1. Како се дефинише величина зрна? Која је типична величина зрна хладно{1}}ваљаних челичних лимова?
Величина зрна се односи на величину појединачних сићушних кристала (зрна) унутар поликристалне структуре метала. Обично се изражава као просечна величина зрна и може се посматрати помоћу металографског микроскопа и оценити према стандардима као што је АСТМ Е112.
За хладно{0}}ваљане котурове (посебно жарене производе), опсег величине зрна је отприлике следећи:
Уобичајена величина зрна: Већина комерцијално доступних хладно{0}}ваљаних листова има величину зрна између АСТМ разреда 7 и 10. Прерачунато у просечан пречник, ово је приближно 30 микрометара (0,030 мм) до 10 микрометара (0,010 мм).
Ултра-фино зрно: Неки челици високе{1}}чврстоће, микролегирањем и контролисаним ваљањем и хлађењем, могу имати зрна рафинисана до АСТМ разреда 12 или више (< 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 микрометара), ситуација која се углавном избегава у индустријској производњи.
2. Какав утицај има величина зрна на квалитет површине током штанцања?
Механизам формирања: Када је величина зрна велика, анизотропија сваког зрна (различите могућности деформације у различитим правцима) постаје израженија. Током штанцања, макроскопска униформна деформација је заправо резултат координисане деформације безбројних зрна. Ако су зрна превише груба, број зрна која учествују у деформацији је релативно мали, а деформационо понашање сваког зрна ће се одразити на макроскопску површину.
Резултат: Под стресом, зрна са различитим оријентацијама показују различите степене клизања, што доводи до микроскопских неравнина на површини дела, познатих као ефекат наранџине коре. Ово не утиче само на естетски изглед, већ остаје видљиво и након фарбања, ау тешким случајевима може постати тачке концентрације стреса, изазивајући пуцање.
Општи захтеви: За спољашње панеле каросерије аутомобила (као што су врата и хаубе) са изузетно високим захтевима за квалитет површине, величина зрна је генерално потребна да буде релативно мала, обично контролисана на АСТМ степен 7-8 или финији.
3. Какви су ефекти претерано финих или крупних зрна на чврстоћу и пластичност (издужење) материјала?
Превише фина зрна (нпр. АСТМ степен 12 и више):
Чврстоћа (↑): Бројне границе зрна озбиљно ометају померање дислокације, што доводи до значајног повећања границе попуштања и затезне чврстоће.
Пластичност (↓): Док фина зрна могу побољшати и чврстоћу и жилавост, претерано фина зрна доводе до претерано брзог очвршћавања. Током обликовања, материјал показује високу отпорност на деформације, лако изазива хабање калупа и јак повратни удар, што отежава обликовање. За делове који захтевају сложено обликовање, претерано фина зрна су заправо штетна.
Средња величина зрна (нпр. АСТМ разреди 7-9):
Идеална равнотежа: Довољна чврстоћа да спречи деформацију током употребе, заједно са добром пластичношћу (издуженошћу) и ниским односом приноса, што олакшава штанцање.
Превише груба зрна (нпр. АСТМ степен 5 и ниже):
Чврстоћа (↓): Мање граница зрна смањује отпор померању дислокације, што резултира мекшим материјалом (мања граница попуштања).
Пластичност (↓): Иако издужење можда није мало на кривој затезања, способност локалног деформисања је слаба. Када су крупнозрнати материјали-подвргнути напрезању, деформација тежи да се концентрише на неколико меких-зрна, што доводи до раног грлића и пуцања, тј. смањења уједначеног издужења.
4. За дубоко извлачење (као што је производња лименки за пиће и посуда за аутомобилско уље), да ли постоје посебни захтеви за величину зрна?
Апсолутни захтеви у погледу димензија: Челици-челици за дубоко извлачење (као што су ИФ челик, интерстицијски челик) обично захтевају одговарајуће грубо зрно (али никада тако грубо да произведе ефекат наранџасте коре). На пример, величина зрна екстра-дубоко-хладно ваљаних лимова за дубоко извлачење- често се контролише на приближно АСТМ степен 6-7. То је зато што адекватно крупнија зрна нуде бољу пластичност, нижу снагу попуштања и погоднија су за проток материјала у калупу.
Кључна улога уједначености: Дубоко извлачење је најрањивије на мешана зрна (тј. мешавина крупних и малих зрна).
Ако материјал садржи и АСТМ степен 5 грубих зрна и АСТМ степен 9 финих зрна, деформација ће бити изузетно неуједначена. Фино{3}}области имају велику чврстоћу и тешко се деформишу, док грубо{4}}области имају ниску чврстоћу и лако се деформишу.
Под условима интензивног напрезања дубоког извлачења, ова нехомогеност ће брзо довести до прекомерног локалног стањивања, што ће на крају изазвати пуцање на грубим-границама зрнастог слоја или у деловима крупнозрнатих{1}}области. Због тога, металографска инспекција дубоко-хладно ваљаних- листова има строге захтеве у погледу варијације величине зрна.
5. У стварној производњи, како можемо добити идеалну величину зрна кроз контролу процеса?
Смањење хладног ваљања: Што је већа деформација хладног ваљања, то је теже ломљење зрна, већа је ускладиштена енергија и већа је покретачка сила за рекристализацију. Ово обично резултира финијим зрнима након рекристализације. Ако је смањење премало, покретачка сила је недовољна, што лако може довести до стварања крупних зрна.
Температура и време жарења (најкритичније):
Ниска температура, кратко време: Рекристализација је управо завршена, а зрна су веома фина.
Висока температура, дуго времена: долази до раста зрна (механизам захватања зрна). Да би се добила зрна одређене величине, потребна је прецизна контрола температуре загревања и времена држања у континуираној линији за жарење или у пећи типа звона{1}}.
Легирајући елементи и честице друге{0}}фазе:
Додавањем микролегирајућих елемената (као што су Нб, Ти) формирају се фине честице карбонитрида које делују као "ексери" који се учвршћују на границама зрна, ефикасно спречавајући раст зрна. Чак и са вишим температурама жарења могу се добити фина зрна. Ово је основа за производњу финог-зрнастог челика високе{3}}кости.
За челик за дубоко вучење{0}}, ове талоге треба контролисати како би се избегло прекомерно ометање раста зрна, како би се добила одговарајућа крупна зрна са добром формацијом.
Нивелисање (гашење и каљење): Завршни процес-нивелисања-који првенствено има за циљ побољшање облика и елиминисање платоа приноса, такође уводи мали број дислокација унутар зрна, фино-подешавајући коначни учинак, али генерално не мењајући значајно величину зрна.