1.Wat is werkverharding? Waarom moet dit fenomeen worden geëlimineerd na het koudwalsen van rollen?
Arbeidsharding verwijst naar het fenomeen waarbij een metaal plastische vervorming ondergaat (zoals koudwalsen) onder de herkristallisatietemperatuur, wat resulteert in een aanzienlijke toename in sterkte en hardheid, terwijl de plasticiteit en taaiheid ervan aanzienlijk afnemen.
Oorzaken: Tijdens het koudwalsen genereert een grote hoeveelheid mechanische energie dislocaties in de korrels. Deze dislocaties raken verstrikt en stapelen zich op, waardoor een ‘dislocatiebos’ ontstaat. Hoe hoger de dislocatiedichtheid, hoe groter de weerstand tegen verdere vervorming van het metaal, wat zich manifesteert als verharding en brosheid.
Noodzaak van eliminatie: Koud-gewalste rollen in een werk-geharde staat kunnen niet rechtstreeks worden gebruikt voor het stempelen van complexe onderdelen (zoals carrosseriepanelen van auto's en behuizingen van apparaten). Geforceerd stampen zal onmiddellijk scheuren veroorzaken. Daarom is daaropvolgende verwerking noodzakelijk om deze verharde toestand te elimineren en de plasticiteit van het materiaal te herstellen.
2.Wat is de kernmethode voor het elimineren van werkverharding bij koud-gewalste rollen?
De kernmethode voor het elimineren van werkharden is herkristallisatiegloeien.
Dit is een warmtebehandelingsproces waarbij de koud-gewalste spiraal wordt verwarmd tot een specifieke temperatuur (meestal hoger dan de herkristallisatietemperatuur van het metaal, doorgaans rond de 650 graden ~720 graden voor laag-koolstofstaal), gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur wordt gehouden en vervolgens langzaam of snel wordt afgekoeld.
Principe: Verwarming levert energie, waardoor wanordelijke korrels met hoge{0}}dislocatie-dichtheid herkristalliseren en nieuwe, vervorming-vrije gelijkassige korrels groeien door middel van atomaire diffusie.
Resultaat: De nieuw gevormde korrels hebben een extreem lage dislocatiedichtheid, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de materiaalhardheid, een aanzienlijke toename van de rek en een volledige eliminatie van werkharding.
3. Hoe elimineert herkristallisatie-gloeien precies de verharding? Welke veranderingen vinden plaats in de microstructuur?
Herstelfase (lage temperatuur): Atomen krijgen een kleine hoeveelheid energie en ondergaan diffusie over korte- afstanden, waardoor interne stress gedeeltelijk wordt opgeheven. De langwerpige korrelmorfologie blijft echter grotendeels onveranderd en de afname in hardheid is niet significant.
Herkristallisatiefase (boven kritische temperatuur): Nieuwe, fijne gelijkassige kernen vormen zich op de meest ernstig vervormde locaties (zoals korrelgrenzen en slipbanden). Deze kernen overspoelen voortdurend de omringende vervormde oude korrels en groeien totdat ze de vervormde structuur volledig vervangen. Deze stap is cruciaal voor het elimineren van verharding.
Graangroeifase: Als de temperatuur blijft stijgen of op een hoger niveau wordt gehouden, zullen de granen samensmelten en groeien. Hoewel de plasticiteit verder kan toenemen, zal de sterkte buitensporig afnemen, waardoor nauwkeurige controle vereist is.
4. Hoe moeten de verwarmingstemperatuur en de houdtijd worden gecontroleerd bij het elimineren van werkverharding? Waarom kan het niet oververhit raken?
Herkristallisatietemperatuur: De verwarmingstemperatuur moet hoger zijn dan de herkristallisatietemperatuur van het materiaal (typisch 0,4 keer het absolute smeltpunt van het metaal). Een te lage temperatuur zal herkristallisatie voorkomen; een te hoge temperatuur of een te lange verwarmingstijd leidt tot vergroving van het graan.
Kritische vervormingsgraad: Als de reductie bij koudwalsen precies de kritische vervormingsgraad bedraagt (meestal erg klein, zoals<10%), a very small number of grains will grow abnormally during annealing, leading to mixed grains and deteriorating performance.
Schadelijke gevolgen van oververhitting (oververhitting/vergroving):
Verminderde mechanische eigenschappen: Bij grovere korrels zal de vloeigrens van het materiaal aanzienlijk afnemen volgens de Hall-Petch-formule, en er kunnen zelfs "sinaasappelschil"-defecten optreden.
Beschadigde oppervlaktekwaliteit: Grove korrels veroorzaken tijdens het daaropvolgende stempelen een ruw oppervlak, dat lijkt op sinaasappelschil, waardoor het uiterlijk van de coating wordt aangetast.
5. Wat zijn bij de daadwerkelijke productie de verschillen in het proces van het elimineren van werkharding voor koud-gewalste rollen voor verschillende toepassingen?
Volledig-hard/afgeschrikt en getemperd walsen (niet-herkristallisatie): Voor producten die geen dieptrekken vereisen maar slechts een bepaalde mate van vlakheid (zoals sommige hardwaresubstraten), blijft de door koud-geharde bewerking behouden, of wordt er alleen uitgloeien bij- lage temperatuur (spanningsvermindering maar niet volledige herkristallisatie) uitgevoerd om de hoge hardheid te benutten.
Zachte platen voor dieptrekken (volledige herkristallisatie): Voor producten die complexe vormen vereisen, zoals autodeurpanelen en brandstoftanks, is volledige herkristallisatie-gloeien noodzakelijk.
Zak-type gloeien (BAF): Traditionele methode, batchverwerking, lange gloeitijd, grovere korrels, hoge r-waarde (plastische rekverhouding), goede dieptrekprestaties.
Continu gloeien (CAL/CAPL): Moderne en efficiënte methode, korte gloeitijd (enkele minuten), fijnere korrels, goede sterkte-uniformiteit, hoge productie-efficiëntie.
Speciale controles: Sommige hoogwaardige- autoplaten ondergaan na het gloeien ook een verouderingsbehandeling om de carbideprecipitatie onder controle te houden en verlenging van het vloeipunt te voorkomen (wat leidt tot sliplijnen tijdens de daaropvolgende opslag), waardoor een perfect oppervlak wordt gegarandeerd.