnji.
2. Kakav uticaj veličina zrna ima na kvalitet površine tokom štancanja?
Mehanizam formiranja: Kada je veličina zrna velika, anizotropija svakog zrna (različite mogućnosti deformacije u različitim smjerovima) postaje izraženija. Tokom štancanja, makroskopska uniformna deformacija je zapravo rezultat koordinisane deformacije bezbrojnih zrna. Ako su zrna previše gruba, broj zrna koja sudjeluju u deformaciji je relativno mali, a deformacijsko ponašanje svakog zrna odrazit će se na makroskopsku površinu.
Rezultat: Pod stresom, zrna sa različitim orijentacijama pokazuju različite stepene klizanja, što dovodi do mikroskopskih neravnina na površini dela, poznatih kao efekat narandžine kore. To ne utječe samo na estetski izgled, već ostaje vidljivo i nakon farbanja, au teškim slučajevima može postati tačke koncentracije naprezanja, izazivajući pucanje.
Opći zahtjevi: Za vanjske panele karoserije automobila (kao što su vrata i haube) sa izuzetno visokim zahtjevima za kvalitetom površine, veličina zrna općenito je potrebna da bude relativno mala, tipično kontrolirana na ASTM razred 7-8 ili finiji.
3. Koji su efekti pretjerano finih ili krupnih zrna na čvrstoću i plastičnost (izduženje) materijala?
Previše fina zrna (npr. ASTM razred 12 i više):
Čvrstoća (↑): Brojne granice zrna ozbiljno ometaju kretanje dislokacije, što rezultira značajno povećanom čvrstoćom tečenja i zateznom čvrstoćom.
Plastičnost (↓): Dok sitna zrna mogu poboljšati i čvrstoću i žilavost, pretjerano fina zrna dovode do pretjerano brzog stvrdnjavanja. Tokom oblikovanja, materijal pokazuje visoku otpornost na deformacije, lako uzrokuje habanje kalupa i jak povratni udar, što otežava oblikovanje. Za dijelove koji zahtijevaju složeno oblikovanje, pretjerano fina zrna su zapravo štetna.
Srednja veličina zrna (npr. ASTM razredi 7-9):
Idealna ravnoteža: Dovoljna čvrstoća za sprečavanje deformacija tokom upotrebe, zajedno sa dobrom plastičnošću (izduženjem) i niskim omjerom prinosa, olakšavajući štancanje.
Previše gruba zrna (npr. ASTM 5 i niže):
Čvrstoća (↓): Manje granica zrna smanjuje otpornost na pomicanje dislokacije, što rezultira mekšim materijalom (manja granica popuštanja).
Plastičnost (↓): Iako izduženje možda nije malo na vlačnoj krivulji, sposobnost lokalnog deformiranja je slaba. Kada su grubo{1}}zrnati materijali podvrgnuti naprezanju, deformacija teži da se koncentriše na nekoliko mekih-orijentisanih zrna, što dovodi do ranog grlića i pucanja, tj. smanjenja ujednačenog izduženja.
4. Za duboko izvlačenje (kao što je proizvodnja limenki za piće i posuda za ulje za automobile), postoje li posebni zahtjevi za veličinu zrna?
Apsolutni dimenzionalni zahtjevi: čelici za duboko-tezanje (kao što su IF čelik, intersticijski čelik) obično zahtijevaju odgovarajuće grubo zrno (ali nikad tako grubo da proizvede efekat narandžaste kore). Na primjer, veličina zrna ekstra-duboko-hladno valjanih limova za duboko izvlačenje- često se kontroliše na približno ASTM stepen 6-7. To je zato što primjereno krupnija zrna nude bolju plastičnost, nižu snagu popuštanja i pogodnija su za protok materijala u kalupu.
Ključna uloga uniformnosti: Duboko izvlačenje je najosjetljivije na miješana zrna (tj. mješavina krupnih i malih zrna).
Ako materijal sadrži i gruba zrna ASTM 5 razreda i ASTM 9 fina zrna, deformacija će biti izuzetno neujednačena. Sinozrnaste regije-imaju visoku čvrstoću i teško se deformiraju, dok krupnozrnate regije imaju nisku čvrstoću i lako se deformiraju.
U uslovima intenzivnog naprezanja dubokog izvlačenja, ova nehomogenost će brzo dovesti do prekomjernog lokalnog stanjivanja, što će na kraju uzrokovati pucanje na granicama krupnozrnatih-ili u krupnozrnim-djelovima. Stoga, metalografska kontrola duboko-hladno valjanih-limova za duboko izvlačenje ima stroge zahtjeve u pogledu varijacije veličine zrna.
5. U stvarnoj proizvodnji, kako možemo dobiti idealnu veličinu zrna kroz kontrolu procesa?
Smanjenje hladnog valjanja: Što je veća deformacija hladnog valjanja, to je teže lomljenje zrna, veća je uskladištena energija i veća je pokretačka sila za rekristalizaciju. To obično rezultira finijim zrnima nakon rekristalizacije. Ako je smanjenje premalo, pogonska sila je nedovoljna, što lako može dovesti do stvaranja krupnih zrna.
Temperatura i vrijeme žarenja (najkritičnije):
Niska temperatura, kratko vreme: Rekristalizacija je upravo završena, a zrna su veoma fina.
Visoka temperatura, dugo vremena: dolazi do rasta zrna (mehanizam gutanja zrna). Da bi se dobila zrna određene veličine, potrebna je precizna kontrola temperature zagrijavanja i vremena zadržavanja u kontinuiranoj liniji za žarenje ili u peći tipa zvona{1}}.
Legirajući elementi i čestice druge{0}}faze:
Dodavanjem mikrolegirajućih elemenata (kao što su Nb, Ti) formiraju se fine čestice karbonitrida koje se ponašaju kao "čavli" koji se učvršćuju na granicama zrna, efikasno sprečavajući rast zrna. Čak i sa višim temperaturama žarenja mogu se dobiti fina zrna. Ovo je osnova za proizvodnju finog-zrnastog čelika visoke{3}}kosti.
Za čelik za duboko vučenje{0}}, ove taloge treba kontrolisati kako bi se izbjeglo pretjerano ometanje rasta zrna, kako bi se dobila odgovarajuća krupna zrna sa dobrom formativnošću.
Niveliranje (gašenje i kaljenje): Završni proces-niveliranja-koji prvenstveno ima za cilj poboljšanje oblika i eliminaciju platoa prinosa, također uvodi mali broj dislokacija unutar zrna, fino-podešavajući konačni učinak, ali generalno ne mijenjajući značajno veličinu zrna.