Koud werk & gloeiproces

welkom op de educatieve webpagina voor koud werk & Gloeiwerk!

deze webpagina is gemaakt om studenten op universiteitsniveau een korte inleiding te geven in het koud werk en het gloeiproces dat vaak wordt gebruikt in de metaalindustrie. Een deel van de inhoud van deze webpagina ‘ s kan buiten het bereik van de lezer materials science onderwijs; de aanbevolen teksten voor aanvullend onderwijs pagina bevat twee uitstekende bronnen voor een meer diepgaande inleiding tot materials science.

achtergrond van vloeigrens en Trekharden

een kenmerk van een metaal is vloeigrens. De vloeigrens van een metaal is de spanning waarbij dat metaal plastisch begint te vervormen. Spanningen onder de vloeigrens zullen het materiaal elastisch vervormen. Als de spanning wordt verwijderd, zal het metaal zijn oorspronkelijke vorm terug te nemen na elastisch gespannen. Typisch, het laden van een metaal voorbij zijn vloeigrens ongunstig is; het vermijden van de vloeigrens van een metaal is een primaire ontwerp overweging. Niettemin, een studie van de verandering in de microstructuur van een metaal na vervorming heeft aangetoond dat de mechanische eigenschappen van dat metaal ook veranderen. In het bijzonder, toont de trektest aan dat een metaalspecimen geladen voorbij zijn rekgrens typisch spanning verhardt.

wanneer een metaal plastisch vervormd is, ontstaan er dislocaties van atomen in het materiaal. In het bijzonder, de dislocaties optreden over of binnen de korrels van het metaal. De dislocaties over elkaar heen en de dislocatiedichtheid binnen het materiaal neemt toe. De toename van over-lappen dislocaties maakt de beweging van verdere dislocaties moeilijker. Bovendien neemt de vloeigrens van het metaal daadwerkelijk toe nadat het metaal plastisch is vervormd. Bovendien neemt het elastische gebied ook toe en plastische vervorming vereist de nieuwe, verhoogde vloeigrens. De rekbaarheid van een metaal neemt af na het uitharden en het metaal wordt stijver. Op grond van de bovengenoemde versterking is het duidelijk dat de mechanische eigenschappen van een metaal kunnen worden gemanipuleerd door middel van trekharden. Een veel voorkomende methode van het uitharden van de spanning staat bekend als koud werken.

de veranderingen in een metaal door koude bewerking kunnen worden omgekeerd door het metaal gedurende een bepaalde tijd aan een bepaalde temperatuur te onderwerpen. Dit proces staat bekend als het ontharden.

koud bewerken

koud bewerken is een materiaal plastisch vervormen bij een temperatuur onder de herkristallisatietemperatuur. De herkristallisatietemperatuur van een materiaal is de temperatuur waarbij nieuwe korrels met een lage dislocatiedichtheid de korrels met een hoge dislocatiedichtheid beginnen te vervangen.

koud bewerken is een nuttig versterkingsmechanisme door het uitharden van spanningen, maar koud bewerken is ook nuttig voor het vormen van materialen.

bij dit experiment werden metaalmonsters koudgewalst, een vorm van koudbewerking waarbij een metaalmonster door twee rollen met een tussenruimte wordt geperst. Koudwalsen wordt vaak commercieel gebruikt om plaatwerk, platen en staven te produceren.

wanneer een metaal koudgewalst wordt, wordt het plastisch vervormd doordat het tussen de twee rollen wordt geforceerd. Het metaal wordt gecomprimeerd door de rollen en de plastische vervorming is in de richting van het rollen. In tegenstelling tot een trekproef, vindt er geen necking plaats in het metalen monster. Bij dit experiment werden metaalmonsters koudgewalst, zodat de effecten van de trekharding konden worden bestudeerd.

een maat voor de hoeveelheid koud werk die een materiaal ontvangt is nodig indien een onderzoek naar mechanische verandering van de eigenschap gewenst is. De verandering in de dwarsdoorsnede van een metalen monster dat koud werk onderging is een middel van meting. Deze meting van transversale oppervlakteverandering staat bekend als”procent koud werk”. Vergelijking 1 hieronder illustreert procent koud werk.

waarbij A0 en Af respectievelijk het initiële en het uiteindelijke oppervlak van de dwarsdoorsnede van het monster zijn. In het bijzonder voor koudwalsen wordt vergelijking 1 gebruikt met betrekking tot de dikte in plaats van het oppervlak. Deze koudwalsmeting staat bekend als”percentagekoudreductie”. Vergelijking 2 hieronder illustreert deze koudwalsuitdrukking.

waarbij t0 en tf respectievelijk de begin-en einddikte van het monster zijn.

koud bewerken verhoogt de sterkte van een materiaal, maar vermindert de rekbaarheid en elektrische geleidbaarheid. Bovendien worden restspanningen in het materiaal ingebracht door het over-lappen en verstrengelen van dislocaties.

gloeien

metalen worden koud bewerkt om van vorm te veranderen. Een materiaal verliest rekbaarheid wanneer het koud wordt gewerkt of bovendien, koudgewalst. Als men een koud bewerkt materiaal gedeeltelijk of volledig wil herstellen naar zijn oorspronkelijke eigenschappen, kan men het materiaal ontharden. Gloeien wordt uitgevoerd door het verwarmen van een materiaal; in dit geval is het materiaal een metaal. Er zijn drie stadia van het ontharden en elk stadium veroorzaakt verschillende resultaten. De drie stadia van gloeien zijn herstel, herkristallisatie en korrelgroei.

terugvinding

de terugvinding is de eerste fase van het gloeien. Dit stadium treedt op wanneer het metaal voor het eerst wordt blootgesteld aan hitte. De dislocatie dichtheid en korrelvervorming in het materiaal wordt weinig beïnvloed door deze fase van gloeien. De terugwinningsfase elimineert echter de meeste restspanningen in het materiaal. Men kan denken aan dit als de warmte ontspannen de opgebouwde spanning in het materiaal. Ook in het materiaal wordt veel elektrische geleidbaarheid hersteld. Het terugwinningsstadium staat de dislocaties toe om zich lichtjes te bewegen en te vormen wat als de polygonized subgrainstructuur bekend is.

herkristallisatie

naarmate een koud bewerkt materiaal wordt blootgesteld aan een temperatuur die gelijk is aan of hoger is dan de herkristallisatietemperatuur, beginnen nieuwe korrels te nucleeren vanaf de celgrenzen die door de polygonized subkorinestructuur worden gecreëerd. Deze nucleatie elimineert de meeste dislocaties in het bewerkte materiaal.

Korrelgroei

naarmate de temperatuur hoger wordt, groeien de korrels en ontstaat een fijne, opnieuw gekristalliseerde korrelstructuur. De grotere, sneller groeiende korrels verbruiken de kleinere korrels in het proces. Alle gevolgen van koud werken worden op dit punt geëlimineerd. De korrelgroei kan schadelijk zijn voor de eigenschappen van het materiaal en kan typisch een ruw oppervlak op componenten gevormd uit plaatwerk produceren.

tijd en temperatuur

temperatuurschommelingen hebben een veel grotere invloed op het gloeien van metalen dan tijdschommelingen. De standaard gloeitijd is één uur; alleen de temperatuur is gevarieerd. De gloeitemperatuur is afhankelijk van de dikte, samenstelling en geometrie van het onderdeel.

gloeitemperatuur en activeringsenergie

de minimale gloeitemperatuur voor een daadwerkelijk effect van gloeitemperatuur is ongeveer een derde tot de helft van het smeltpunt van het materiaalmonster. Omdat er een minimumtemperatuur is, wordt het gloeiproces bepaald door een Arrhenius-snelheidsvergelijking. Omdat het moeilijk is om herkristallisatie te meten, wordt de 50% herkristallisatietijd gemeten als de tijd waarop het metaal de helft van zijn oorspronkelijke hardheid bereikt.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.