השפעת תהליך הרולינג על Metal Residual Stress Distribution

תהליך הגלגול הוא אבן הפינה של ייצור מתכת, המשמש לייצור סדינים, צלחות, ברים וצורות מבניות.על ידי העברת מתכת דרך אחד או יותר זוגות של רולים רוטטים, החומר הוא דחוס, דק, וארוך לתוך הגיאומטריה הרצויה, בעוד השינויים הגיאומטריים ברורים, השינויים מבניים הפנימיים - במיוחד את ההתפלגות החיסורית - הם קריטיים באותה מידה.

מאמר זה בוחן כיצד תהליך הגלגול משפיע על דפוסי הלחץ השוכנים במותגות.אנו לחקור את היסודות של מתח חיוורי, את המנגנונים של התפתחות הלחץ במהלך הגלגול, גורמים מרכזיים המעצבים את ההפצה, השלכות מעשיות על ביצועי הרכיב, וטכניקות מודרניות למדידה וניהול של הלחצים האלה.הבנת מערכות יחסים אלה מאפשר למהנדסים לייעל פרמטרים, לשפר את איכות המוצר, ולהרחיב את חיי השירות.

מהו מתח סובסידי?

מתח סובסידי מתייחס ללחץ פנימי הנמשך בחומר לאחר כל הכוחות החיצוניים או ⁇ תרמי הוסרו.לחצים אלה נעולים במבנה המיקרו של החומר בשל עיוות פלסטיק לא אחיד, שינויים בשלב, התכווצות תרמית, או ⁇ s בהרכב.הם קיימים ללא כל עומס החל וחייב להיות באיזון סטטי - הכוח הנקי והרגע הנקי בכל פרקת צלב הם אפס.

מתחים סובסידיים מסווגים בדרך כלל לשני סוגים המבוססים על הסימן שלהם: מתח עקרוני ולחץ דחיסה של סטרס חיוורי. המתח השוני טנסלי מושך את החומר בנפרד פנימי, מה שהופך אותו יותר רגיש לסדקים, התגרות, ודיכוי הלחץ-corrosion סדק. לחץ חיסגוני מדכא דוחף את החומר יחד, לעתים קרובות משפר את העוצמה וההתנגדות למצבים מסוימים.

במרכיבים מתכתיים המיוצרים, מתחים שאריות יכולים להתעורר ממקורות רבים: ליהוק, זיוף, מאצ'ינג, ריתוך, טיפול חום, וגלגל.רולינג, בפרט, מציג עיוות פלסטי משמעותי, אשר יוצר שדות מתח מורכבים. מדגישים אלה יכולים להיות מועילים אם הם דחוסים באזורי פני השטח קריטיים, או מזיקים אם הם Tenile ומקדם כשלון., שליטה בלחץ חיסל במהלך הגלגול הוא לא רק עניין אקדמי - יש לו אמינות ישירה של מוצרים ישירים בטיחות ישירה.

תהליך ה-Ringation and Stress Development

הרולינג דהפור ממתכת באמצעות כוחות דחוסים המופעלים על ידי רולס רוטינג. כמו המתכת נכנס פער רול, זה חווה שילוב של דחיסה מן הגלילים ו Shear בשל חיכוך בממשק רול-מטאלי.העיוות הזה הוא מאוד לא אחיד על פני עובי: שכבות חיצוניות ליד רולס עוברים הרזה אינטנסיבית, בעוד המרכז חווה יותר דחיסה אחידה.

דפוס הלחץ השונה לאחר הגלגול הוא תוצאה של ההיסטוריה של ⁇ זנים פלסטיק, ⁇ תרמי (במיוחד בגלגול חם), ואת התגובה האלסטית-פלסטיק של החומר.בגלגול קר, שבו המתכת מפורמת מתחת לטמפרטורת ההחזרות שלה, לעבוד קשה מצטברת ויוצרת מתחים תלולים.

בגלגול חם, המבוצע מעל טמפרטורת ההרסה, התחדשות דינמי והחלמה לרכך את המתכת במהלך עיוות, הפחתת גודל של לחצים שאריות.עם זאת, ⁇ תרמיים במהלך קירור לאחר גלגול חם יכול להציג לחצים חדשים.משטח החיצוני קריר וחוזים מהר יותר מאשר הפנים, יצירת מתחים Tenile על פני השטח.

הבולגריה החמים לעומת ה- Cold Rolling

ההבחנה בין גלגול חם וקור היא יסודית להבנת תוצאות הלחץ השונה.הגלגלה חמה מתבצעת בטמפרטורות גבוהות מספיק כדי לאפשר החלמה של גרגרי המתכת (בדרך כלל מעל 0.5 עד 0.6 של נקודת ההמיסה). הטמפרטורה הגבוהה מפחיתה את הלחץ הזרימה, המאפשרת הפחתה גדולה עובי עם כוחות נמוכים ומינימום עבודה קשה.

גלגול קר נעשה בטמפרטורה מסובכת, לעתים קרובות כדי להשיג סובלנות ממדית הדוקה יותר, מעבר פני השטח טוב יותר, וכוח גבוה יותר באמצעות מתח קשה מתוח.הפלסטיק מציג כמויות משמעותיות של אנרגיה מאוחסנים ולחצים שאריות. מוצרים קר התגלגל לעתים קרובות יש פרופיל מתח אופייני: פני השטח נמצאים בדחיסה, ואת המרכז הוא בלחץ מדויק תלוי יחס הפחתת, רול, סיכה, ונכסים חומר כגון מתח נפשי הוא שיפור מצב מתכתי, כמו מתח נפשי, כמו מתח.

גורמים המשפיעים על התפלגות מתחים חוזרת

גורמים קשורים רבים משפיעים על חלוקת הלחץ השונה הנגרמת על ידי גלגול.הבנת פרמטרים אלה מאפשר ליצרנים להתאים את מצב הלחץ עבור יישומים ספציפיים.

טמפרטורה הרולינג

הטמפרטורה היא הפרמטר המשפיע ביותר.טמפרטורה גבוהה יותר מפחיתה את הלחץ הזרימה ומקדם התאוששות דינמית ושיקום, אשר מרגיע מתח.בגלגול חם, מתכת עיוותים באופן מפלסטיק עם פחות אנרגיה מאוחסנים, כך שהלחץ השוני הסופי הם בדרך כלל נמוך. עם זאת, אם הטמפרטורה אינה אחידה על פני השטח - לדוגמה, אם הגלילים קרים יותר מאשר העבודה - ⁇ רמיוניים יכולים ליצור מתחים חמים מאוד, עלולים יותר, מתחים צלולים יותר, עלולים יותר, מתחים יותר, עלולים יותר, מתחים יותר, מתחים יותר, מתחים יותר קרים, ממתכתיים, ממתכתיים, כלומר, עלולים לגרום ללחץ קר יותר, עלולים להתרסקים יותר, כלומר, עלולים לגרום ללחץ קר יותר קר יותר קר יותר קר יותר, מטמפרטורה קר יותר קר יותר, כלומר, כלומר, ירידה קרה.

מהירות הרולינג ו-Strin Rate

המהירות שבה המתכת עוברת דרך הגלריות משפיעה על שיעור המתח גבוה יותר.שיעורי מתח גבוה מגבירים את הלחץ הזרמה עקב הרגישות של החומר, פוטנציאל להגדיל את גודל הלחץ המושרה על עיוותציה.בגלגול קר, מהירויות גבוהות יכולות גם להשפיע על תנאי סיכה ודור חום בממשק רול-מטאלי, שינוי התפלגות הלחץ.

Reduction Ratio ו- Pass לוח זמנים

כמות ההפחתה עובי לחלוף (דרופט) משפיעה ישירות על הזן הפלסטי ⁇ דרך עובי. A הפחתה גבוהה במעבר יחיד יוצרת ⁇ תלולה, לעתים קרובות וכתוצאה מכך מתחים דחוסים גבוהים ומתחים גדולים יותר במרכז. Multi-pass מתגלגל עם הפחתות קטנות יותר מאפשר ניתוק אחיד יותר ויכול להפחית את גודל הלחץ השגור.

המונחים: roll Geometry and Friction Conditions

הקוטר של רולס, את העמידות פני השטח רול, ואת סיכה בשימוש כל להשפיע על חלוקת הלחץ. גדול יותר רול קוטרים לייצר קשת מגע ארוך יותר, אשר מקדם יותר אחידה עיוות ומפחית את המרכיב הזאר ליד פני השטח. ⁇ קטן יותר ליצור זווית דחוסה יותר של כניסה, הגדלת מתחים Shear ליד פני השטח.

נכסים חומריים

מתכות שונות ⁇ מגיבים ייחודי לגלגל.כוח התשואות, לחץ חזק יותר, מודולים גמישים, והתרחבות תרמית יעילה כל השפעה היווצרות מתח חיוור. פלדה גבוהה סטרית דורש כוחות מתגלגלים גבוהים יותר ולפתח מתחים גדולים יותר.סגסוגת אלומיניום, עם מוליכות תרמית גבוהה יותר שלהם, קריר יותר אחיד יותר, אבל כוח נמוך שלהם מוביל לעוצמה נמוכה יותר של מתחים שונים.

Cooling Rate אחרי הרולינג

קירור לאחר-rolling הוא שלב קריטי שבו מתח תרמי מתפתח.מחדש מהיר, כגון מים quenching, יכול ליצור ⁇ תרמיים תלולים המייצרים מתחים גדולים על פני השטח ולחצים דחוסים בליבת. קירור איטי, כמו קירור פרווה או קירור אוויר, מאפשר ⁇ תרמי להתאים ולהקטין מתח תרמי. עבור מוצרים חמים התגלגל, את האווירה הקירור לעתים קרובות נשלט תכונות ספציפיות ולהפחית את הלחץ הקלוריאקציה הוא גורם נזקי של חומר קירור (למשל, לחץ אווירי) כדי לגרום ללחץ כהה, לחץ על פני השטח הרצוי, לחץ על פני השטח הרצוי, לחץ דומה, לחץ אווירי, לחץ על פני השטח).

השלכות הלחץ הסובסידי ב- Metal Components

לחצים סובסידיים אינם רק תוצרי לוואי – הם משפיעים ישירות על ביצועי השירות של רכיבי מתכת מגולגלים.אפקטים שלהם יכולים להיות גם מועילים וגם מזיקים, בהתאם לסימן, גודל ולמיקום של הלחצים ביחס לעומסים החלים.

חיים שומניים

בתנאי טעינה מחזוריים, לחצים דחוסים על פני השטח יכולים לשפר באופן משמעותי את חיי העייפות.זה בגלל דחיסות דחיסה של עומסים יישומיים, צמצום הלחץ האפקטיבי amplitude ועיכוב סדקים תהליכים מתגלגלים רבים באופן טבעי ליצור מתחים דחוסים על פני השטח בשכבות קרות, ולכן חלקים קרות-מוגדר לעתים קרובות להראות התנהגות מעולה.

מתח קורוזיה (SCC)

מתחים ריבידיים בריידיים משלבים עם סביבות קורוזיות כדי לקדם סדקים קורטוזיון הלחץ.זה מסוכן במיוחד בסגסוגת כמו פלדות אל-חלד אוסטיאניים ואלומיניום גבוה סטריגרידי, אשר משאירים מתחים על פני השטח (כגון קירור לא תקין לאחר גלגול חם) להגדיל את הרגישות ל- SCC. Mitigation לעתים קרובות כרוך בטיפולי חום או טיפולים כי להציג, כגון יריעת, כגון החלת לחץ על פני השטח או להתחיל לחץ על פני השטח של לחץ או להתחיל לחץ חוזר של לחץ תקין של לחץ.

יכולת ומשמעת

התפלגות מתח אסימטרי גורמת לעיוות במהלך טיפול מאצ'ינג או חום מאוחר יותר.כאשר החומר מוסר מצד אחד, איזון הלחץ הפנימי הוא משבש, ואת החלק Warps או עיוותים.לדוגמה, פס קר עשוי להראות קפיצ'ר או סליל שנקבע עקב לחצים שוכנים. בלוחות חם, לא אפילו קירור מוביל לעתים קרובות לבעיות שטוחות.

קשיחות וכוח

לחצים שומניים מורכבים יכולים גם להגדיל את קשיחות השבעה לכאורה על ידי סגירת סדקים וצמצום הגורם אינטנסיבי הלחץ בקצה הסדקים.עם זאת, לחצים דחוסים גבוהים מאוד יכולים להוביל לבלוטות מקומיות בחלקים דקים. מדגישים השוליים להפחית את כוח התשואות האפקטיבי ויכולים לגרום להניבות מוקדמת תחת עומס חיצוני.אפקט נטו על יכולת העומס של המרכיב תלוי בשילוב של מתחים מיושנים ומיושמות.

שיטות למדידה ומיטוגייט מתח סובסידי

מדידה מדויקת של לחצים שאריות חיונית כדי לאמת את בקרת תהליכים ולנבא ביצועי חלק.כמה טכניקות זמינות, כל אחת עם נקודות החוזק והמגבלות שלה.

שיטות מדידה

(FLT:0)X-ray Diffraction (XRD) אנדרט 1 הוא שיטה שאינה הרסנית נפוצה שמנטרת את הזן הנקה על ידי זיהוי שינויים בפסגות דיפרנציציה.הוא מספק נתונים על פני השטח (מעט מיקרונים עמוק) ויכולה למפות מתחים על פני שטח.

(FLT:0 Hole קידוח MethodFLT:1) הוא טכניקה חצינית שבה חור קטן הוא קידוח, ואת הקלה הזנים שמסביב נמדדת על ידי זנים.הלחץ מחושב מן הזנים נמדדים באמצעות מודלים אנליטיים או סופיים של יסוד זה יכול למדוד בעומק עד כמה מ"מ, מתן מתח דרך ickness.זה הוא חזק וישים לחומרים רבים.

(FLT:0) בדיקה טוראלית (FLT:1) משתמשת אפקט אקוסטוליסטי - השינוי במהירות גל קול עקב מתח - כדי להערים על מתחים חיים מהיר, נייד, והוא יכול להשתלב קו ישר לניטור הייצור.עם זאת, זה דורש כיור והוא רגיש למרקם ומיקרו-מבנה.

(FLT:0)Neutron DiffractionFLT:1 מציע חדירה עמוקה ויכול למדוד התפלגות מתח לאורך חלקים עבים.זהו כלי מחקר רב עוצמה אבל דורש מקור נויטרונים (למשל, כור או מקור ספיעה) ואינו מעשי לשימוש תעשייתי שגרתי.

אסטרטגיות מייגציה

כאשר מתחים של שאריות אינם רצויים, קיימות מספר טכניקות להפחתה.

(FLT:0) צריכת הקלה של אנליסט (Venaling Annealing) 1 (אנ') כוללת חימום המוצר המגולל לטמפרטורה מתחת לנקודת ההחזר (בדרך כלל 600-700 מעלות צלזיוס עבור פלדה) והחזקתו למשך זמן מספיק כדי לאפשר רגיעה מיקרופלטית של מתח.זה יעיל מאוד לצמצום הלחץ השוני, אך עשוי לרכך את החומר אם הטמפרטורה גבוהה מדי.

(FLT:0)התקרות קוליינגFLT:1, לאחר שגלגל יכול להיות מותאם למזער מתחים תרמיים.לדוגמה, קירור איטי בכבשה או באמצעות שמיכה מסולפת מאפשרת לטמפרטורות ⁇ s כדי להשוות.

שיטות עיבוד:0 (Mechanical Stress ReliefFLT:1) כוללות מתיחה (רמת לחץ) או רולר פלסינג. תהליכים אלה ליישם עיוות פלסטי מבוקר להפיץ מחדש ולהקטין את הלחץ השוני.

(FLT:0) טיפול פנים (FLT) 1:1 כגון זריקה או זעזוע לייזר הצצה מציג מתחים דחוסים על פני השטח, נגד מתחים קיימים של עשרות אלפיים או שיפור פני השטח.אלה לעתים קרובות מוחלים על מוצרים מגלגלים קר כדי לשפר את חיי העייפות.

הקודם: רולינג ו-Residual Stress Control

מחקר מודרני ממשיך לחדד את ההבנה של אבולוציה של מתח חיתי במהלך הגלגול ולפתח שיטות בקרה מדויקות יותר.

עיבוד מבוקר (TMCP)

TMCP משלבת גלגול חם עם קירור מואץ לייצר צלחות פלדה גבוהות עם מיקרו-מבני בקרה מבוקרים ומצבי מתח ימיים נוחים.על ידי תזמון בזהירות טמפרטורות מתגלגל, הפחתות, ושיעורי קירור, יצרנים יכולים להשיג הן כוח ונוקשות תוך צמצום עיוות. TMCP הוא עכשיו סטנדרטי עבור לוחיות בניית ספינות ופלדות קופיפט.

המונחים: Finite Element Simulation

מודלים סופיים מתקדמים כי זוגות פלסטיות, העברת חום ואבולוציה מיקרו-רסלית יכולים לחזות התפלגות מתח חינית עם דיוק גבוה. סימולציות אלה מאפשרות למהנדסים כמעט לבדוק לוחות זמנים שונים של גלגול ואסטרטגיות קירור לפני ביצוע הייצור.המודלים משמשים יותר ויותר עבור עיצוב מילימטר ואופטימיזציה של תהליכים.

המונחים: Stress Monitoring

חיישנים שאינם מגעים ופרומטריה מבוססת לייזר משולבים לתוך קווי מתגלגל כדי למדוד מתח חי בזמן אמת. מערכות בקרת Feedback יכול להתאים את קירור או רול כוחות כדי לשמור על רמות לחץ מטרה.זה מייצג שינוי מבדיקה לאחר תהליכים לשליטה פעילה בתהליך.

עיצובים חדשים

סימטרי מתגלגל, שבו לשני רולים יש קוטרים שונים או מהירויות, יכול לייצר עיוות של Shear דרך עובי, המוביל להתפלגות מתח אחיד יותר או אפילו ניתוק של דפוס המדכא פני השטח האופייני.

מסקנה

תהליך הגלגול משפיע עמוקות על חלוקת הלחץ השונה במרכיבים מתכתיים.על ידי שליטה בטמפרטורה, ירידה, מהירות, חיכוך, קירור, יצרנים יכולים לעצב את הנוף הלחץ הפנימי כדי לשפר את ביצועי המוצר או להימנע מכישלון מוקדם. מדגיש סובסידי אינם מקרי של עיבוד - הם תוצאה של ההיסטוריה של ייצור עיוות, ניתן מהנדסי ייצור ניתן מהנדס כדי להיות מועיל.

לקריאה נוספת על טכניקות מדידה של מתח חי, בקר ב- 0ASTM E837 מבחן סטנדרטי עבור קביעת מתחים סובסידיים על ידי שיטת ה- Hole-Drilling Strain-Gage MethodFLT:1 , ראה גם את שיטת מבחן FLT:2 מדע Direct של גלגול חם FLT 3: והדרכה מעשית של FLT:4 The fabricatoralure במתח התגלגל:5FLT5:2 מדע Direct סקירה של גלגול חם גלגולים של גלגולים חמים גלגולים 3 והדרכה מעשית של גלגולים חמים של גלגולים של גלגולים של 3.