Wat is korrelstructuur?
Korrelstroming is een gerichte oriëntatie van metaalkorrels en eventuele insluitsels die door het smeden zijn vervormd. Individuele korrels zijn uitgestrekt in de richting van de metaalstroom of plastische vervorming.
Meer belangrijk is dat niet-metalen insluitsels, deeltjes en andere onvolkomenheden die het gevolg zijn van het gietproces (smeden vs. gieten) uitgestrekt zijn in de richting van de korrelstroom.
Het moet worden opgemerkt dat korrelstroming tot op zekere hoogte voorkomt in alle metaalvormingsprocessen, niet alleen bij het smeden.
Als professionele smid willen we in dit artikel bespreekt hoe het smeden de korrelstructuur beïnvloedt.
Korrelstroming is een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van smeedstukken. Helaas bestaan er misvattingen over het onderwerp, zoals de onderliggende oorzaken van vloei, de voordelen die kunnen worden behaald en hoe een optimale vloei te bereiken.
In het beste geval leidt korrelverloop tot een groter gebruik van smeedstukken, in het bijzonder voor bepaalde kritische toepassingen waar veiligheid en sterkte van belang zijn.
Hoe wordt de korrelrichting beïnvloed in het smeedproces?
Figuur 1. In deze doorsnede van een smeedstuk is korrelstroming waargenomen.
Het is gesneden, gepolijst en geëtst met een zuuroplossing.De waargenomen vloeilijnen zijn hoofdzakelijk het gevolg van deeltjes en insluitsels, die overblijfselen zijn van het oorspronkelijke gietstuk.
Deze werden vervormd tijdens het billet-conversie- en smeedproces. Het smeedproces heeft ook de metaalkorrels uitgelijnd in een richting die lijkt op de stroomlijnen in deze afbeelding.
Bij bestudering van het inwendige van een gesmeed onderdeel wordt de stroom van korrels duidelijk. Figuur 1 toont de korrelstroom in een gesmeed en bewerkt onderdeel.
Het bekijken van de korrelstroom in deze figuur vereist speciale voorbereidingsmethoden. Nadat het smeedstuk is doorgesneden, moet het worden geslepen en gepolijst als een metallografisch monster.
De belangrijkste moeilijkheid bij deze fase van het proces is dat smeedstukken gewoonlijk aanzienlijk groter zijn dan kleine monsters voor metallografische analyse.
Tijdens de voorbereiding moet er voor worden gezorgd dat het oppervlak vlak is en niet afgeschuind. Na het polijsten wordt een etsmiddel (een zuuroplossing) op het gepolijste oppervlak aangebracht.
Effecten van het smeden op de korrelstructuur
De belangrijke implicatie met betrekking tot de korrelstroom is dat sommige mechanische eigenschappen variëren met betrekking tot de oriëntatie ten opzichte van de korrelstroom.
Dit feit is een van de belangrijkste voordelen van smeden. Deze variatie in mechanische eigenschappen kan worden benut, zodat het eigenlijke product betere eigenschappen in een kritische richting heeft dan die welke op grond van de samenstelling van de legering zelf worden verwacht.
Echter moet erop worden gewezen dat niet alle mechanische eigenschappen significant variëren met flux.
Bijvoorbeeld, sterkte en hardheid worden voornamelijk bepaald door de chemie van de legering en de warmtebehandeling die bij het smeden wordt gegeven.
Grain flux heeft geen groot effect op de sterkte of hardheid van de legering.
De gewenste eigenschappen in verband met het vertragen van scheurgroei kunnen daarentegen aanzienlijk verschillen, afhankelijk van de korrelstroom en de richting van de bewegende scheur.
Dus eigenschappen als rbreeksterkte en ductiliteit, maatstaven voor de weerstand van een materiaal tegen scheuren (gemeten na bezwijken), kunnen aanzienlijk worden verbeterd als de richting van de scheurgroei en de korrelstroom correct op elkaar zijn afgestemd.
Optimale uitlijning treedt opals de maximale hoofdspanning (loodrecht op een potentiële scheur of breuk) is uitgelijnd met de korrelstroomlijnen.
Als de eigenschappen van een metaal onafhankelijk zijn van de richting, wordt het materiaal beschreven als isotroop. Plastisch vervormde metalen met korrelstroming hebben anisotrope eigenschappen.
Figuur 2. Deze illustratie toont de anisotrope eigenschappen die afhankelijk zijn van de stroomrichting van de korrel.
De proefstukken die uit het plastisch vervormde blok zijn bewerkt, zijn (van links naar rechts) respectievelijk longitudinaal, transversaal en kort transversaal.
Let op de aanzienlijke toename van de eigenschappen die samenhangen met de vorming en verspreiding van een scheur/breuk door het proefstuk. De vloeigrens is redelijk constant.