Kylmäpiirtämisen ymmärtäminen

Kylmäveto on metallintyöstöprosessi, joka vähentää teräslangan poikkileikkausta vetämällä sitä jatkuvasti pienempien kappaleiden läpi ympäristön lämpötilassa. Toisin kuin kuumatyö, joka tapahtuu teräksen rekrytointilämpötilan yläpuolella, kylmäveto tapahtuu alle tämän kynnyksen, tyypillisesti välillä 20 °C ja 50 °C. Tämä matalan lämpötilan muodonmuutos ei mahdollista dynaamista uudelleenkiristystä, joten sisäinen viljarakenne tulee pitkäjänteisempi ja tiheämpi, mikä johtaa merkittäviin muutoksiin mekaanisissa ominaisuuksissa. Prosessia käytetään laajalti kaapelien, jousien, kiinnikkeiden ja vahvojen mekanioiden tuottamiseen, koska se tarjoaa tarkan mittasäädön ja paremman lujuuden ilman jatkolämpökäsittelyä.

Kie itsessään on kriittinen komponentti. Yleensä valmistettu sementoitu karbidi tai timantti (pieni johtoja), se on sisääntulokulma, laakerin osa, ja uloskäyntialue. Voitelu käytetään vähentää kitkaa ja lämmön tuotantoa; yhteisiä voiteluaineita ovat kalsiumstearaatti, natriumstearaatti, tai öljy-pohjaiset yhdisteet. Väheneminen poikkileikkaus pinta-ala per sola tyypillisesti vaihtelee 15% 25%, vaikka korkeammat vähennykset ovat mahdollisia erikoistuneiden työkalujen. Jokainen syöttö lisää dislocation tiheys teräs lattice, joka on perusmekanismi työn kovettumisen.

Vaikutus saamaani vahvuuteen

Saada voimaa on stressi, jossa materiaali alkaa muotoutua plasticly, mikä tarkoittaa sitä, että se ei palaa alkuperäiseen muotoonsa, kun kuorma on poistettu. teräslanka, kylmä piirustus nostaa tuottolujuus dramaattisesti. Joskus yli kaksinkertainen alkuperäisen arvon. Tämä kasvu johtuu pääasiassa työstä kovettuminen, joka tunnetaan myös kanta kovettuminen. Koska lanka on vedetty, dislocations (linja vikoja kristalli lattice) moninkertaistaa ja vuorovaikutuksessa, luo esteitä edelleen dislocation liike. Jatkaaa deforming lanka, korkeampi stressi on sovellettava, joka ilmenee korkeamman tuottopisteen.

Suljeutumistiheyden ja lujuussuhteen välinen suhde on hyvin kuvattu Taylorin yhtälössä: τ = αGb.ρ[], jossa τ on leikkauslujuus, α on vakio, G on leikkauskerroin, b on Burgers vektori, ja ρ on sijoiltaanmenotiheys. Kylmäveto voi lisätä ρ noin 1012 m−2 hehkutetussa teräksessä 1016 m−2 voimakkaasti piirretyssä langan. Lisäksi Hall-Petch vaikutus vaikuttaa siten, että raerajat estävät dislocation liikkeen. Piirustus tarkentaa raerakennetta, vähentää keskimääräistä raehalkaisijaa, joka lisää tuottovoimaa entisestään.

Voiman lisäämiseen vaikuttavat tekijät

  • Johdantosuhde per passi:[] Suurempi vähennys lisää sijoiltaanmenotiheyttä ja siten tuottovoimaa, mutta liiallinen väheneminen voi aiheuttaa pintavaurioita tai kulumista.
  • Piirustuspassien lukumäärä:[ Lisää kulkuja mahdollistaa lisävahvistuksen. Useiden valojen läpi kulkee usein tuottaa yhtenäisemmän mikrorakenteen kuin yhden raskaan pelkistyksen.
  • Vedostusnopeus:[ Hitaammat nopeudet mahdollistavat paremman voitelun ja lämpötilan nousun, mikä johtaa johdonmukaisempaan muodonmuutokseen ja vähemmän adiabatiinin pehmenemisvaaraan.
  • Kuolinkulma:[] Suurempi sisääntulokulma lisää hydrostaattista painetta ja kitkalämmitystä, mikä voi vaikuttaa työn karkaisunopeuteen. Puolikuivukulma on 6°.
  • Väikekoostumus:[ Seoselementit kuten hiili, mangaani, kromi ja vanadiini vaikuttavat kykyyn kovettua. Korkeampi hiilipitoisuus yleensä tuottaa enemmän voimaa piirtämisen jälkeen, mutta lisää myös haurautta.
  • Väike ja kitka:[] Riittämätön voitelu johtaa suurempaan pintakitkaisuuteen, joka voi nostaa lämpötilaa ja muuttaa materiaalivirtaa, mikä joskus vähentää tehokasta lujuushyötyä.

Kylmäpiirtämisen edut

Kylmäveto tarjoaa useita erillisiä etuja muihin vahvistaviin menetelmiin, kuten lämpökäsittelyyn tai kuumavalssaukseen:

  • Vähennetty veto- ja tuottolujuus[] ilman, että lisätään seoselementtejä tai lämpöenergiaa. Lanka vahvistuu puhtaasti mekaanisen muodonmuutoksen kautta.
  • Parempi pintakäsittely:[ Kuolleet kiillottavat pintaa vähentäen karheutta Ra 0,2 μm:n tasolle. Tämä on tärkeää sovelluksille, joissa korroosionkestävyys tai esteettinen ulkonäkö on tärkeää.
  • Parempi mittatarkkuus:[ Kylmäpiirustus voi pitää halkaisijatoleranssit ±0,01 mm, jolloin se sopii erinomaisesti tarkkuusosille.
  • Vahvistanut väsymiskestävyys:[] Pintaan piirtämisen aikana kohdistuva puristusjännitys voi viivästyttää väsymisen murtuman aloittamista, parantaa johdon suorituskykyä syklisessä kuormituksessa.
  • Ei ole tarvetta prosessin jälkeiseen lämpökäsittelyyn, mikä vähentää energiakustannuksia ja tuotantoaikaa.

Rajoitukset ja huomiot

Näistä eduista huolimatta kylmäpiirtäminen ei ole ilman haittapuolia. Merkittävin rajoitus on [-jäännöspaineiden [ kehittäminen. Lankan pinta voi jäädä puristusvaiheessa, kun ydin on jännityksessä, mikä voi aiheuttaa vääntymistä, viivästystä murtautumista tai stressi-korroosiota murtautuminen aggressiivisissa ympäristöissä. Jos piirustus on liian aggressiivinen, lanka voi tulla niin työkovettuneeksi, että se menettää kanavattomuutensa ja käyttäytyy hauraasti. Tämä on erityisen vaarallista sovelluksissa, jotka vaativat taivutusta tai vääntämistä, kuten keväällä.

Näiden ongelmien lieventämiseksi valmistajat usein sisällyttävät [ jännitys reliefi nynnytys[] askeleen viimeisen piirroksen jälkeen. Toinen näkökohta on, että kylmävedetty lanka voi olla altis rasitukselle vanhenemista. Prosessi, jossa interstitiaaliset atomit (esim. hiili ja typpi) hajaantuvat ajan mittaan, mikä lisää voimakkuutta mutta myös haurautta. Tämä voidaan hallita käyttämällä tapettua terästä tai lisäämällä vakautuvia elementtejä kuten titaania tai niobium.

Vertailu muihin vahvistaviin menetelmiin

Kylmäveto on vain yksi lähestymistapa teräslangan vahvistamiseen. Muita menetelmiä ovat:

  • Kuuma rullaus:[ Suoritettu edellä uudelleenkiristyslämpötila. Se tuottaa pienempi voimaa, koska sijoiltaanmeno tuhotaan aikana uudelleenkiristys. Kuitenkin kuuma vieriminen tuottaa korkeampi kanavaliaisuus ja pienempi jäännösjännityksiä.
  • Pysäytys ja karkaisu:[] Lämpökäsittely, joka voi saavuttaa tuottovahvuudet verrattavissa kylmävetoon tai korkeampia, mutta se vaatii tarkkaa lämpötilan ja jäähdytysnopeuden valvontaa ja voi aiheuttaa vääristymiä. Kylmäveto on kustannustehokkaampi pitkille langoille.
  • Väkivoima ikääntyy:[ käytetään usein yhdessä piirustus. Vähähiilisiä terästuotteita voidaan vanhentaa vetämisen jälkeen lisätä tuottolujuus 10..20% nuppia pitkin sijoiltaan. Tätä hyödynnetään korkean betoninvahvistuksen tuotannossa.
  • Patenting:[] Käytetään high-carbon teräsjohdoissa (esim. rengasjohtoon). Johto lämmitetään austeniittivaiheeseen ja jäähdytetään sulassa lyijyssä tai suolakylvyssä hienoksi helmilietteeksi, joka tarjoaa erinomaisen yhdistelmän vahvuutta ja kanavattomuutta ennen piirtämistä. Myöhemmin kylmäpiirustus jalostaa edelleen helmilite lamellaeta, joka tuottaa teräslangalle tunnetuimmat vahvuudet (jopa 5 GPa joissakin erikoislangoissa).

Jokaisella menetelmällä on oma kustannus, energia, ja kiinteistövaihtoehdot. Kylmän piirtäminen on suosittu, kun suuri voima, tiukat toleranssit, ja hyvä pintakäsittely tarvitaan kohtuulliseen hintaan.

Kylmävetoisen teräslangan sovellukset

Kylmän piirtämisen lisääntynyt tuotto tekee tästä materiaalista välttämätöntä monilla teollisuudenaloilla:

  • Rakennus:[ Esijännitetyt betonisäikeitä, lankaverkkoa vahvistusta varten ja solmiojohdot perustuvat kylmävetoiseen lankaan suurta vetovoimaa varten.
  • Automotiivinen:[ Venttiilijouset, kytkinjouset ja jousituksen komponentit on valmistettu kylmävedetystä langasta, joka on kovetettu piirtämällä ja usein karkaistu.
  • Teollisuuskoneet:[) Nostoköysien, hissikaapelien ja kaivostoiminnan köysissä käytetään useita kylmävedettyjä säikeitä, jotka on kierretty yhteen sekä lujuuden että joustavuuden saavuttamiseksi.
  • Kiinnikkeet:[ Kynsit, ruuvit ja pultit, jotka on valmistettu vedetystä langasta, hyötyvät vahvemmasta lujuudesta ilman lisäkustannuksia.
  • Kuluttajan tavarat:[ Soitinjonot, sateenvarjo kylkiluut ja jopa paperileikkeet käyttävät vedettyä lankaa säilyttääkseen muodon ja kestävyyden.

Monissa näistä sovelluksista tuottolujuus on ensisijainen suunnittelukriteeri. Esimerkiksi ASTM A1060 määrittelee kylmävetoisten teräslangan vähimmäistuoton vahvuudet 1500 MPa:n tarkkuudella. Tällaiset korkeat arvot ovat saavutettavissa vain hallituilla kylmävetoprosesseilla.

Päätelmät

Kylmävedetty prosessi vaikuttaa syvällisesti teräslangan tuottovahvuuteen ottamalla käyttöön työtä karkaisu ja viljan hienosäätö. Valitsemalla huolellisesti die geometrian, vähennysaikataulut, voitelu ja koostumus insinöörit voivat räätälöidä mekaaniset ominaisuudet vaativien eritelmien mukaisiksi. Vaikka jäännösjännitykset ja mahdollinen hauraus vaativat lieventämistä stressinlievityksen tai myöhemmän lämpökäsittelyn avulla, yleinen lujuustasapaino, tarkkuus ja kustannukset tekevät kylmän piirtämisen nykyaikaisen lankatuotannon kulmakiveksi. Suunnittelu-insinööreille näiden vaikutusten ymmärtäminen on välttämätöntä oikean lankalaadun määrittämiseksi ja piirtämisen reitin määrittämiseksi tiettyyn sovellukseen.

Lisätietoja on saatavilla AZOM:n -laajasta oppaasta, joka koskee teräksen kylmävetoa[, tai [-tiedeDirect topic page on cold piirros[]. Tekniset tiedot työn kovettamisesta löytyvät []-kirjaimesta. Lopuksi -kirjain, joka on tarkoitettu eri vahvistusmenetelmien vertailuun, on arvokas resurssi.