EN
Mekaniska egenskaper hos stål 1010 för kallformning
Töjning och duktilitet hos glödgat stål 1010
Den främsta egenskapen som 1010-stål besitter, och som underlättar kallformning, är dess dokumenterade duktilitet. I sin glödgade tillstånd visar materialet en töjning som överstiger 30 % innan brott. Därför är det möjligt att termiskt behandla stålet för att sedan kallstansa och kallböja det, vilket säkerställer att stålet inte går sönder vid kallformning. Karaktäriseringen av brotttöjningen beror på stålets mycket låga kolhalt (0,10 %); den är tillräckligt låg för att dislokationer ska kunna fritt och utan hinder genomlöpa hela ferritgittret och därmed skapa den nödvändiga duktiliteten. Även om mer avancerade stål är starkare, uppnår de fortfarande inte samma töjningsvärden – de ligger på 15 % eller lägre – vilket innebär begränsningar för de geometriska former som kan tillverkas. Denna låga gräns för töjning är också anledningen till att mer avancerade stål är olämpliga för komponentapplikationer där komplexa former ska kallformas. Inom industrin används sådana applikationer exempelvis inom bilindustrin för tillverkning av upphängningsfästen samt för tillverkning av komplexa höljeskonfigurationer för elektriska komponenter. AMS 366-specifikationerna för glödgat 1010-stål anger ett töjningsintervall på 30–40 %. Denna övergenomsnittliga sträckbarhet är en.
Påverkan av förhållandet mellan sträckgräns och draghållfasthet på återböjning och sprickmotstånd
Utbytet/töjningshållfasthetsförhållandet är en avgörande faktor för materialets beteende vid omformningsprocesser. Ta till exempel stål 1010. Vid ett utbytet/töjningshållfasthetsförhållande nära 0,5 observeras liten återböjning på grund av en gradvis övergång av materialet från elastisk till plastisk deformation. Töjningshållfastheten är 365 MPa enligt ASTM, och detta stål visar även en sprickfri respons vid måttlig deformation, men med en reservation. Materialet ger minimal härdning under deformation, vilket är fallet vid ett lågt n-värde på 0,18. Därför är detta stål inte lämpligt för högsträckningsapplikationer, såsom djupdragning. För dessa applikationer föredrar tillverkare interstitiellfritt stål, som har n-värden över 0,23 och därmed överträffar stål 1010. Enligt data från ASM International återböjer stål 1010 dessutom mindre än 40 % så mycket som stål 1020 under samma böjningsförhållanden. Detta gör det idealiskt för användning i precisionsdelar, till exempel vanliga byggmaterial.
Bearbetningsprestanda för 1010-stål vid typiska kallformningsoperationer
Stansning, böjning och lätt djupdragning: Fördelar med 1010-stål
Under låg- till mellanhög belastning, såsom stansning, böjning eller grunt dragformning, presterar 1010-stål väl. Materialets förlängningsegenskap, definierad i ASTM A366, möjliggör en förlängning på 28–32 procent utan brott, vilket gör det lämpligt för dessa processer. 1010-stål är attraktivt tack vare dess låga flytgräns på cirka 180–210 MPa, vilket minskar kraven på presskraft och därmed sänker energiförbrukningskostnaderna. Därför används 1010-stål ofta av företag för tillverkning av formdelar med låg kravnivå, såsom metallbygglås, klämmor och höljeskomponenter. Den utmärkta ytkvaliteten hos de formade delarna är en fördel, särskilt för höljen som kräver dekorativa ytor. Om slutanvändningen däremot kräver hög precision kan det dock bli nödvändigt med ytterligare spänningsavlastning genom glödgning av delen.
Begränsningar vid kraftig djupdragning och kallhuvning med hög förhållande
1010-stål kan helt enkelt inte användas vid högspänningsbelastade processer som djupdragning eller kallpressning med kompressionsförhållanden över 2:1. Detta beror på materialets relativt låga n-värde; arbetshärdning sker snabbt vid låga n-värden, vilket innebär att materialet är benäget att spricka vid bearbetning av mer komplicerade geometriska former. Alla som någonsin försökt tillverka djupdragna koppar vet att märkbar väggtjunnning och sprickbildning uppstår när väggtjockleken minskar med mer än 40 %. Dessutom gör det låga n-värdet kallpressningsoperationer med kolt stål problematiska, vilket leder till att 1010-stål ger upphov till kantbrott och duktilitetsproblem vid tillverkning av kallpressade bultar och fästdon. På grund av dessa problem ersätts 1010-stål ofta med interstitiellt fritt (IF) stål, även om IF-stål vanligtvis är dyrare. Dessa material är utformade för att ge bättre formbarhet och bättre ytkvalitet.
Arbetshärdningsbeteende: Vikten av 1010-stålets låga n-värde i tillverkningen
1010-stålets n-värde är cirka 0,18, vilket i sin tur innebär att detta ståls arbetshärtningskaraktäristik inte är lika utpräglad. Av denna anledning kan stål med ett lägre n-värde uppnå maximal arbetshärdning, vilket sker vid lägre nivåer av deformation. Detta kan faktiskt försämra återböjningen vid enkla böjningar och grunt dragning, samt öka antalet kalibreringssteg. Det innebär dock också att 1010-stål är benäget att koncentrera deformationen till några få områden, vilket kan leda till fler defekter vid skarpa hörn och/eller vid djup dragning. Härdningen kan även ske på ett ojämnt sätt över ytan, vilket kan ge problem med mått och toleranser, särskilt vid stora serier av arbetsstycken. Det är möjligt att en verkstad använder en kombination av processer för att mildra denna arbetshärtningsbeteende, men detta leder också till lägre utbyten och högre kostnader. Stål med n-värden som överstiger 0,25, till exempel interstitialfritt (IF) stål, är mycket bättre när det gäller homogenitet för mer komplexa bearbetningsoperationer, men många tillverkare föredrar fortfarande 1010-stål när de kräver en kombination av god bearbetbarhet, en acceptabel kostnad per massenhet och en marginellt acceptabel formbarhetsnivå för en given applikation.
Hur 1010-stål jämförs med alternativ för tillverkning av kallformade delar
Jämfört med 1008-, 1020- och interstitiellt fritt (IF) stål: Kompromisser mellan formbarhet, kostnad och ytkvalitet
1010-stål ligger mellan olika lågkolstålslästen. Med 0,10 % kol ger det bättre draghållfasthet än 1008-stål, som endast innehåller 0,08 % kol. Det är också mer formbart än 1020-stål, som innehåller 0,20 % kol. Denna formbarhet är fördelaktig för böjningsoperationer samt grundläggande stansningsoperationer. Interstitiellt fritt (IF) stål erbjuder dock betydande fördelar. IF-stål presterar bättre än de andra tre kvaliteterna – inklusive 1010-, 1020- och 1008-stål – vid djupdragning tack vare frånvaron av kol och andra specialmikrolegeringsadditiv som hämmar töjningsåldring i materialet.
Komplexiteten i bearbetningen framgår av de olika kostnaderna.
1010- och 1008-stål är vanligtvis de billigaste alternativen.
1010-stål är 5–8 % billigare än 1020-stål på grund av att sammansättningen hos 1020-stål kontrolleras striktare.
IF-stål är 15–20 % dyrare på grund av den särskilda smältningen och den särskilda glödgningen.
Kostnad och bearbetningskomplexitet avgör valet. 1010-stål används vanligtvis i applikationer med strikta budgetkrav och vissa omformningskrav, till exempel strukturella fästbeslag eller höljesdelar. De flesta tillverkare anser att denna kombination är ganska svår att satsa på, eftersom 1010-stål fungerar bäst under budgetmässiga begränsningar.
IF-stål har samtidigt en utmärkt ytyta med slät och enhetlig ytfinish, vilket krävs för bilkomponenter som ska lackeras. Under omformningsoperationer uppvisar 1020-stål färre Lüders-band än 1010-stål, vilket är ett stål med mer utpräglade Lüders-band.
F.A.Q
Vad är det främsta fördelen med att använda 1010-stål för kallformning?
1010-stål har en hög grad av duktilitet. Därför kan de stansade delarna böjas upprepade gånger utan risk för sprickbildning.
Varför är 1010-stål inte lämpligt för djupdragning?
På grund av dess låga värde på n, som är mindre än 0,18, visar stål 1010 dålig arbetshärdning, vilket gör att det härdas snabbt och blir sprödt vid höga töjningsförhållanden.
Hur jämför sig stål 1010 med andra kolstål med låg kolhalt?
Jämfört med stål 1008 och 1020 har stål 1010 en unik kombination av formbarhet, draghållfasthet och pris, vilket gör det mer attraktivt, även om interstitiellt fritt stål har bättre formbarhet, dock till ett högre pris.