(SK85) SK5 คุณสมบัติของเหล็กกล้าคาร์บอน ส่วนประกอบ และสิ่งที่เทียบเท่า
เหล็กกล้าคาร์บอน SK5 (วัสดุ SK85)
เหล็กกล้า SK5 (วัสดุ SK85) เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนที่ใช้กันทั่วไปในประเทศญี่ปุ่น หลังจากชุบแข็งและอบคืนตัวแล้ว จะมีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี แต่ความแข็งจะลดลงที่อุณหภูมิสูง มักใช้เป็นวัสดุสำหรับเครื่องมือ เช่น ค้อนและเลื่อย SK85 เป็นชื่อของมาตรฐานใหม่ JIS G4401 เพื่อแทนที่ชื่อเก่า SK5 แต่ชื่อ SK5 ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น
วัสดุ SK85 ความหมาย (การกำหนด)
“S” หมายถึง “เหล็ก”
“K” หมายถึง “Kougu” คำว่า “เครื่องมือ” ในภาษาญี่ปุ่น และ
85 หมายถึงปริมาณคาร์บอน 0.85%
คุณสมบัติของเหล็ก SK5
ความหนาแน่นของเหล็กกล้าเครื่องมือ SK85 คือ 7.84 g/cm3 ความแข็งของการหลอมคือ ≤207 HB (อุณหภูมิการหลอมคือ 730-760 °C ทำให้เย็นตัวช้า) และความแข็งในการชุบแข็งและการอบคืนตัวของชิ้นงานทดสอบคือ ≥ 59 HRC (อุณหภูมิการชุบแข็ง 780 ° C, ระบายความร้อนด้วยน้ำ, แบ่งเบาอุณหภูมิ 180 °C, ระบายความร้อนด้วยอากาศ)
อธิบายเหล็ก SK-5
มีเหล็กหลายประเภทที่อาจทำให้สับสนได้ง่าย อย่างไรก็ตาม หากคุณเข้าสู่อุตสาหกรรมเหล็กหรือมีด การทำความคุ้นเคยกับเหล็กประเภทต่างๆ จะเป็นประโยชน์
เช่น เหล็ก SK-5 คืออะไร ทำไมต้องสนใจ?
คู่มือนี้จะอธิบายว่า เหล็ก sk5 คืออะไร เราจะครอบคลุมทุกอย่าง รวมถึงประวัติของเหล็กกล้าและเหล็กกล้าที่พบมากที่สุดสี่ชนิด
ในตอนท้ายของบทความนี้ คุณจะทราบคุณสมบัติหลักของเหล็กกล้า sk5 สิ่งที่ทำให้แตกต่างจากโลหะชนิดอื่น และอุตสาหกรรมใดบ้างที่ใช้เหล็กนี้
สุดท้าย เราจะพูดถึงข้อดีข้อเสียและปัจจัยใดที่คุณควรพิจารณาก่อนซื้อผลิตภัณฑ์ sk5
เหล็ก SK-5 คืออะไร ทำไมต้องสนใจ
คู่มือนี้จะอธิบายว่า เหล็ก sk5 คืออะไร เราจะครอบคลุมทุกอย่าง รวมถึงประวัติของเหล็กกล้าและเหล็กกล้าที่พบมากที่สุดสี่ชนิด ในตอนท้ายของบทความนี้ คุณจะทราบคุณสมบัติหลักของเหล็กกล้า sk5 สิ่งที่ทำให้แตกต่างจากโลหะชนิดอื่น และอุตสาหกรรมใดบ้างที่ใช้เหล็กนี้
เหล็กกล้าคาร์บอน
เหล็กกล้าคาร์บอนคิดเป็น 90% ของเหล็กกล้าทั้งหมดในอุตสาหกรรม เหล็กกล้าประเภทนี้ประกอบด้วยคาร์บอนและเหล็กเป็นส่วนใหญ่ และมีแร่ธาตุอื่นๆ เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
เหล็กกล้าคาร์บอนมีสามประเภท ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนในโลหะ ทั้งสามกลุ่มเรียกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง และเหล็กกล้าคาร์บอนสูง
เหล็กกล้าที่แข็งแรงที่สุดคือเหล็กกล้าคาร์บอนสูง โดยมีคาร์บอน 1-2% ผู้ผลิตเหล็กกล้าสามารถชุบแข็งและอบคืนตัวเหล็กกล้าคาร์บอนสูงได้มากกว่าเหล็กกล้าที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ กระบวนการเหล่านี้จะช่วยเพิ่มความทนทาน ความแข็งแรง และทนทานต่อแรงกระแทกของโลหะ
โลหะผสมเหล็ก
เหล็กชนิดนี้มีองค์ประกอบทางเคมี เช่น ทองแดง โครเมียม นิเกิล และอะลูมิเนียมเจือปนอยู่ในเนื้อโลหะ
โลหะผสมเหล่านี้จะเพิ่มคุณสมบัติเฉพาะให้กับเหล็ก ซึ่งทำให้มีคุณค่าและมีประโยชน์มากขึ้นในบางอุตสาหกรรม โลหะผสมช่วยเพิ่มความแข็งแรง ความเหนียว ความอ่อนตัว และความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก
เช่นเดียวกับเหล็กกล้าคาร์บอน โลหะผสมมีสองประเภทที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับปริมาณของโลหะผสมในโลหะ ประเภทรวมถึงเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำและเหล็กกล้าอัลลอยด์สูง
เหล็กกล้า SK-5 คืออะไรกันแน่
เหล็ก SK5 เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนของญี่ปุ่น เหล็กกล้ามักจะเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหรือคาร์บอนปานกลาง หมายความว่า มีคาร์บอน 0.3-0.6%
อย่างไรก็ตาม มีเพียงไม่กี่บริษัทที่ขายเหล็กกล้าคาร์บอนสูง sk5 ซึ่งมีคาร์บอนมากกว่า 0.6%
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับเหล็กคือ "SK" ย่อมาจาก "Steel Kougu" คุณสามารถแปลชื่อเป็น "Steel Tool" ได้คร่าวๆ
เหล็กกล้า SK-5 มีอุณหภูมิสูงและหลอมขึ้นในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง กระบวนการเหล่านี้ช่วยขจัดจุดอ่อนที่สำคัญของโลหะและเพิ่มคุณภาพที่ดีที่สุด
เราจะลงรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลัง แต่เหล็กกล้า sk5 ส่วนใหญ่ใช้สำหรับใบมีดเครื่องมือ อาวุธ และมีด ประเภทต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว
คล้ายกับเหล็กกล้าผสม เหล็กกล้าประเภทนี้มีโลหะผสมหลายชนิดเพิ่มเข้ามา มาดูองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ที่ทำให้เหล็ก sk5 มีคุณสมบัติที่ได้เปรียบ
แมงกานีส. โดยทั่วไปจะมีแมงกานีส 0.50% ในเหล็ก sk5 โลหะผสมนี้จะเพิ่มความแข็งให้กับเหล็ก
ซิลิคอน. โลหะผสมนี้ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง มีซิลิคอนประมาณ 0.35% ในเหล็ก sk5
โครเมียม. Chromium มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันเล็กน้อย โลหะผสมเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ต้านทานการสึกหรอ การรักษาขอบ และความต้านทานแรงดึง เหล็ก Sk5 มีโครเมียม 0.30%
ทองแดง. ทองแดงปกป้องเหล็กและป้องกันกระบวนการออกซิไดซ์ไม่ให้โลหะเสียหาย มีทองแดง 0.25% ในเหล็ก
คาร์บอน. เนื่องจากเหล็ก sk5 มีคาร์บอนไม่มากนัก จึงไม่ลดความแข็งแรงลง คาร์บอน 0.9% จะเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ความแข็ง และความทนทานแทน
ฟอสฟอรัส. มีฟอสฟอรัส 0.03% ในเหล็ก องค์ประกอบทางเคมีนี้ช่วยเพิ่มความแข็งแรง
กำมะถัน. สุดท้าย เหล็กกล้า sk5 มีกำมะถัน 0.03% สิ่งที่องค์ประกอบนี้ทำคือเพิ่มความสะดวกในการกลึงและหล่อโลหะ
นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบอื่นๆ อีกเล็กน้อย เช่น วาเนเดียมและทังสเตน ที่ผู้ผลิตสามารถเพิ่มได้
ข้อดีของเหล็ก SK-5
ส่วนนี้จะครอบคลุมถึงคุณสมบัติอันมีค่าของเหล็ก sk5 และเหตุใดจึงใช้งานได้ดีกับมีดและเครื่องมือต่างๆ
เหล็ก Sk5 มีการคงคมที่ดี
คาร์บอนในโลหะช่วยเพิ่มความแข็งและคุณภาพในการยึดขอบ
เหล็ก Sk5 ทนทานต่อการสึกหรอ
ประโยชน์อีกประการของปริมาณคาร์บอนคือการเพิ่มความสามารถของโลหะในการต้านทานการสึกหรอ ความทนทานสูงของเหล็กเป็นเหตุผลว่า ทำไมจึงเป็นที่นิยมสำหรับกิจกรรมกลางแจ้ง
โลหะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนพอสมควร
ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ทำให้โลหะมีคุณภาพสูง
แม้ว่า เหล็ก sk5 จะไม่ได้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมที่สุด แต่ก็ยังง่ายต่อการรักษาคุณภาพของใบมีด (ความแข็ง ความเหนียว และความทนทานต่อการกัดกร่อนมักไม่ไปด้วยกัน ดังนั้นนี่จึงถือว่า ค่อนข้างดี)
เหล็ก Sk5 ทนทานต่อแรงกระแทกและแข็งแกร่ง
คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอีกอย่างของเหล็ก Sk5 คือความแข็งแกร่ง เหล็ก SK-5 สามารถต้านทานความเสียหายจากการกระแทกที่รุนแรงและมีความแข็งมาก
วัสดุที่ดีสำหรับมีด
ด้วยคุณสมบัติทั้งหมดที่ระบุไว้ เหล็กกล้า sk5 จึงใช้งานได้ดีเหมือนใบมีด
ข้อเสียของเหล็ก SK-5
ตอนนี้เราจะกล่าวถึงข้อเสียบางประการของเหล็กและปัจจัยใดที่คุณควรพิจารณาก่อนซื้อผลิตภัณฑ์ sk5
คุณไม่สามารถจัดเก็บผลิตภัณฑ์เหล็ก sk5 ในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้น
แม้ว่า sk5 จะทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี แต่นั่นก็ไม่ใช่จุดแข็งของมัน คุณจะต้องดูแลเหล็กเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากการกัดกร่อนและสนิม
เหล็กมีความเปราะในระดับที่สูงขึ้นเมื่อพูดถึงโลหะ ยิ่งเหล็กกล้ามีความแข็งมากเท่าใด ก็ยิ่งเปราะบางมากขึ้นเท่านั้น เมื่อใช้เหล็กกล้า sk5 ที่มีปริมาณคาร์บอนสูง คุณจะต้องคอยสังเกตสิ่งนี้ ใบมีดอาจแตกหักหรือหักได้ภายใต้ความเครียดที่รุนแรง
เมื่อใบมีดมีความเปราะบางสูง คุณจะไม่ได้รับสัญญาณเตือนว่า มีดจะหักเมื่อใด
เหล็ก Sk5 ลับคมยากกว่า หากคุณคิดจะซื้อมีดเหล็ก sk5 สิ่งนี้จะเป็นสิ่งที่ควรคำนึงถึง
เหล็กกล้าที่แข็งกว่ามักจะลับคม ได้ยากกว่า ดังนั้นเหล็กกล้าคาร์บอนสูง sk5 จึงทำงานได้ยาก
Sk85 Sk5 เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนช่วงสูงของญี่ปุ่น หลังจากชุบแข็งและอบคืนตัวแล้ว เหล็กกล้า sk5 มีความแข็งและทนทานต่อการสึกหรอสูง เหล็กกล้าคาร์บอนสูงใช้ทำเครื่องมือต่างๆ ที่ต้องการความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอ เช่น รูปทรงของแม่พิมพ์และพั้นช์ธรรมดา เครื่องมือตัดโลหะ เครื่องมือเจาะ เครื่องตัดงานไม้ ดอกสว่านเจาะเคาน์เตอร์ ขวาน สิ่ว เลื่อยมือตามยาว และ เครื่องมือประกอบช่างฟิต รีเวทดาย และเครื่องมือรองอื่นๆ เราสามารถจัดหาเหล็ก SK5 ในกระบวนการชุบแข็งและชุบแข็งและกระบวนการอบอ่อน
คุณสมบัติทางกายภาพของ SK85 (SK5) มีดังนี้ (จากมาตรฐาน JIS G4401)
[เหล็กแผ่นและแถบรีดเย็น]
ความแข็งของเหล็กแผ่นรีดเย็น: (Hv200~290)
ความแข็งในการหลอม: Hv200 หรือน้อยกว่า ⇒ 620 MPa หรือน้อยกว่า (ค่าที่แปลงแล้ว)
[เหล็กแผ่นและแถบรีดร้อน]
ความแข็งของเหล็กแผ่นรีดร้อน: HRC43 หรือน้อยกว่า ⇒ 860 MPa หรือน้อยกว่า (ค่าที่แปลง)
ความแข็งในการหลอม: HRB100 หรือน้อยกว่า ⇒ 805 MPa หรือน้อยกว่า (ค่าที่แปลง)
อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการชุบแข็งและอบคืนตัว ความแข็งอาจถูกปรับตามลักษณะการใช้งานและรูปร่างของผลิตภัณฑ์เพื่อมุ่งเป้าไปที่ HRC43 หรือสูงกว่า
โมดูลัสยืดหยุ่นจะเป็นค่าทั่วไปสำหรับวัสดุเหล็กที่คล้ายกัน
โมดูลัสยืดหยุ่นตามยาว: 206000
โมดูลัสยืดหยุ่นตามขวาง: 78500
อัตราส่วนของปัวซอง: 0.3
วิวัฒนาการโครงสร้างจุลภาคของเหล็กมุก SK85 ที่เปลี่ยนรูปโดยการรีดเย็นอย่างหนัก
หน้าแรกการตั้งค่าสั่งพิมพ์บทความซ้ำ
เปิดการเข้าถึงบทความ
วิวัฒนาการโครงสร้างจุลภาคของเหล็กมุก SK85 ที่เปลี่ยนรูปโดยการรีดเย็นอย่างหนัก
โดยCai Ding Yang1 ,เย่หลิว2 ,เกาหยางโจว2ออร์ค ,ซิง-ลี่ โจว2 ,Xiong-Gang Lu2ออร์คและกวง-ฮุยเฉา2,*
1
Baosteel Research Institute, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 201900, China
2
State Key Laboratory of Advanced Special Steel, School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China
*
ผู้เขียนที่ควรส่งจดหมายถึง
วัสดุ 2022 , 15 (23), 8405; https://doi.org/10.3390/ma15238405
ได้รับ: 17 ตุลาคม 2565/แก้ไขเมื่อ: 19 พฤศจิกายน 2565/ยอมรับแล้ว: 23 พฤศจิกายน 2565/เผยแพร่: 25 พฤศจิกายน 2565
(บทความนี้อยู่ในหมวดโลหะและโลหะผสม)
ดาวน์โหลด เรียกดูตัวเลข หมายเหตุรุ่น
- เชิงนามธรรม
- วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้ารีดเย็นมุก SK85 ที่มีการลดลงของการกลิ้งสูงถึง 90% มีลักษณะเฉพาะโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดที่มีการเลี้ยวเบนแบบกระจายกลับของอิเล็กตรอน (EBSD) และการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) เหล็กกล้า SK85 มีประสิทธิภาพการรีดเย็นที่ยอดเยี่ยม ระยะห่างระหว่างแผ่นมุกของเพิร์ลไลต์ได้รับการขัดเกลาอย่างเห็นได้ชัด และเหล็กกล้า SK85 สามารถรับแรงดึงได้ถึง 2318 MPa หลังจากลดการรีด 90% เพิ่มขึ้น 83% จาก 1264 MPa ก่อนการรีด การสังเกต EBSD บ่งชี้ว่า พื้นผิว {001} <110> เด่นชัดที่การลดการหมุน 90% ในเหล็กกล้ารีดเย็น Sk85 การแพร่กระจายและการคูณของความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้นระหว่างการกลิ้งเนื่องจากมุมเคอร์เนลเฉลี่ย misorientation (KAM) เพิ่มขึ้นอย่างมากจาก 0.72° เป็น 2.11° การวิเคราะห์ XRD เผยให้เห็นว่า bcc ferrite ถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้าง bct ที่การลดการหมุน 90% มีการหารือถึงกลไกการเสริมความแข็งแกร่ง
มีความแข็งแรงสูง มีความเหนียวเพียงพอ และมีพฤติกรรมการแข็งตัวของความเครียดที่ดีจากการเสียรูปของพลาสติกหนักที่อุณหภูมิแวดล้อม เหล็กกล้ามุกลิติกมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในคอยล์สปริงรถยนต์ สายเคเบิลของสะพานแขวน และสายยางรถยนต์ [ 1 ] การรีดเย็นอย่างหนักของเหล็กมุกลิติกคาดว่า จะขยายขอบเขตการใช้งานของเหล็กกล้าคาร์บอนสูงไปสู่เหล็กแผ่นที่มีความแข็งแรงสูง [ 2 ] นอกจากนี้ยังสามารถเตรียมโลหะผสมเชิงหน้าที่ของแมกนีโตสตริกชัน ซึ่งเป็นโลหะผสม Fe-Co ได้โดยการรีดเย็น [ 3 ] เพิร์ลไลต์ โดยปกติประกอบด้วยลาเมลลาร์เฟอร์ไรต์และซีเมนต์ไทต์ เป็นการสลายตัวแบบยูเทคติกของออสเทนไนต์ในระหว่างกระบวนการระบายความร้อนด้วยความร้อนแบบไอโซเทอร์มอลหรือแบบต่อเนื่อง [ 4 , 5] ซึ่งส่งผลให้มีความแข็งแรงสูงโดยไม่ต้องเติมธาตุเจือเสริมความแข็งแรงจำนวนมาก เช่น Nb, Ti และ V ส่วนประกอบยูเทคตอยด์ที่ใกล้เคียงของเหล็กกล้ามุกสามารถแสดงความแข็งแรงสูงด้วยต้นทุนที่ต่ำ ข้อได้เปรียบเหล่านี้ได้ส่งเสริมการศึกษาของเหล็กกล้ามุก ซึ่งเน้นไปที่ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและความแข็งแรงหลังกระบวนการเปลี่ยนรูปพลาสติก เหล็กมุกรีดเย็นเป็นวัสดุที่เป็นตัวแทนมากที่สุดเนื่องจากมีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษและเสริมความแข็งแรงเป็นพิเศษโดยการสลายตัวของซีเมนต์ที่เกิดจากการเสียรูป [ 6 , 7 ]
สังเกตได้ว่า มุกไลต์ได้รับการขัดเกลาด้วยระยะห่างระหว่างแผ่นกระจกที่ลดลง (ILS) ระหว่างการวาดแบบเย็น ILS ของเพิร์ลไลต์ไม่กี่นาโนเมตรสามารถหาได้จาก 100 นาโนเมตรก่อนการวาดด้วยความเย็น [ 8 , 9, 10 , 11 , 12 ] ซึ่งตั้งสมมติฐานว่า เป็นเส้นทางที่มีประสิทธิภาพสำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกล แผ่นซีเมนต์ไทต์สามารถทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการเลื่อนหลุดร่อนได้ และความคลาดเคลื่อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟอร์ไรต์และซีเมนต์ ความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวเพิ่มขึ้นสามลำดับความสำคัญที่ค่าความเค้น 3.7 ซึ่งเผยให้เห็นว่า ความคลาดเคลื่อนเป็นกลไกเสริมกำลังหลัก [ 13 ] นอกเหนือจากเพิร์ลไลต์บริสุทธิ์ที่มีการเคลื่อนตัวที่ความหนาแน่นสูง ซีเมนต์ไทต์ยังทนทุกข์ทรมานจากการสลายตัวบางส่วนในโลหะผสม Fe-4.5 ที่เปลี่ยนรูปเย็นที่ % C [ 14]. เหล็กกล้ามุกที่มีคาร์บอน 0.7 % โดยน้ำหนักภายใต้ความเครียด 3.5 แสดงว่า เฟสของ
ซีเมนต์ผ่านการละลายบางส่วนระหว่างการวาดลวดเย็น [ 15 ] ทานิยามาและคณะ [ 16 ] รายงานว่า หน่วยเซลล์ของเฟอร์ไรต์ในเหล็กมุกที่ดึงออกมา ซึ่งมี 0.9 wt. % C เปลี่ยนจากโครงสร้าง bcc เป็น bct เนื่องจากความอิ่มตัวของคาร์บอนในเฟอร์ไรต์ที่สายพันธุ์แท้ที่มากกว่า 1.5 การสลายตัวของซีเมนต์ไทต์ที่ตรวจสอบโดยการตรวจเอกซเรย์อะตอมพบว่า ความเข้มข้นของคาร์บอนอยู่ที่ประมาณ 20 at.% ที่ส่วนต่อประสานเฟอร์ไรต์-ซีเมนต์ไทต์ที่ความเครียดการวาดภาพ 3.5 [ 17]. ความเข้มข้นของคาร์บอนจะลดลงอีกเป็น 12–18 ที่ % ในซีเมนต์ไทต์ และความเข้มข้นของคาร์บอนเฉลี่ยในเฟอร์ไรต์อาจเพิ่มขึ้นเป็น 0.63 ที่ % ที่ความเครียดการวาด
ภาพที่ 5 การสลายตัวที่อิ่มตัวที่ความเครียดที่มากกว่า 5 [ 18 ] อะตอมของคาร์บอนส่วนใหญ่แยกออกจากกันที่ขอบเกรนย่อยในเฟอร์ไรต์ ซึ่งบ่งชี้ว่า ความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวในเฟอร์ไรต์น่าจะเป็นกลไกที่อยู่ภายใต้การสลายตัวของซีเมนต์ระหว่างการดึงเย็นอย่างหนัก [ 19 ] การสลายตัวที่เกิดจากความเครียดของซีเมนต์ไทต์ในเหล็กมุกรีดเย็นยังมีผลกระทบที่สำคัญต่อคุณสมบัติเชิงกลของมัน อะตอมของคาร์บอนที่แยกออกจากซีเมนต์นั้นเชื่อว่า ก่อตัวเป็นชั้นบรรยากาศคอตเทรล (Cottrell) ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ [ 20]]. เมื่อปริมาณคาร์บอนในเฟอร์ไรต์เพิ่มขึ้น การแข็งตัวของสารละลายที่เป็นของแข็งก็เป็นอีกปัจจัยเสริมความ
แข็งแกร่งในเหล็กมุกที่ดึงเย็น [ 21 ] เป็นที่ทราบกันดีว่า การรีดเย็นสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการรับแรงดึงได้ ในระหว่างการเปลี่ยนรูปของพลาสติกอย่างหนัก ผลึกของเพิร์ลไลต์จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ระยะห่างระหว่างแผ่นระหว่างแผ่นและการวางแนวที่คลาดเคลื่อนตามและทั่วแผ่นเฟอร์ไรต์แสดงการแปรผันผ่านของเส้นผ่านศูนย์กลางที่มีนัยสำคัญในเส้นลวดที่ลากไปยังเส้นลวดขนาดใหญ่ [ 22 ] EBSD เป็นเทคนิคการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการระบุลักษณะเฉพาะของเฟสผลึกศาสตร์ การวางแนวของผลึก และความหนาแน่นของข้อบกพร่อง KAM ที่ได้มาจากข้อมูล EBSD เป็นการวัดความคลาดเคลื่อนของธัญพืชในท้องถิ่น [ 23] ซึ่งสามารถใช้ในการประเมินการกระจายตัวของความเครียดพลาสติกในพื้นที่และความหนาแน่นของการเคลื่อนที่
จนถึงตอนนี้ การตรวจสอบลักษณะทางผลึกศาสตร์ของเหล็กมุกรีดเย็นที่วัดโดย EBSD ยังมีข้อจำกัด งานวิจัยก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่เหล็กมุกที่ดึงออกมา การรีดเย็นหนักของเหล็กกล้ามุกลิติกช่วยขยายขอบเขตการใช้งานทางวิศวกรรมอุตสาหการของเหล็กกล้าคาร์บอนสูง [ 2]. อย่างไรก็ตาม วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคระหว่างการรีดเย็นหนักของเหล็กกล้ามุกไลติกยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ บทความนี้เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ XRD และ EBSD ของเหล็กมุก SK85 ที่การลดขนาดการรีดเย็นแบบต่างๆ โดยเน้นเป็นพิเศษที่ผลกระทบของโครงสร้างจุลภาคและผลึกศาสตร์ต่อสมบัติเชิงกล นัยของการศึกษานี้คาดว่า จะเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจพฤติกรรมเชิงกลของเหล็กกล้ามุกรีดเย็นอย่างหนักและกลไกการเสริมความแข็งแรงพื้นฐาน
2. วัสดุและวิธีการ
แผ่นเหล็กมุก SK85 ที่ใช้ในการวิจัยนี้จัดหาโดย Baoshan Iron & Steel Co., Ltd. (เซี่ยงไฮ้ ประเทศจีน) และถูกรีดเย็นจากความหนา 1.8 ถึง 0.18 มม. โดยมีอัตราส่วนการลดลงจาก 10, 30, 50, 70 ถึง 90% ตามลำดับ องค์ประกอบทางเคมีของเหล็กกล้า SK85 แสดงไว้ในตารางที่ 1. โครงสร้างจุลภาคของชิ้นงานทดสอบหลังจากการรีดถูกสังเกตโดย JSM-7001F SEM ที่ปล่อยภาคสนาม (JEOL, โตเกียว, ญี่ปุ่น) ก่อนการระบุลักษณะเฉพาะ พื้นผิวของชิ้นงานถูกบดด้วยกระดาษทรายแบบกันน้ำทีละเม็ดตั้ง แต่ 400 ถึง 2,000 เม็ด จากนั้นกัดด้วยสารละลายไนตัล 4 % โดยปริมาตร คุณสมบัติทางผลึกศาสตร์ของเฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้ารีดเย็น SK85 ได้รับการวิเคราะห์โดยใช้ SU70 Hitachi SEM (ฮิตาชิ โตเกียว ญี่ปุ่น) ซึ่งติดตั้งเครื่องตรวจจับ EBSD พื้นผิวของชิ้นงานที่ผ่านการรีดถูกขัดเงาเป็นเวลา 4 ชั่วโมงในเครื่องขัดเงาแบบสั่นสะเทือน Buehler VibroMet 2 (Buehler, Lake Bluff, Illinois, USA) ด้วยสารละลายซิลิกาคอลลอยด์ขนาด 0.04 μm หลังจากขั้นตอนการบดแบบมาตรฐาน การสแกน EBSD ดำเนินการด้วยขนาดขั้นละ 50 นาโนเมตรที่แรงดันไฟฟ้า 15 kV24 , 25 , 26 , 27]. ข้อมูลดิบได้รับการวิเคราะห์โดยใช้ซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ TSL-OIM (เวอร์ชั่น 7.0) สำหรับการวิเคราะห์
XRD ภาพตัดขวางตามยาวของชิ้นงานที่รีดจะถูกขัดด้วยกลไก จากนั้นจึงทำการขัดด้วยไฟฟ้าโดยใช้ HClO4 20 vol% ในกรดน้ำแข็งน้ำแข็งเพื่อขจัดความเค้นตกค้างในชั้นที่ขัดด้วยกลไก ดิฟแฟรกโตแกรมวัดโดย D/MAX 2500 diffractometer (ริกากุ โตเกียว ญี่ปุ่น) ด้วยรังสี Cu Kα1 ที่มีความยาวคลื่น λ = 0.1541 นาโนเมตร ทำงานที่ 40 kV และ 250 mA ด้วยความเร็วในการสแกน 0.2°/นาที จาก 42.8° ถึง 46.4° และจาก 80.5° ถึง 84.1° ตามลำดับ ในการประเมินคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้า SK85 หลังจากการรีดเย็นแบบต่างๆ การทดสอบแรงดึงได้ดำเนินการภายใต้สภาวะแวดล้อมในเครื่องทดสอบสากลอิเล็กทรอนิกส์ MTS C40 (MTS, Eden Prairie, MN, USA) ที่อัตราความเครียด 2 × 10−4วินาที−1 _ มีการทดสอบทางกลหลายอย่างที่สามารถใช้เพื่อกำหนดคุณสมบัติที่จำเป็นในข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ รันด์บารัน และคณะ [ 28 ] ตรวจสอบโมดูลัสดัดโค้งของอีพ็อกซี่คอมโพสิตลามิเนตของ CNT ของความยืดหยุ่นและความเหนียวในการดัดที่อุณหภูมิห้องโดยใช้การทดสอบการดัดงอสามจุดที่ระบุใน ASTM D790 ในกรณีนี้ คุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้า SK85 ถูกกำหนดตามวิธีการทดสอบมาตรฐานของ ASTM A370-10 [ 29 ] วิธีการทดสอบนี้ครอบคลุมถึงขั้นตอนและคำจำกัดความสำหรับการทดสอบทางกลของเหล็กดัดและเหล็กหล่อ เหล็กกล้าไร้สนิม และโลหะผสมที่เกี่ยวข้อง
3. ผลลัพธ์
รูปที่ 1 a เป็นไมโครกราฟ SEM ที่ระบุมุกไลต์ด้วย ILS 120 นาโนเมตรในเหล็กกล้า SK85 ก่อนการรีด ลาเมลลาร์เพิร์ลไลต์ถูกดัดงอและขัดเกลาด้วย ILS 85 นาโนเมตรที่อัตราส่วนการลดลง 10% ดังแสดงในรูปที่ 1ข ILS ลดลงเหลือประมาณ 80 นาโนเมตรที่อัตราส่วนการลดลง 30% และแทบไม่สังเกตเห็นการแตกหักของเพิร์ลไลต์ (รูปที่ 1ค) เมื่อการลดการหมุนเพิ่มขึ้น ไข่มุกจะโค้งงออย่างมากหลังจากอัตราส่วนการลดลง 50% แผ่นซีเมนต์ไทต์แสดงการกระจายตัวบางส่วน (รูปที่ 1 d,e) ที่อัตราส่วนการลดลง 50 และ 70% ซึ่งนำไปสู่ความยากลำบากในการวัดค่า ILS รูปที่ 1 f แสดงให้เห็นว่า การบิดตัวของซีเมนต์นั้นรุนแรง และมุกไลต์ถูกพับอย่างมากที่อัตราส่วนการลดลง 90%
เส้นโค้งความเค้น-ความเครียดแรงดึงที่อุณหภูมิห้องของ SK85 รีดเย็นที่การลดลงของการ รีด เย็นที่แตกต่างกันแสดงในรูปที่ 2 เหล็กกล้า SK85 แสดงจุดครากที่ชัดเจนก่อนการรีด ซึ่งไม่พบหลังจากการรีดเย็น ค่ากำลังรับแรงดึง (YS) ค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุด (UTS) และค่าความเครียดการแตกหักของเหล็ก SK85 ที่อัตราส่วนการลดลงสูงสุด 90% แสดงอยู่ในตารางที่ 2. เหล็กกล้า SK85 ที่ไม่มีการเสียรูปมีค่า YS (924 MPa) และ UTS (1264 MPa) ที่ต่ำกว่า ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในขณะที่ความเครียดจากการแตกหักลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเพิ่มอัตราส่วนการลดการหมุน ที่อัตราส่วนการลดลง 50% YS และ UTS ของเหล็กกล้า SK85 เพิ่มขึ้นเป็น 1419 และ 1611 MPa จากนั้นเพิ่มขึ้นอย่างมากเป็น 2161 และ 2318 MPa ตามลำดับ ที่อัตราส่วนการลดลง 90% ก่อนการรีดเย็น เหล็กกล้า SK85 นั้นมีความเหนียวที่ดีมากโดยมีค่าความเค้นแตกหักที่ 14.0% ซึ่งลดลงเหลือเพียง 1.8% ที่อัตราส่วนการลดลง 90%
พื้นผิวการแตกหักของแรงดึง ที่ อุณหภูมิห้องของเหล็ก SK85 ที่อัตราส่วนการลดการรีดเย็นที่แตกต่างกันแสดงในรูปที่ 3 พื้นผิวที่แตกหักทั้งหมดประกอบด้วยรอยบุ๋ม ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการแตกหักแบบเหนียว ขนาดของลักยิ้มที่ใหญ่ขึ้นและลึกขึ้นแสดงถึงความเป็นพลาสติกที่ดี จากรูปที่ 3จะเห็นได้ชัดเจนว่า ขนาดของรอยบุ๋มลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่ออัตราส่วนการลดลงเพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นว่า ความเป็นพลาสติกของเหล็ก SK85 ลดลงระหว่างการรีดเย็น ข้อสรุปนี้สามารถดึงมาจากเส้นโค้งความเครียดแรงดึง-ความเครียดของเหล็ก SK85 ที่อัตราส่วนการลดการรีดเย็นที่แตกต่างกันดังแสดงใน รูป ที่ 2
แผนผังการวางแนว EBSD ของระนาบทิศทางการกลิ้ง-ทิศทางตาม ขวาง (RD-TD) ของเหล็ก SK85 ที่การลดการหมุนต่างกันแสดงในรูปที่ 4 สิ่งที่ใส่เข้าไปคือ{001} เสาที่สอดคล้องกัน และ{001} ตั้งฉากกับทิศทางปกติ (ND) สีน้ำเงิน สีแดง และสีเขียวแสดงถึงทิศทาง <111>, <001> และ <110> ตามลำดับ ก่อนกลิ้ง พื้นผิวเริ่มต้นจะถูกสุ่มและได้รับพื้นผิว {001} <110> ที่แข็งแกร่งที่การลดการหมุน 90%
รูปที่ 5เป็นแผนที่การกระจาย KAM ความละเอียดสูงรหัสสีของเหล็ก SK85 ก่อนและหลังการรีดเย็น แถบพิกเซลสีน้ำเงินถึงแดงในแผนที่ KAM สอดคล้องกับมุมที่เพิ่มขึ้นตั้ง แต่ 0 ถึง 5° มุม KAM ที่ต่างกันแสดงการเสียรูปที่เกิดจากการไล่ระดับสีเฉพาะที่ภายในเฟอร์ไรต์ มุม KAM ที่ใหญ่ขึ้นสอดคล้องกับความหนาแน่นของการเคลื่อนที่ที่สูงขึ้น ดังที่แสดงไว้อย่างชัดเจนในแผนที่ KAM ความเครียดของพลาสติกในท้องถิ่นค่อยๆ สะสมและเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหนืออัตราส่วนการลดลงที่ 70%
KAM และ UTS เทียบกับการลดการหมุนแสดงในรูปที่ 6 มุม KAM เฉลี่ยของเหล็กกล้า SK85 อยู่ที่ประมาณ 0.74° ที่การลดการหมุน 10% ซึ่งเป็นระดับเดียวกับในชิ้นงานที่ไม่เสียรูป (0.72°) ซึ่งบ่งชี้ว่า การสะสมของความเครียดพลาสติกในท้องถิ่นนั้นไม่รุนแรงในระยะเริ่มต้นของ กลิ้ง เมื่อการหมุนเข้าใกล้อัตราส่วนการลดลง 70% มุม KAM เฉลี่ยเพิ่มขึ้นเป็น 1.41° บ่งชี้ถึงการคูณความคลาดเคลื่อน SK85 มี KAM สูงถึง 2.11° ที่การลดการหมุน 90% เหล็กกล้า UTS ของ SK85 มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นคล้ายกับของ KAM และสังเกตพบอัตราการเพิ่มที่สูงขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหนือการลดการหมุนที่ 70%
รูปที่ 7แสดงกราฟโทแกรมของยอดเฟอร์ไรต์ (110) และ (211) ของเหล็กกล้ารีดเย็น SK85 ระนาบผลึกศาสตร์ {110} เป็นระนาบที่อัดแน่นของเฟอร์ไรต์ ความกว้างเต็มที่ที่ครึ่งสูงสุด (FWHM) ของเฟอร์ไรต์พีค (110) เพิ่มขึ้นจาก 0.28° ก่อนการรีดเป็น 0.31° และ 0.42° ที่การลดการหมุน 50% และ 90% ตามลำดับ แสดงผลการขยายสูงสุดระหว่างการรีดเย็น จุดสูงสุดของการเลี้ยวเบน (110) ถูกสังเกตอย่างน่าทึ่งว่า เลื่อนไปที่มุมที่ต่ำกว่าก่อนการลดลงของการหมุน 50% และจากนั้นไปที่มุมที่สูงขึ้น มุมการเลี้ยวเบนของจุดสูงสุด (211) ในตอนแรกลดลงที่อัตราส่วนการลดลง 10% มีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อลดการหมุนเพิ่มขึ้นถึง 50% และลดลงในที่สุดที่การลดการหมุน 90%
พารามิเตอร์แลตทิซ (aและc) และ อัตราส่วน c / a ของเฟอร์ไรต์ที่การลด ลงของการหมุนต่างกันแสดงในรูปที่ 8 ก่อนรีด เฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้า SK85 ที่ไม่เสียรูปมีโครงสร้าง bcc ที่มีพารามิเตอร์แลตทิซaที่ 0.2867 นาโนเมตร และอัตราส่วน a c / a ที่ 1 ระหว่างการรีดถึง 50% อัตราส่วน การลดลง เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็น 0.2874 นาโนเมตร ขณะที่cลดลงเหลือ 0.2835 นาโนเมตร ดังนั้นc / aอัตราส่วนของเฟอร์ไรต์ลดลงจาก 1 เป็น 0.986 เมื่อลดการหมุนลงมากกว่า 50% ซีเมนต์จะเข้าสู่สถานะไม่สมดุลเนื่องจากความเครียดจากการกลิ้งที่มากขึ้น เมื่ออะตอมของคาร์บอนจากซีเมนต์ที่สลายตัวเข้าสู่เฟอร์ไรต์ อัตราส่วน c / aเริ่มเพิ่มขึ้นที่อัตราส่วนการลดลง 70% เนื่องจากการลดลงของa และการเพิ่มขึ้นของc ที่การลดการหมุน 90% อัตราส่วน c / aเพิ่มขึ้นเป็น 1.004 โดยลดลงเป็น 0.2869 นาโนเมตร และcเพิ่มขึ้นเป็น 0.2881 นาโนเมตร เมื่อ อัตราส่วน c / aของเฟอร์ไรต์เกิน 1 เฟอร์ไรต์จะแสดงโครงสร้าง bct
