Comprendere la formabilità dell'acciaio inossidabile a livello atomico

La grana, la duttilità, la deformazione plastica ed elastica, la frattura e la lavorazione a freddo sono importanti per il processo di formatura per prevenire fratture e fessurazioni e ottimizzare la formabilità. Immagini fornite

I produttori di prodotti per la lavorazione dei metalli selezionano i metalli per svolgere una funzione in base alle caratteristiche fisiche del metallo. Un tubo di scarico in acciaio inossidabile dovrebbe resistere alla ruggine. Uno scambiatore di calore a getto deve resistere a temperature elevate in un servizio aggressivo.

Chiaramente, il modo in cui un metallo si comporta o può comportarsi è fondamentale per il suo funzionamento. In questi esempi, verrebbero selezionate leghe specifiche a causa delle differenze nelle loro applicazioni. I produttori di metalli devono comprendere il comportamento dell'acciaio inossidabile per avere successo nella produzione di prodotti in acciaio inossidabile per l'industria.

Una delle caratteristiche metalliche più importanti da considerare per i produttori è la duttilità. La duttilità è la capacità di un materiale di deformarsi plasticamente e di farlo senza rompersi.

Il processo storico del fabbro prevedeva la martellatura dei metalli in forme. Forme come le lame sono relativamente semplici da produrre perché realizzarle non richiede piegature o forme complicate. Tuttavia, le lame e le forme martellate erano un pezzo unico. Ogni pezzo era un'opera d'arte unica, in un certo senso. Oggi i formatori di metalli devono produrre ripetutamente parti in acciaio inossidabile secondo le specifiche. A differenza del fabbro, c'è meno "spazio di manovra" per apportare correzioni al volo.

La deformazione consente ai metalli di formare geometrie specifiche. Comprendere le loro proprietà di duttilità è fondamentale per il successo. I produttori devono selezionare adeguatamente una lega in base alle sue proprietà meccaniche per facilitare la formatura necessaria in modo che la forma finale soddisfi le caratteristiche fisiche richieste.

I produttori di metalli possono ottenere informazioni approfondite sulla duttilità delle leghe osservando caratteristiche quali l'allungamento del materiale (come indicato sulle certificazioni dei materiali), le applicazioni comuni e i tassi di incrudimento. Ma la duttilità avviene a livello atomico. È importante guardare al livello atomico per comprendere appieno cos'è la duttilità e perché è importante per i processi.

I metalli si comportano diversamente rispetto ad altri materiali. La loro capacità di deformarsi plasticamente, mantenere la forma e mantenere la resistenza alla deformazione è unica. Queste caratteristiche uniche derivano dai tipi di atomi nel metallo e dai loro legami. Il legame atomico determina essenzialmente il modo in cui gli elettroni vengono trasferiti o condivisi tra gli atomi in un materiale. Il legame mantiene uniti gli atomi formando materiali coerenti.

Gli atomi di metallo rimangono insieme con i legami metallici quando gli elettroni sono condivisi liberamente tra gli atomi. Gli atomi si allineano in file ordinate 3D note come reticolo cristallino.

I legami metallici consentono il movimento degli atomi attraverso il reticolo. È questo movimento atomico che definisce la capacità di deformazione plastica.

La deformazione può verificarsi sotto stress di compressione o trazione. Questi tipi di stress definiscono tutti i processi di produzione.

Gli atomi di metallo possono muoversi attraverso la massa del grano più facilmente rispetto al confine del grano disallineato. Immagina di guidare lungo un'autostrada in cui tutte le rampe di uscita sono improvvisamente 10 piedi più alte dell'autostrada. Per accedere alla rampa di uscita, un conducente dovrebbe sollevare fisicamente l'auto a 10 piedi in aria.

Il movimento dell'atomo di metallo in compressione è chiamato malleabilità e in tensione, duttilità. Entrambi i termini sono definiti come plasticità, che esprime la capacità di un materiale di deformarsi senza rompersi.

La coniatura è un processo di produzione compressiva che si basa sulla malleabilità. L'imbutitura profonda è un processo di trazione che si basa sulla duttilità.

In entrambi i processi, gli atomi vengono spostati con metodi diversi, ma entrambi richiedono il movimento atomico per funzionare. Considera l'idea di provare a coniare un piatto piano in porcellana. La porcellana è una ceramica che contiene legami covalenti anziché legami metallici. A differenza dei legami metallici, i legami covalenti non condividono liberamente gli elettroni e ciò impedisce il movimento atomico. Sotto pressione, la piastra si frantuma a causa di questa mancanza di movimento atomico; non può deformarsi plasticamente. Per questo motivo il metallo è il materiale migliore per le operazioni di coniatura.