Entendendo a conformabilidade do aço inoxidável em nível atômico

Grão, ductilidade, deformação plástica e elástica, fratura e trabalho a frio são importantes para o processo de conformação para evitar fraturas e rachaduras e otimizar a conformabilidade. Imagens fornecidas

Fabricantes de fabricação de metal selecionam metais para desempenhar uma função com base nas características físicas do metal. Um tubo de escape de aço inoxidável deve resistir à ferrugem. Um trocador de calor em um jato deve suportar altas temperaturas em serviço agressivo.

Claramente, a maneira como um metal se comporta ou pode se comportar é crítica para a função. Nesses exemplos, ligas específicas seriam selecionadas devido às diferenças em suas aplicações. Os fabricantes de metal devem entender o comportamento do aço inoxidável para serem bem-sucedidos na produção de produtos fabricados em aço inoxidável para a indústria.

Uma das características de metal mais importantes para os fabricantes considerarem é a ductilidade. Ductilidade é a capacidade de um material de se deformar plasticamente e fazê-lo sem quebrar.

O processo histórico de ferraria envolvia martelar metais em formas. Formas como lâminas são relativamente simples de produzir porque fazê-las não requer dobras ou formas complicadas. No entanto, lâminas e formas marteladas eram únicas. Cada peça era uma obra de arte única, em certo sentido. Hoje, os formadores de metal precisam produzir repetidamente peças de aço inoxidável de acordo com as especificações. Ao contrário da ferraria, há menos "espaço de manobra" para fazer correções instantâneas.

A deformação permite que os metais sejam formados em geometrias específicas. Compreender suas propriedades de ductilidade é fundamental para o sucesso. Os fabricantes devem selecionar uma liga com base em suas propriedades mecânicas adequadamente para facilitar a conformação necessária para que a forma final atenda às características físicas exigidas.

Os fabricantes de metal podem obter uma boa percepção da ductilidade da liga observando características como o alongamento do material (conforme mostrado nas certificações do material), aplicações comuns e taxas de endurecimento. Mas a ductilidade ocorre no nível atômico. É importante olhar para o nível atômico para formar uma compreensão completa do que é a ductilidade e por que é importante para os processos.

Os metais se comportam de maneira diferente de outros materiais. Sua capacidade de ser deformado plasticamente, manter a forma e manter a resistência na deformação é única. Essas características únicas são derivadas dos tipos de átomos no metal e suas ligações. A ligação atômica determina essencialmente como os elétrons são transferidos ou compartilhados entre os átomos de um material. A ligação mantém os átomos juntos em materiais coerentes.

Os átomos de metal ficam juntos com ligações metálicas quando os elétrons são compartilhados livremente entre os átomos. Os átomos se alinham em linhas ordenadas em 3D, conhecidas como rede cristalina.

As ligações metálicas permitem o movimento dos átomos através da rede. É esse movimento atômico que define a capacidade de deformação plástica.

A deformação pode ocorrer sob tensão de compressão ou tração. Esses tipos de estresse definem todos os processos de fabricação.

Os átomos de metal podem se mover através do volume de grãos mais facilmente do que o contorno de grão desalinhado. Imagine dirigir por uma rodovia onde todas as rampas de saída são abruptamente 3 metros mais altas que a rodovia. Para acessar a rampa de saída, o motorista teria que erguer fisicamente o carro 3 metros no ar.

O movimento do átomo de metal em compressão é chamado maleabilidade e em tensão, ductilidade. Ambos os termos são definidos em plasticidade, que expressa a capacidade de um material ser deformado sem rachar.

A cunhagem é um processo de fabricação compressiva que depende da maleabilidade. A estampagem profunda é um processo de tração que depende da ductilidade.

Em ambos os processos, os átomos são movidos por métodos diferentes, mas ambos requerem movimento atômico para funcionar. Considere tentar cunhar um prato de jantar de porcelana. A porcelana é uma cerâmica que contém ligações covalentes em oposição às ligações metálicas. Ao contrário das ligações metálicas, as ligações covalentes não compartilham elétrons livremente e isso impede o movimento atômico. Sob pressão, a placa se espatifará por causa dessa falta de movimento atômico; não pode deformar plasticamente. Por esta razão, o metal é o melhor material para operações de cunhagem.