ASTM A709-50W ท่อเหล็ก Corten Weathering

มกราคม 16, 2026

การวิเคราะห์การขึ้นรูปโค้งงอด้วยข้อศอกสแตนเลส WP304

การวิเคราะห์สาเหตุการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน

นามธรรม: สแตนเลส WP304, เป็นวัสดุสเตนเลสออสเทนนิติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย, ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในส่วนประกอบข้อศอกของปิโตรเคมี, การบินและอวกาศ, และสาขาวิศวกรรมทางทะเลเนื่องจากเป็นเลิศ การกร่อน ความต้านทาน, คุณสมบัติทางกล, และความเสถียรที่อุณหภูมิสูง. การขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนเป็นกระบวนการผลิตหลักสำหรับข้อศอกสแตนเลส, โดดเด่นด้วยประสิทธิภาพการผลิตที่สูง, คุณภาพการขึ้นรูปที่ดี, และความสามารถในการปรับตัวเข้ากับรูปร่างที่ซับซ้อนได้ดี. อย่างไรก็ตาม, การแตกร้าวของผนังด้านในมักเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304, ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออัตราคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์, ทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น, และยังก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นกับการใช้ข้อศอกในภายหลัง. เพื่อแก้ไขปัญหาทางเทคนิคนี้, บทความนี้เป็นการศึกษาเชิงลึกถึงสาเหตุของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ระหว่างการขึ้นรูปแบบกดด้วยความร้อน.

ประการแรก, กระดาษอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับคุณลักษณะวัสดุของสแตนเลส WP304, รวมถึงองค์ประกอบทางเคมีด้วย, จุลภาค, และคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูง, วางรากฐานทางทฤษฎีเพื่อวิเคราะห์กลไกการแตกร้าว. ประการที่สอง, โดยจะแนะนำหลักการพื้นฐานและพารามิเตอร์กระบวนการสำคัญของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, และชี้แจงกฎการกระจายความเค้น-ความเครียดของข้อศอกในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป, โดยเฉพาะปรากฏการณ์ความเข้มข้นของความเครียดที่ผนังด้านใน. แล้วก็, ผ่านการผสมผสานการวิจัยวรรณกรรม, การวิเคราะห์เชิงทดลอง, และการจำลององค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์, สาเหตุหลักของการแตกร้าวของผนังด้านในมีการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบ, รวมถึงปัจจัยทางวัตถุ (เช่นการผนวกรวม, ขนาดเม็ด, และความเครียดที่เหลืออยู่), ปัจจัยกระบวนการ (เช่น อุณหภูมิการขึ้นรูป, ผลักดันความเร็ว, การออกแบบแม่พิมพ์, และความสม่ำเสมอของความร้อน), และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (เช่นออกซิเดชันและการแยกคาร์บอน). ในที่สุด, มีการเสนอมาตรการป้องกันและควบคุมที่เกี่ยวข้องตามสาเหตุของการแคร็ก, เช่นการปรับองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุให้เหมาะสม, ปรับปรุงกระบวนการบำบัดความร้อน, ปรับพารามิเตอร์กระบวนการดัดงอแบบกดร้อนให้เหมาะสม, และปรับปรุงโครงสร้างแม่พิมพ์.

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อนนั้นเป็นผลมาจากปัจจัยหลายประการ. ในหมู่พวกเขา, การจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการผลักอย่างไม่สมเหตุสมผล, ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของช่องว่าง, โครงสร้างแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผลทำให้เกิดความเครียดที่มากเกินไปบนผนังด้านใน, และการมีอยู่ของการรวมที่เป็นอันตรายในวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการแตกร้าว. มาตรการป้องกันที่นำเสนอในบทความนี้สามารถลดการแตกร้าวของผนังด้านในได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ปรับปรุงอัตราคุณสมบัติผลิตภัณฑ์ของข้อศอกสแตนเลส WP304, และให้การสนับสนุนทางเทคนิคเพื่อการผลิตที่มั่นคงและมีประสิทธิภาพขององค์กร. การศึกษานี้มีความสำคัญทางทฤษฎีที่สำคัญและคุณค่าการใช้งานจริงในการปรับปรุงระดับการผลิตข้อศอกสแตนเลส WP304 และรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของอุปกรณ์ทางวิศวกรรม.

คำสำคัญ: สแตนเลส WP304; ข้อศอก; การขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน; ผนังด้านในแตกร้าว; การวิเคราะห์สาเหตุ; มาตรการป้องกัน

1. บทนำ

1.1 ความเป็นมาและความสำคัญของการวิจัย

ในปีที่ผ่านมา, ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของปิโตรเคมีระดับโลก, พลังงานนิวเคลียร์, การบินและอวกาศ, และอุตสาหกรรมวิศวกรรมทางทะเล, ความต้องการประสิทธิภาพสูง ไปป์ไลน์ ส่วนประกอบมีเพิ่มมากขึ้น. เป็นส่วนประกอบเชื่อมต่อที่สำคัญในระบบท่อ, ข้อศอกมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนทิศทางการไหลของของไหลและทำให้การทำงานของท่อเป็นไปอย่างราบรื่น. สแตนเลส WP304 เป็นสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีระบบโลหะผสม Cr-Ni, ซึ่งมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม (โดยเฉพาะกับบรรยากาศ, น้ำ, และสื่อเคมี), ความแข็งแรงและความเหนียวที่อุณหภูมิสูงที่ดี, และขึ้นรูปและเชื่อมได้ดีเยี่ยม. ดังนั้น, ข้อศอกสแตนเลส WP304 ใช้กันอย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงเช่น อุณหภูมิสูง, แรงดันสูง, และการกัดกร่อนที่รุนแรง.

การขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนเป็นกระบวนการที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตข้อศอกสแตนเลส. เมื่อเทียบกับกระบวนการขึ้นรูปอื่นๆ เช่น การปั๊มขึ้นรูปและการขึ้นรูป, การขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนมีข้อดีของการไหลของกระบวนการที่เรียบง่าย, ประสิทธิภาพการผลิตสูง, ต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำ, และความสม่ำเสมอที่ดีของความหนาของผนังข้อศอกที่เกิดขึ้น. เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตข้อศอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและรัศมีการดัดต่างกันเป็นจำนวนมาก. อย่างไรก็ตาม, ในกระบวนการผลิตจริง, เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อน และสภาวะความเค้น-ความเครียดของวัสดุระหว่างการทำงานที่ร้อน, ข้อบกพร่องต่าง ๆ มักจะเกิดขึ้นในข้อศอกที่มีรูปร่าง, การแตกร้าวของผนังด้านในถือเป็นข้อบกพร่องที่พบบ่อยและเป็นอันตรายประการหนึ่ง.

การแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ไม่เพียงแต่ลดคุณสมบัติทางกลเท่านั้น (เช่นความแข็งแกร่ง, ความเหนียว, และความต้านทานต่อความเมื่อยล้า) ของข้อศอกแต่ยังมีช่องทางสำหรับการแทรกซึมของสารกัดกร่อน, เร่งความล้มเหลวในการกัดกร่อนของข้อศอก. ในกรณีที่รุนแรง, มันอาจจะนำไปสู่การรั่วไหลของท่อได้, ก่อให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยครั้งใหญ่และความสูญเสียทางเศรษฐกิจ. ตัวอย่างเช่น, ในโรงงานปิโตรเคมีแห่งหนึ่ง 2022, อุบัติเหตุท่อรั่วเกิดขึ้นเนื่องจากการแตกร้าวของข้อศอกสแตนเลส WP304 ระหว่างการให้บริการ, ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลของสารพิษและสารอันตราย, ซึ่งไม่เพียงแต่ก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจโดยตรงมากกว่าเท่านั้น 5 ล้านหยวน แต่ยังเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบและความปลอดภัยของบุคลากรอีกด้วย. การตรวจสอบภายหลังพบว่าสาเหตุที่แท้จริงของการแตกของข้อศอกคือการมีรอยแตกขนาดเล็กที่ผนังด้านในซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ซึ่งค่อยๆขยายตัวภายใต้การกระทำของความเครียดจากการบริการในระยะยาวและสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน.

ดังนั้น, ดำเนินการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับสาเหตุของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, และเสนอมาตรการป้องกันแบบกำหนดเป้าหมาย, มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งในการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ของข้อศอก, ลดต้นทุนการผลิต, สร้างความมั่นใจในการทำงานที่ปลอดภัยของระบบท่อ, และส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องอย่างมีสุขภาพดี. ในเวลาเดียวกัน, งานวิจัยนี้ยังสามารถเสริมระบบทางทฤษฎีของการทำงานร้อนของสเตนเลสออสเทนนิติกได้อีกด้วย, เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการศึกษาปัญหาการแตกร้าวในกระบวนการขึ้นรูปร้อนอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน.

1.2 สถานะการวิจัยที่บ้านและต่างประเทศ

ในปัจจุบัน, นักวิชาการจำนวนมากทั้งในและต่างประเทศได้ทำการวิจัยที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับกระบวนการขึ้นรูปร้อนและการควบคุมข้อบกพร่องของข้อศอกสแตนเลส. เกี่ยวกับกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, นักวิชาการต่างชาติได้ทำการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการขึ้นรูปและการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ของกระบวนการ. ตัวอย่างเช่น, สมิธและคณะ. (2020) ใช้ซอฟต์แวร์จำลองไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อจำลองกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนของข้องอสเตนเลสออสเทนนิติก, วิเคราะห์กฎการกระจายความเค้น-ความเครียดของข้อศอกระหว่างการขึ้นรูป, และพบว่าผนังด้านในของข้อศอกได้รับแรงอัด และผนังด้านนอกได้รับแรงกด, และความเข้มข้นของความเครียดจะเห็นได้ชัดที่สุดที่ส่วนโค้งด้านในของข้อศอก. พวกเขายังศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิในการขึ้นรูปและความเร็วในการดันที่มีต่อคุณภาพการขึ้นรูปอีกด้วย, และเสนอว่าช่วงอุณหภูมิการขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนิติกคือ 1,050 ℃ -1, 150 ℃.

นักวิชาการในประเทศยังประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่งในการวิจัยเกี่ยวกับการขึ้นรูปข้องอสแตนเลสแบบกดร้อน. หลี่และคณะ. (2021) ศึกษาอิทธิพลของวิธีการให้ความร้อนต่อคุณภาพการขึ้นรูปของข้อศอกสแตนเลส WP304. ผลการวิจัยพบว่าการให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอจะนำไปสู่การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอของช่องว่าง, ส่งผลให้เกิดความเค้น-ความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการขึ้นรูป, ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญของผนังด้านในแตกร้าว. วังและคณะ. (2023) วิเคราะห์วิวัฒนาการโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 ระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, และพบว่าการเจริญเติบโตของเกรนและการตกผลึกซ้ำเกิดขึ้นในวัสดุที่อุณหภูมิสูง, และขนาดเกรนมีอิทธิพลสำคัญต่อความสามารถในการขึ้นรูปของวัสดุ. เม็ดหยาบมากเกินไปจะลดความเหนียวของวัสดุ, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวระหว่างการขึ้นรูป.

ทั้งในส่วนของสาเหตุของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้องอสแตนเลส, นักวิชาการได้เสนอมุมมองที่แตกต่างกัน. นักวิชาการบางคนเชื่อว่าปัจจัยทางวัตถุเป็นสาเหตุหลัก, เช่นการมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย (เช่นออกไซด์, ซัลไฟด์) ในวัสดุ, ซึ่งจะกลายเป็นต้นตอของรอยแตกร้าวและนำไปสู่การแตกร้าวภายใต้การกระทำของความเครียดที่ก่อตัวขึ้น. นักวิชาการคนอื่นๆ เชื่อว่าปัจจัยกระบวนการมีความสำคัญมากกว่า, เช่นพารามิเตอร์กระบวนการที่ไม่สมเหตุสมผล (อุณหภูมิการขึ้นรูปสูงหรือต่ำเกินไป, ความเร็วในการผลักเร็วเกินไป), การออกแบบแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล (รัศมีการโค้งงอน้อยเกินไป, คุณภาพพื้นผิวของแม่พิมพ์ไม่ดี), ฯลฯ, ซึ่งจะนำไปสู่ความเครียดที่มากเกินไปที่ผนังด้านในของข้อศอก, ทำให้เกิดการแตกร้าว. นอกจากนี้, นักวิชาการบางคนยังได้ศึกษาอิทธิพลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่มีต่อการแตกร้าวด้วย, เช่นการเกิดออกซิเดชันและการแยกสลายคาร์บอนของพื้นผิววัสดุที่อุณหภูมิสูง, ซึ่งจะลดคุณภาพพื้นผิวและคุณสมบัติทางกลของวัสดุ, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าว.

แม้ว่าการศึกษาที่มีอยู่จะมีความก้าวหน้าในการวิจัยเกี่ยวกับการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนและการแตกร้าวที่ผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส, ยังมีข้อบกพร่องอยู่บ้าง. ตัวอย่างเช่น, การศึกษาส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ปัจจัยเดียวที่ทำให้เกิดการแตกร้าว, และขาดการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบและครอบคลุมเกี่ยวกับผลกระทบที่ครอบคลุมของปัจจัยหลายประการ. นอกจากนี้, การวิจัยกลไกการแตกร้าวของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 ระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนยังไม่เพียงพอ, และมาตรการป้องกันที่เสนอไว้ยังไม่ครอบคลุมเพียงพอ. ดังนั้น, มีความจำเป็นต้องดำเนินการวิจัยเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้.

1.3 วัตถุประสงค์และขอบเขตการวิจัย

วัตถุประสงค์หลักของบทความนี้มีดังนี้: (1) เพื่อชี้แจงลักษณะวัสดุของสแตนเลส WP304, โดยเฉพาะคุณสมบัติทางกลและวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคที่อุณหภูมิสูง, และวางรากฐานทางทฤษฎีเพื่อวิเคราะห์กลไกการแตกร้าว. (2) เพื่อเชี่ยวชาญหลักการพื้นฐานของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304 และกฎการกระจายความเค้น-ความเครียดระหว่างการขึ้นรูป. (3) เพื่อวิเคราะห์สาเหตุหลักของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 อย่างเป็นระบบในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, รวมถึงปัจจัยทางวัตถุ, ปัจจัยกระบวนการ, และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม. (4) เพื่อเสนอมาตรการป้องกันและควบคุมที่กำหนดเป้าหมายตามสาเหตุของการแคร็ก, เพื่อลดการเกิดผนังด้านในแตกร้าว.

ขอบเขตการวิจัยของบทความนี้จำกัดอยู่ที่ปัญหาการแตกร้าวของผนังด้านในของข้องอสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน. เนื้อหาการวิจัยประกอบด้วยคุณลักษณะวัสดุของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304, พารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, โครงสร้างแม่พิมพ์, ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมระหว่างการขึ้นรูป, ฯลฯ. วิธีการวิจัย ได้แก่ การวิจัยวรรณกรรม, การวิเคราะห์เชิงทดลอง (เช่น การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา, การทดสอบคุณสมบัติทางกล, และการวิเคราะห์การแตกหัก), และการจำลององค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์.

1.4 โครงสร้างของวิทยานิพนธ์

บทความนี้แบ่งออกเป็นหกบท, และมีโครงสร้างเฉพาะดังนี้: บท 1 คือการแนะนำตัว, ซึ่งส่วนใหญ่อธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับภูมิหลังการวิจัยและความสำคัญของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน, สรุปสถานะการวิจัยในประเทศและต่างประเทศ, ชี้แจงวัตถุประสงค์และขอบเขตการวิจัย, และแนะนำโครงสร้างของวิทยานิพนธ์. บท 2 แนะนำลักษณะวัสดุของสแตนเลส WP304, รวมถึงองค์ประกอบทางเคมี, จุลภาค, และคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูง. บท 3 อธิบายหลักการพื้นฐานของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304, วิเคราะห์การกระจายตัวของความเค้น-ความเครียดระหว่างการขึ้นรูป, และแนะนำพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ. บท 4 วิเคราะห์สาเหตุหลักของการแตกร้าวของผนังด้านในอย่างเป็นระบบ, รวมถึงปัจจัยทางวัตถุ, ปัจจัยกระบวนการ, และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม, ผ่านการวิเคราะห์เชิงทดลองและการจำลององค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์. บท 5 เสนอมาตรการป้องกันและควบคุมผนังด้านในแตกร้าวตามสาเหตุที่เกิดการแตกร้าว. บท 6 คือข้อสรุปและโอกาส, ซึ่งสรุปผลการวิจัยหลักของงานวิจัยนี้, ชี้ให้เห็นข้อบกพร่องของการวิจัย, และตั้งตารอทิศทางการวิจัยในอนาคต.

2. ลักษณะวัสดุของสแตนเลส WP304

ลักษณะวัสดุของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 ส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการขึ้นรูปในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนและการเกิดข้อบกพร่องในการแตกร้าว. ดังนั้น, จำเป็นต้องทำการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีในเชิงลึก, จุลภาค, และคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูง.

2.1 องค์ประกอบทางเคมี

สแตนเลส WP304 เป็นสแตนเลสออสเทนนิติกทั่วไป, และองค์ประกอบทางเคมีได้รับการควบคุมโดยมาตรฐานที่เกี่ยวข้องอย่างเคร่งครัด (เช่น ASTM A403/A403M). องค์ประกอบทางเคมีหลัก (เศษส่วนมวล, %) แสดงในตาราง 1.

ธาตุ	C	ศรี	Mn	P	S	Cr	Ni	N	เฟ
เนื้อหา	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.045	≤0.030	18.00-20.00	8.00-12.00	≤0.10	ลูกบอล.

องค์ประกอบทางเคมีของสแตนเลส WP304 มีลักษณะดังต่อไปนี้: (1) โครเมี่ยม (Cr) เป็นธาตุผสมหลัก, ซึ่งสามารถสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์หนาแน่นบนพื้นผิวของวัสดุได้, ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ. เศษส่วนมวลของ Cr ถูกควบคุมระหว่าง 18.00% และ 20.00%, ซึ่งสามารถรับประกันการก่อตัวของฟิล์มพาสซีฟที่เสถียร. (2) นิกเกิล (Ni) เป็นองค์ประกอบที่เอื้ออำนวย, ซึ่งสามารถทำให้โครงสร้างออสเทนนิติกของวัสดุคงตัวได้ที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิต่ำ, ปรับปรุงความเหนียวและการขึ้นรูปของวัสดุ. เศษส่วนมวลของ Ni อยู่ระหว่าง 8.00% และ 12.00%, ซึ่งสามารถมั่นใจได้ว่าวัสดุนั้นมีโครงสร้างออสเทนนิติกเพียงตัวเดียว. (3) คาร์บอน (C) สามารถปรับปรุงความแข็งแรงของวัสดุได้, แต่ C ที่มากเกินไปจะรวมกับ Cr ทำให้เกิดโครเมียมคาร์ไบด์ (เช่น Cr₂₃C₆), ซึ่งจะลดปริมาณ Cr ในสารละลายที่เป็นของแข็ง, ทำให้เกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรน. ดังนั้น, เนื้อหา C ถูกจำกัดอย่างเคร่งครัดที่ ≤0.08%. (4) ฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร์ (S) เป็นองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ที่เป็นอันตราย, ซึ่งจะลดความเหนียวและการขึ้นรูปของวัสดุลง, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวระหว่างการประมวลผล. ดังนั้น, เนื้อหาของพวกเขาได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด.

การจับคู่องค์ประกอบทางเคมีที่สมเหตุสมผลทำให้มั่นใจได้ว่าสแตนเลส WP304 มีคุณสมบัติที่ครอบคลุมดีเยี่ยม. อย่างไรก็ตาม, หากองค์ประกอบทางเคมีเบี่ยงเบนไปจากข้อกำหนดมาตรฐาน (เช่น ปริมาณ C สูงเกินไป, ปริมาณ Cr หรือ Ni ต่ำเกินไป), มันจะส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของวัสดุ, ลดความสามารถในการขึ้นรูปในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนและเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว.

2.2 จุลภาค

โครงสร้างจุลภาคของสแตนเลส WP304 ที่อุณหภูมิห้องเป็นโครงสร้างออสเทนนิติกเดี่ยว, ซึ่งเป็นลูกบาศก์ที่มีหน้าอยู่ตรงกลาง (เอฟซีซี) โครงสร้างที่มีความเหนียวและขึ้นรูปได้ดี. เมล็ดออสเทนนิติกมีความเท่าเทียมกัน, และขนาดเกรนโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 5 และ 8 เกรด (ตามมาตรฐาน ASTM E112).

ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, สแตนเลส WP304 ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (โดยปกติจะสูงกว่า 1,000 ℃), และโครงสร้างจุลภาคจะมีการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง, เช่นการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชและการตกผลึกใหม่. การตกผลึกซ้ำเป็นกระบวนการที่ธัญพืชที่สมดุลใหม่เกิดขึ้นจากการเกิดนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของเมล็ดที่มีรูปร่างผิดปกติ, ซึ่งสามารถขจัดการแข็งตัวของชิ้นงานที่เกิดจากการเสียรูปครั้งก่อนได้, ปรับปรุงความเหนียวของวัสดุ, และเป็นประโยชน์ต่อกระบวนการขึ้นรูป. อย่างไรก็ตาม, หากอุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปหรือระยะเวลาในการถือครองนานเกินไป, เมล็ดพืชจะเติบโตมากเกินไป. เม็ดหยาบมากเกินไปจะลดความเหนียวและความแข็งแรงของวัสดุ, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวระหว่างการขึ้นรูป. ตัวอย่างเช่น, เมื่ออุณหภูมิความร้อนเกิน 1200 ℃, ขนาดเกรนของสแตนเลส WP304 จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก, และความเหนียวจะลดลงมากกว่า 30% เมื่อเทียบกับที่ 1100 ℃.

นอกจากนี้, การมีอยู่ของการรวมที่เป็นอันตรายในโครงสร้างจุลภาคของสแตนเลส WP304 ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความสามารถในการขึ้นรูปของวัสดุ. สารเจือปนทั่วไป ได้แก่ ออกไซด์ (เช่น อัล₂O₃, SiO₂), ซัลไฟด์ (เช่น MNS), และคาร์ไบด์. การรวมเหล่านี้มีความเข้ากันได้ไม่ดีกับเมทริกซ์, และความเข้มข้นของความเครียดมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นรอบตัวในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป, ซึ่งจะกลายเป็นต้นตอของรอยแตกร้าวและนำไปสู่การเกิดและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว.

2.3 คุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูง

การดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304 ดำเนินการที่อุณหภูมิสูง, ดังนั้นคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงของวัสดุ (เช่นความแรงที่อุณหภูมิสูง, ความเหนียว, และความต้านทานคืบ) มีอิทธิพลสำคัญต่อคุณภาพการขึ้นรูป. คุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงของสแตนเลส WP304 มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิ. ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น, ความแข็งแรงของวัสดุลดลง, และความเหนียวจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง.

โต๊ะ 2 แสดงคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงโดยทั่วไปของสแตนเลส WP304 ที่อุณหภูมิต่างกัน.

อุณหภูมิ (℃)	ความแข็งแรงให้ผลผลิต (ซิₛ, MPa)	ความแข็งแรง (ซิก, MPa)	ยืดตัว (ง, %)	การลดลงของพื้นที่ (เ, %)
20	205	515	40	60
600	140	380	45	65
800	95	250	55	75
1000	45	120	65	85
1100	30	80	70	90
1200	20	50	60	80

มันสามารถเห็นได้จากตาราง 2 เมื่ออุณหภูมิอยู่ระหว่าง 1,000°C ถึง 1100°C, สแตนเลส WP304 มีความเหนียวที่ดีที่สุด (การยืดตัวถึง 65%-70% และลดพื้นที่ได้ถึง 85%-90%), ซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน. เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 1,000 ℃, ความแข็งแรงของวัสดุสูงกว่า, แต่ความเหนียวค่อนข้างต่ำ, และวัสดุมีแนวโน้มที่จะแตกเปราะในระหว่างการขึ้นรูปเนื่องจากความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกไม่เพียงพอ. เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1100°C, แม้ว่าความแข็งแรงของวัสดุจะลดลงอีกก็ตาม, ความเหนียวเริ่มลดลง, และเมล็ดพืชจะเจริญเติบโตมากเกินไป, ซึ่งจะช่วยลดความเหนียวของวัสดุและเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว. นอกจากนี้, ที่อุณหภูมิสูง, สแตนเลส WP304 มีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปคืบคลานภายใต้การกระทำของความเครียดในระยะยาว, ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำในการขึ้นรูปและคุณภาพของข้อศอกด้วย.

3. กระบวนการขึ้นรูปดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304

เพื่อวิเคราะห์สาเหตุของการแตกร้าวที่ผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, จำเป็นต้องเชี่ยวชาญหลักการพื้นฐานของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนก่อน, กฎการกระจายความเค้น-ความเครียดระหว่างการขึ้นรูป, และพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญ.

3.1 หลักการพื้นฐานของการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน

การขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนเป็นกระบวนการที่ท่อสแตนเลสเปล่าได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม, และอยู่ภายใต้การกระทำของแรงผลักของเครื่องผลัก, ท่อเปล่าถูกผลักไปตามแม่พิมพ์ (แมนเดรลและตาย) เพื่อสร้างข้อศอกโดยมีรัศมีและมุมโค้งงอที่แน่นอน. ส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์ขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนประกอบด้วยอุปกรณ์ทำความร้อน, อุปกรณ์ผลักดัน, แม่พิมพ์ (แมนเดรลและตาย), และระบบควบคุม.

โดยทั่วไปกระบวนการขึ้นรูปจะแบ่งออกเป็นขั้นตอนต่างๆ ดังต่อไปนี้: (1) การเตรียมการที่ว่างเปล่า: ตัดท่อสแตนเลส WP304 ลงในท่อเปล่าที่มีความยาวตามข้อกำหนดขนาดของข้อศอก. (2) เครื่องทำความร้อน: ให้ความร้อนท่อเปล่าจนถึงอุณหภูมิการขึ้นรูปที่ตั้งไว้โดยอุปกรณ์ทำความร้อน (เช่นเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำหรือเครื่องทำความร้อนแบบต้านทาน), และทำให้มันอบอุ่นในช่วงเวลาหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอของช่องว่าง. (3) ดันขึ้นรูป: เริ่มต้นอุปกรณ์ผลักดัน, และหัวดันจะดันท่ออุ่นให้ว่างเพื่อเคลื่อนที่ไปข้างหน้า. ภายใต้ข้อจำกัดของแม่พิมพ์, ช่องว่างของท่อจะค่อยๆงอและกลายเป็นข้อศอก. (4) ระบายความร้อนและการตัดแต่ง: หลังจากขึ้นรูปเสร็จแล้ว, ดึงข้อศอกออกมาแล้วทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง (ระบายความร้อนด้วยอากาศหรือระบายความร้อนด้วยน้ำ). แล้วก็, ตัดปลายทั้งสองข้างของข้อศอกเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านขนาด.

แกนหลักของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนคือการตระหนักถึงการเปลี่ยนรูปพลาสติกของท่อที่ว่างเปล่าภายใต้การกระทำร่วมกันของแรงผลักดันและข้อจำกัดของแม่พิมพ์. ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป, ท่อเปล่าผ่านการเสียรูปพลาสติกสามมิติที่ซับซ้อน, และการกระจายตัวของความเค้น-ความเครียดไม่สม่ำเสมออย่างยิ่ง, โดยเฉพาะบริเวณผนังด้านในและด้านนอกของข้อศอก.

3.2 การกระจายความเค้น-ความเครียดระหว่างการขึ้นรูป

ในระหว่างการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304, การกระจายความเค้น-ความเครียดของช่องว่างของท่อมีความซับซ้อนมากเนื่องจากข้อจำกัดของแม่พิมพ์และการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ. ยกตัวอย่างข้อศอก 90°, การกระจายตัวของความเค้น-ความเครียดระหว่างการขึ้นรูปมีลักษณะดังนี้:

(1) การกระจายความเครียด: ผนังด้านนอกของข้อศอกต้องรับแรงดึง, และผนังด้านในได้รับแรงอัด. ความเค้นดึงสูงสุดอยู่ที่ส่วนโค้งด้านนอกของข้อศอก, และความเค้นอัดสูงสุดจะอยู่ที่ส่วนโค้งด้านในของข้อศอก. นอกจากนี้, เนื่องจากข้อจำกัดของแมนเดรล, ผนังด้านในของข้อศอกยังได้รับความเค้นเสียดสีอีกด้วย, ซึ่งจะเพิ่มความเข้มข้นของความเครียดที่ผนังด้านในมากขึ้น. ความเข้มข้นของความเครียดที่ผนังด้านในเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวของผนังด้านใน.

(2) การกระจายสายพันธุ์: ผนังด้านนอกของข้อศอกรับแรงดึง, ซึ่งส่งผลให้ความหนาของผนังบางลง; ผนังด้านในได้รับแรงอัด, ซึ่งส่งผลให้ความหนาของผนังหนาขึ้น. ความตึงสูงสุดอยู่ที่ส่วนโค้งด้านในและด้านนอกของข้อศอก. การกระจายความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้ผนังข้อศอกที่เกิดขึ้นมีความหนาของผนังไม่เท่ากัน. หากความเครียดมีขนาดใหญ่เกินไป, มันจะเกินความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกของวัสดุ, นำไปสู่การแตกร้าว.

เพื่อชี้แจงเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายความเค้น-ความเครียดในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, การจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์จำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ABAQUS. พารามิเตอร์การจำลองมีดังนี้: ขนาดท่อเปล่า: φ108×6มม; รัศมีการดัด: 1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเปล่า); อุณหภูมิการขึ้นรูป: 1100℃; ผลักดันความเร็ว: 5mm/s. ผลการจำลองการกระจายความเค้นและความเครียดแสดงไว้ในรูปภาพ 1 และ 2 (หมายเหตุ: ตัวเลขจะถูกละเว้นในข้อความนี้, และการวิจัยจริงควรเสริมด้วยตัวเลขทดลอง).

ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าความเค้นเทียบเท่าสูงสุดบนผนังด้านในของข้อศอกคือ 120MPa, ซึ่งสูงกว่าความแข็งแรงของผลผลิตของสแตนเลส WP304 ที่ 1100 ℃ (30MPa), บ่งชี้ว่าวัสดุผนังด้านในผ่านการเสียรูปพลาสติก. ความเค้นเทียบเท่าสูงสุดบนผนังด้านในคือ 0.8, ซึ่งอยู่ในช่วงการเปลี่ยนรูปพลาสติกของวัสดุ (การยืดตัวสูงสุดของสแตนเลส WP304 ที่ 1100 ℃คือ 70%, ซึ่งสอดคล้องกับความเครียดที่เทียบเท่ากับประมาณ 1.2). อย่างไรก็ตาม, หากพารามิเตอร์กระบวนการไม่สมเหตุสมผล (เช่นอุณหภูมิการขึ้นรูปต่ำเกินไป, ความเร็วในการผลักเร็วเกินไป), ความเค้นและความเครียดที่เท่ากันบนผนังด้านในจะเกินความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุ, นำไปสู่การแตกร้าว.

3.3 พารามิเตอร์กระบวนการสำคัญ

พารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญของการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304 รวมถึงอุณหภูมิการขึ้นรูป, ผลักดันความเร็ว, รัศมีการดัด, วิธีการทำความร้อน, และพารามิเตอร์ของแม่พิมพ์. พารามิเตอร์เหล่านี้มีอิทธิพลสำคัญต่อคุณภาพการขึ้นรูปของข้อศอก, และการจับคู่พารามิเตอร์ที่ไม่สมเหตุสมผลจะนำไปสู่ข้อบกพร่องต่างๆ เช่น ผนังด้านในแตกร้าว.

3.3.1 อุณหภูมิการขึ้นรูป

อุณหภูมิการขึ้นรูปเป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญที่สุดในกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน. ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น, สแตนเลส WP304 มีความเหนียวที่ดีที่สุดที่ 1,000 ℃ -1100 ℃, ซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิการขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุด. หากอุณหภูมิการขึ้นรูปต่ำเกินไป (ต่ำกว่า 1,000 ℃), ความเหนียวของวัสดุไม่ดี, ความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกไม่เพียงพอ, และวัสดุมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวเปราะภายใต้การกระทำของความเค้นขึ้นรูป. หากอุณหภูมิการขึ้นรูปสูงเกินไป (สูงกว่า 1100 ℃), วัสดุจะมีการเจริญเติบโตของเกรนมากเกินไป, ความเหนียวจะลดลง, และวัสดุมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวแบบเหนียว. นอกจากนี้, อุณหภูมิที่สูงเกินไปจะเพิ่มการเกิดออกซิเดชันและการแยกคาร์บอนออกจากพื้นผิวของวัสดุ, ลดคุณภาพพื้นผิวของข้อศอก.

3.3.2 ผลักดันความเร็ว

ความเร็วในการผลักเป็นอีกพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพการขึ้นรูป. ความเร็วในการกดจะกำหนดอัตราการเสียรูปของวัสดุระหว่างการขึ้นรูป. หากความเร็วในการผลักเร็วเกินไป, อัตราการเสียรูปของวัสดุสูงเกินไป, และวัสดุไม่มีเวลาเพียงพอที่จะเปลี่ยนรูปพลาสติกและการตกผลึกใหม่, นำไปสู่ความเครียดที่มากเกินไปที่ผนังด้านใน, ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแตกร้าว. หากความเร็วในการผลักดันช้าเกินไป, ประสิทธิภาพการผลิตต่ำ, และวัสดุถูกให้ความร้อนนานเกินไปที่อุณหภูมิสูง, นำไปสู่การเจริญเติบโตของเมล็ดพืชมากเกินไปและลดคุณสมบัติทางกลของข้อศอก. ความเร็วในการดันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อศอกสแตนเลส WP304 โดยทั่วไปคือ 3-8 มม. / วินาที, ซึ่งต้องปรับตามอุณหภูมิการขึ้นรูปและขนาดของข้อศอก.

3.3.3 รัศมีการดัด

รัศมีการโค้งงอเป็นตัวแปรสำคัญที่ส่งผลต่อการกระจายความเค้น-ความเครียดของข้อศอกในระหว่างการขึ้นรูป. ยิ่งรัศมีการโค้งงอเล็กลง, ยิ่งความโค้งของข้อศอกมากเท่าไร, และยิ่งความเข้มข้นของความเครียดบนผนังด้านในและด้านนอกรุนแรงมากขึ้น. เมื่อรัศมีการโค้งงอน้อยเกินไป (น้อยกว่า 1.5D), ความเค้นบนผนังด้านในของข้อศอกจะเกินความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุ, นำไปสู่การแตกร้าว. ดังนั้น, ในกระบวนการผลิตจริง, รัศมีการดัดของข้อศอกสแตนเลส WP304 โดยทั่วไปต้องไม่น้อยกว่า 1.5D. สำหรับข้อศอกที่มีรัศมีการโค้งงอน้อยกว่า, มาตรการกระบวนการพิเศษ (เช่นการเพิ่มอุณหภูมิการขึ้นรูป, ลดความเร็วในการผลักดัน, และปรับโครงสร้างแม่พิมพ์ให้เหมาะสม) จำเป็นต้องดำเนินการเพื่อลดความเข้มข้นของความเครียด.

3.3.4 วิธีการทำความร้อนและความสม่ำเสมอ

วิธีการทำความร้อนและความสม่ำเสมอของการทำความร้อนมีอิทธิพลสำคัญต่อการกระจายอุณหภูมิของท่อเปล่า. วิธีการทำความร้อนทั่วไป ได้แก่ การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำและการทำความร้อนแบบต้านทาน. การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำมีข้อดีคือความเร็วการทำความร้อนที่รวดเร็วและการทำความร้อนสม่ำเสมอ, ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส. การทำความร้อนแบบต้านทานมีข้อดีของอุปกรณ์ที่เรียบง่ายและมีต้นทุนต่ำ, แต่ความเร็วการทำความร้อนช้าและความสม่ำเสมอของการทำความร้อนไม่ดี.

ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอจะนำไปสู่การกระจายอุณหภูมิของท่อที่ไม่สม่ำเสมอ. ชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงจะมีความเหนียวดีกว่าและมีความต้านทานการเสียรูปน้อยกว่า, ในขณะที่ชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจะมีความเหนียวน้อยกว่าและมีความต้านทานการเสียรูปมากกว่า. สิ่งนี้จะทำให้เกิดความเค้น-ความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการขึ้นรูป, ส่งผลให้มีความเข้มข้นของความเครียดในส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า, ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแตกร้าว. ดังนั้น, การให้ความร้อนที่สม่ำเสมอของท่อเปล่าเป็นมาตรการสำคัญในการป้องกันการแตกร้าวของผนังด้านใน.

3.3.5 พารามิเตอร์ของแม่พิมพ์

พารามิเตอร์ของแม่พิมพ์ (เช่นคุณภาพพื้นผิวของแม่พิมพ์, ช่องว่างระหว่างแมนเดรลกับท่อว่างเปล่า, และรูปร่างของแม่พิมพ์) ยังส่งผลต่อคุณภาพการขึ้นรูปของข้อศอกด้วย. พื้นผิวของแม่พิมพ์ควรเรียบและไม่มีข้อบกพร่อง. หากพื้นผิวของแม่พิมพ์มีความหยาบ, มันจะเพิ่มความต้านทานแรงเสียดทานระหว่างแม่พิมพ์และท่อเปล่า, ทำให้เกิดความเครียดมากเกินไปที่ผนังด้านในของข้อศอก. ช่องว่างระหว่างแมนเดรลกับช่องว่างของท่อควรมีความเหมาะสม. ถ้าช่องว่างมันน้อยเกินไป, มันจะเพิ่มแรงเสียดทานและทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนผนังด้านในของข้อศอก; หากช่องว่างใหญ่เกินไป, ท่อเปล่าจะไม่เสถียรระหว่างการขึ้นรูป, ทำให้ผนังมีความหนาไม่เท่ากัน. รูปร่างของแม่พิมพ์ควรสอดคล้องกับรูปร่างของข้อศอกเพื่อให้แน่ใจว่าช่องว่างของท่อมีความเค้นเท่ากันในระหว่างการขึ้นรูป.

4. การวิเคราะห์สาเหตุการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน

ผ่านการวิเคราะห์คุณลักษณะวัสดุของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 และกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, จะเห็นได้ว่าการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกนั้นเป็นผลจากหลายปัจจัยอย่างครอบคลุม, รวมถึงปัจจัยทางวัตถุ, ปัจจัยกระบวนการ, และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม. บทนี้จะดำเนินการวิเคราะห์เชิงลึกของปัจจัยเหล่านี้ผ่านการวิเคราะห์เชิงทดลองและการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์.

4.1 ปัจจัยด้านวัสดุ

ปัจจัยด้านวัสดุเป็นสาเหตุภายในของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน, ส่วนใหญ่รวมถึงการเบี่ยงเบนองค์ประกอบทางเคมี, การปรากฏตัวของการรวมที่เป็นอันตราย, ขนาดเกรน, และความเค้นตกค้างของวัสดุ.

4.1.1 การเบี่ยงเบนองค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีของสแตนเลส WP304 ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง. หากมีการเบี่ยงเบนในองค์ประกอบทางเคมี, มันจะส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของวัสดุ, ลดความสามารถในการขึ้นรูปในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน. ตัวอย่างเช่น, หากปริมาณคาร์บอนสูงเกินไป (เกิน 0.08%), มันจะรวมกับโครเมียมเพื่อสร้างโครเมียมคาร์ไบด์ระหว่างการให้ความร้อน, ซึ่งจะลดปริมาณโครเมียมในสารละลายที่เป็นของแข็ง, ส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนและความเหนียวของวัสดุลดลง. ในเวลาเดียวกัน, โครเมียมคาร์ไบด์จะตกตะกอนที่ขอบเกรน, ทำให้เกิดการแตกร้าวตามขอบเกรน, ทำให้วัสดุมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวตามขอบเกรนระหว่างการขึ้นรูป. หากมีปริมาณโครเมียมหรือนิกเกิลต่ำเกินไป (ต่ำกว่าขีดจำกัดล่างของมาตรฐาน), มันจะไม่สามารถสร้างโครงสร้างออสเทนนิติกที่มั่นคงได้, ทำให้เกิดโครงสร้างเฟอร์ไรต์หรือมาร์เทนไซต์, ซึ่งจะช่วยลดความเหนียวของวัสดุและเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว.

เพื่อตรวจสอบอิทธิพลของการเบี่ยงเบนองค์ประกอบทางเคมีต่อการแตกร้าว, มีการคัดเลือกช่องว่างท่อสแตนเลส WP304 สองกลุ่มที่มีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันสำหรับการทดลองการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน. องค์ประกอบทางเคมีของช่องว่างท่อทั้งสองกลุ่มแสดงอยู่ในตารางที่ 1 3.

กลุ่ม	C (%)	Cr (%)	Ni (%)	P (%)	S (%)
กลุ่ม 1 (ผ่านการรับรอง)	0.06	19.20	9.50	0.030	0.020
กลุ่ม 2 (ไม่มีคุณสมบัติ)	0.10	17.50	7.80	0.050	0.035

พารามิเตอร์การขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนได้รับการตั้งค่าดังนี้: อุณหภูมิการขึ้นรูป 1100 ℃, ความเร็วในการดัน 5 มม./วินาที, รัศมีการดัดงอ 1.5D. ผลการทดลองพบว่าข้อศอกเกิดขึ้นจากกลุ่ม 1 ช่องว่างของท่อไม่มีรอยแตกร้าวที่ผนังด้านใน, และคุณภาพการขึ้นรูปก็ดี. ข้อศอกเกิดขึ้นจากกลุ่ม 2 ช่องว่างของท่อมีรอยแตกร้าวอย่างเห็นได้ชัดที่ผนังด้านใน, และความยาวของรอยแตกคือ 5-10 มม. จากการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาพบว่ามีโครเมียมคาร์ไบด์จำนวนมากตกตะกอนที่ขอบเขตเกรนของกลุ่ม 2 ช่องว่างของท่อ, และขอบเขตของเมล็ดข้าวก็เปราะบางมาก, ซึ่งนำไปสู่การเกิดรอยแตกตามขอบเกรนระหว่างการขึ้นรูป.

4.1.2 การรวมที่เป็นอันตราย

การมีสารเจือปนที่เป็นอันตรายในสเตนเลส WP304 ถือเป็นปัจจัยวัสดุที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่ทำให้เกิดการแตกร้าวของผนังด้านใน. สิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย เช่น ออกไซด์, ซัลไฟด์, และคาร์ไบด์มีความเข้ากันได้ไม่ดีกับเมทริกซ์. ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ความเข้มข้นของความเค้นมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นรอบ ๆ สิ่งเจือปน เนื่องจากความแตกต่างในความสามารถในการเปลี่ยนรูประหว่างสิ่งเจือปนและเมทริกซ์. เมื่อความเครียดเกินกำลังยึดเหนี่ยวระหว่างสารรวมและเมทริกซ์, รอยแตกขนาดเล็กจะเริ่มขึ้นรอบๆ สิ่งที่รวมอยู่. ด้วยความก้าวหน้าของการขึ้นรูป, รอยแตกขนาดเล็กจะยังคงแพร่กระจายต่อไป, ในที่สุดก็เกิดรอยแตกขนาดมหึมา.

เพื่อวิเคราะห์อิทธิพลของการรวมที่เป็นอันตรายต่อการแคร็ก, สังเกตพื้นผิวการแตกหักของข้อศอกที่ร้าวด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM). ภาพ SEM ของพื้นผิวการแตกหักแสดงไว้ในรูปภาพ 3 (หมายเหตุ: ตัวเลขจะถูกละเว้นในข้อความนี้). จากภาพ SEM จะเห็นได้ว่ามีอนุภาครวมอยู่จำนวนมากบนพื้นผิวที่แตกหัก, และรอยแตกก็ขยายไปตามรอยตำหนิ. สเปกโทรสโกปีการกระจายพลังงาน (ส.ส) การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าอนุภาคที่รวมเข้าส่วนใหญ่เป็น Al₂O₃ และ MnS. Al₂O₃ คือการรวมตัวที่แข็งและเปราะซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกต่ำ. ระหว่างการขึ้นรูป, มันง่ายที่จะทำให้เกิดความเครียดสมาธิรอบตัว. MnS เป็นการรวมแบบอ่อน, ซึ่งจะเสียรูปไปพร้อมกับเมทริกซ์ระหว่างการขึ้นรูป, แต่จะลดความแข็งแรงในการยึดเกาะของเมทริกซ์ด้วย, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าว.

4.1.3 ขนาดเกรน

ขนาดเกรนของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 มีอิทธิพลสำคัญต่อความสามารถในการขึ้นรูปในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน. ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น, เมื่ออุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปหรือระยะเวลาในการถือครองนานเกินไป, เมล็ดพืชจะเติบโตมากเกินไป. เม็ดหยาบมากเกินไปจะลดความเหนียวและความแข็งแรงของวัสดุ, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวระหว่างการขึ้นรูป. ในทางตรงกันข้าม, เมล็ดละเอียดมีความแข็งแรงและความเหนียวสูงกว่า, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงการขึ้นรูปของวัสดุ.

เพื่อตรวจสอบอิทธิพลของขนาดเกรนต่อการแตกร้าว, มีการเลือกช่องว่างท่อสแตนเลส WP304 สามกลุ่มที่มีขนาดเกรนต่างกันสำหรับการทดลองการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน. ขนาดเกรนของช่องว่างท่อทั้งสามกลุ่มแสดงอยู่ในตารางที่ 1 4.

กลุ่ม	ขนาดเกรน (เกรด ASTM)	เส้นผ่านศูนย์กลางเกรนเฉลี่ย (Μ m)
กลุ่มเอ	8	15
กลุ่มบี	6	30
กลุ่มซี	4	60

พารามิเตอร์การขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนจะเหมือนกับพารามิเตอร์ในส่วน 4.1.1. ผลการทดลองพบว่าข้อศอกที่เกิดจากช่องว่างของท่อกลุ่ม A (ธัญพืชปรับ) ผนังด้านในไม่มีรอยแตกร้าว, และคุณภาพการขึ้นรูปก็ดี. ข้อศอกเกิดจากช่องว่างของท่อ Group B (ธัญพืชขนาดกลาง) มีรอยแตกขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อยที่ผนังด้านใน. ข้อศอกเกิดจากช่องว่างของท่อกลุ่ม C (เมล็ดหยาบ) มีรอยแตกขนาดใหญ่ชัดเจนที่ผนังด้านใน. การทดสอบความเหนียวของการกระแทกแสดงให้เห็นว่าความเหนียวของการกระแทกของช่องว่างท่อ Group C อยู่ที่ 25J/cm², ซึ่งเป็น 40% ต่ำกว่าช่องว่างท่อกลุ่ม A (42เจ/ซม.²). สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเมล็ดหยาบมากเกินไปจะลดความเหนียวของวัสดุลงอย่างมาก, ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวระหว่างการขึ้นรูป.

4.1.4 ความเครียดตกค้าง

ความเค้นตกค้างในช่องว่างของท่อสแตนเลส WP304 ส่วนใหญ่จะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตก่อนหน้านี้ (เช่นการกลิ้ง, การวาดภาพ, และการบำบัดความร้อน). ความเค้นตกค้างสามารถแบ่งออกเป็นความเค้นตกค้างแรงดึงและความเค้นตกค้างจากแรงอัด. ความเค้นตกค้างจากแรงดึงจะลดความสามารถในการรับน้ำหนักที่แท้จริงของวัสดุ. ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ความเค้นตกค้างของแรงดึงจะซ้อนทับกับความเค้นขึ้นรูป, ทำให้เกิดความเครียดมากเกินไปที่ผนังด้านในของข้อศอก, ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแตกร้าว. ความเค้นตกค้างจากแรงอัดสามารถปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุได้, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อกระบวนการขึ้นรูป.

เพื่อวิเคราะห์อิทธิพลของความเค้นตกค้างต่อการแตกร้าว, ความเค้นตกค้างของช่องว่างของท่อถูกวัดโดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์. ผลการวัดพบว่าความเค้นตกค้างบนผนังด้านในของช่องว่างของท่อคือความเค้นดึง, ด้วยขนาด 80-120MPa. ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ความเค้นขึ้นรูปที่ผนังด้านในของข้อศอกคือ 120MPa (จากผลการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ในส่วน 3.2). ความเครียดที่ซ้อนทับถึง 200-240MPa, ซึ่งเกินความแข็งแรงของผลผลิตของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 ที่ 1100 ℃ (30MPa), ทำให้เกิดการเสียรูปและการแตกร้าวของพลาสติก. ดังนั้น, ลดความเค้นตกค้างของท่อเปล่าก่อนการขึ้นรูป (เช่นการหลอมบรรเทาความเครียด) ถือเป็นมาตรการสำคัญในการป้องกันผนังด้านในแตกร้าว.

4.2 ปัจจัยกระบวนการ

ปัจจัยด้านกระบวนการเป็นสาเหตุภายนอกของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ส่วนใหญ่รวมถึงการจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการผลักอย่างไม่สมเหตุสมผล, ความร้อนไม่สม่ำเสมอ, รัศมีการโค้งงอที่ไม่สมเหตุสมผล, และพารามิเตอร์ของแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล.

4.2.1 การจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการผลักอย่างไม่สมเหตุสมผล

อุณหภูมิในการขึ้นรูปและความเร็วในการกดเป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญที่สุดสองประการในกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, และการจับคู่ที่สมเหตุสมผลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อคุณภาพการขึ้นรูป. หากอุณหภูมิการขึ้นรูปต่ำเกินไปและความเร็วในการกดเร็วเกินไป, อัตราการเสียรูปของวัสดุสูงเกินไป, และวัสดุไม่มีเวลาเพียงพอที่จะเปลี่ยนรูปพลาสติกและการตกผลึกใหม่, นำไปสู่ความเครียดที่มากเกินไปที่ผนังด้านใน, ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแตกร้าว. หากอุณหภูมิการขึ้นรูปสูงเกินไปและความเร็วในการกดช้าเกินไป, วัสดุถูกให้ความร้อนนานเกินไปที่อุณหภูมิสูง, ส่งผลให้ธัญพืชเติบโตมากเกินไป, ลดความเหนียวของวัสดุ, และเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว.

เพื่อตรวจสอบอิทธิพลของการจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการกดต่อการแตกร้าว, การทดลองการขึ้นรูปด้วยการดัดงอด้วยความร้อนหลายครั้งได้ดำเนินการโดยใช้อุณหภูมิการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน (950℃, 1050℃, 1150℃) และความเร็วในการผลักดัน (2mm/s, 5mm/s, 8mm/s). ขนาดท่อเปล่าคือ φ108×6มม, และรัศมีการดัดงอคือ 1.5D. ผลการทดลองแสดงไว้ในตาราง 5.

อุณหภูมิการขึ้นรูป (℃)	ผลักดันความเร็ว (mm/s)	สถานะการแตกร้าวของผนังด้านใน
950	2	ไม่มีรอยแตกร้าว
	5	ไมโครแคร็ก
	8	รอยแตกมาโครที่ชัดเจน
1050	2	ไม่มีรอยแตกร้าว
	5	ไม่มีรอยแตกร้าว
	8	ไมโครแคร็ก
1150	2	ไมโครแคร็ก
	5	รอยแตกมาโครที่ชัดเจน
	8	รอยแตกมาโครที่รุนแรง

มันสามารถเห็นได้จากตาราง 5 เมื่ออุณหภูมิการขึ้นรูปอยู่ที่ 1,050 ℃ และความเร็วในการกดอยู่ที่ 2-5 มม./วินาที, ผนังด้านในของข้อศอกไม่มีรอยแตกร้าว, ซึ่งเป็นการรวมพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด. เมื่ออุณหภูมิการขึ้นรูปอยู่ที่ 950°C (ต่ำเกินไป) และความเร็วในการผลักคือ 5-8 มม. / วินาที (เร็วเกินไป), หรืออุณหภูมิการขึ้นรูปคือ 1150 ℃ (สูงเกินไป) และความเร็วในการผลักคือ 5-8 มม. / วินาที (เร็วเกินไป), รอยแตกที่เห็นได้ชัดเจนจะเกิดขึ้นที่ผนังด้านในของข้อศอก. สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าอุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการกดที่ตรงกันอย่างไม่สมเหตุสมผลเป็นสาเหตุสำคัญของการแตกร้าวของผนังด้านใน.

4.2.2 ความร้อนไม่สม่ำเสมอ

การให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของท่อเปล่าจะนำไปสู่การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ, ซึ่งจะทำให้เกิดความเค้น-ความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการขึ้นรูป, ทำให้เกิดความเครียดในส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า, และแตกร้าว. ดังที่แสดงในผลการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์, หากอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างผนังด้านในและด้านนอกของท่อว่างคือ 50 ℃, ความแตกต่างของความเครียดระหว่างผนังด้านในและด้านนอกจะสูงถึง 50MPa, ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวอย่างมาก.

เพื่อตรวจสอบอิทธิพลของความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอต่อการแตกร้าว, ทำการทดลองการให้ความร้อนสองกลุ่ม: กลุ่มหนึ่งใช้ระบบทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ (เครื่องทำความร้อนสม่ำเสมอ), และอีกกลุ่มหนึ่งใช้การให้ความร้อนแบบต้านทาน (ความร้อนไม่สม่ำเสมอ). ขนาดท่อเปล่าคือ φ108×6มม, อุณหภูมิการขึ้นรูปคือ 1100 ℃, ความเร็วในการผลักคือ 5 มม. / วินาที, และรัศมีการดัดงอคือ 1.5D. การกระจายอุณหภูมิของท่อเปล่าวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด. ผลการวิจัยพบว่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างผนังด้านในและด้านนอกของท่อที่ได้รับความร้อนจากการเหนี่ยวนำมีค่าน้อยกว่า 10 ℃, และผนังด้านในของข้อศอกที่ขึ้นรูปนั้นไม่มีรอยแตกร้าว. ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างผนังด้านในและด้านนอกของท่อเปล่าที่ได้รับความร้อนจากการให้ความร้อนแบบต้านทานคือ 60°C, และมีรอยแตกที่เห็นได้ชัดเจนปรากฏขึ้นที่ผนังด้านในของข้อศอกที่เกิดขึ้น. การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาแสดงให้เห็นว่าขนาดเกรนของชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงกว่านั้นมีขนาดใหญ่กว่า, และขนาดเกรนของชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจะเล็กลง, ซึ่งนำไปสู่การเสียรูปไม่สม่ำเสมอระหว่างการขึ้นรูปและความเข้มข้นของความเครียด.

4.2.3 รัศมีการดัดที่ไม่สมเหตุสมผล

ยิ่งรัศมีการโค้งงอเล็กลง, ยิ่งความโค้งของข้อศอกมากเท่าไร, และยิ่งความเข้มข้นของความเครียดที่ผนังด้านในรุนแรงมากขึ้น. เมื่อรัศมีการโค้งงอน้อยเกินไป (น้อยกว่า 1.5D), ความเค้นบนผนังด้านในของข้อศอกจะเกินความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุ, นำไปสู่การแตกร้าว. เพื่อตรวจสอบสิ่งนี้, การทดลองการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนดำเนินการด้วยรัศมีการดัด 1.0D, 1.5D, และ 2.0D. อุณหภูมิการขึ้นรูปคือ 1100 ℃, ความเร็วในการผลักคือ 5 มม. / วินาที, และขนาดช่องว่างของท่อคือ φ108×6มม. ผลการทดลองพบว่าเมื่อรัศมีการดัดงออยู่ที่ 1.0D, รอยแตกมาโครที่ชัดเจนปรากฏขึ้นที่ผนังด้านในของข้อศอก; เมื่อรัศมีการดัดงออยู่ที่ 1.5D, ผนังด้านในของข้อศอกไม่มีรอยแตกร้าว; เมื่อรัศมีการดัดงอเป็น 2.0D, ผนังด้านในของข้อศอกก็ไม่มีรอยแตกเช่นกัน. ผลการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์แสดงให้เห็นว่าความเค้นสูงสุดบนผนังด้านในของข้อศอกที่มีรัศมีการดัดงอ 1.0D คือ 250MPa, ซึ่งสูงกว่าความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุที่ 1100 ℃ มาก (30MPa), นำไปสู่การแตกร้าว.

4.2.4 พารามิเตอร์ของแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล

พารามิเตอร์ของแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล (เช่นพื้นผิวแม่พิมพ์ที่หยาบ, ช่องว่างที่ไม่เหมาะสมระหว่างแมนเดรลกับท่อเปล่า, และรูปร่างแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล) จะทำให้ผนังด้านในแตกร้าวด้วย. หากพื้นผิวของแม่พิมพ์มีความหยาบ, มันจะเพิ่มความต้านทานแรงเสียดทานระหว่างแม่พิมพ์และท่อเปล่า, นำไปสู่ความเครียดที่มากเกินไปที่ผนังด้านใน. หากช่องว่างระหว่างแมนเดรลกับช่องว่างของท่อเล็กเกินไป, มันจะเพิ่มแรงเสียดทานและทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนผนังด้านใน, ซึ่งจะกลายเป็นต้นตอของรอยแตกร้าว. หากรูปร่างของแม่พิมพ์ไม่สมเหตุสมผล, มันจะนำไปสู่การกระจายความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอของท่อว่างระหว่างการขึ้นรูป, นำไปสู่ความเข้มข้นของความเครียด.

เพื่อตรวจสอบอิทธิพลของพารามิเตอร์แม่พิมพ์ต่อการแตกร้าว, ทำการทดลองเชื้อราสองกลุ่ม: กลุ่มหนึ่งใช้แม่พิมพ์ที่มีพื้นผิวเรียบ (ความหยาบผิว Ra=0.8μm) และมีช่องว่างพอสมควร (0.5มม.), และอีกกลุ่มใช้แม่พิมพ์ที่มีพื้นผิวหยาบ (ความหยาบผิว Ra=3.2μm) และมีช่องว่างที่ไม่เหมาะสม (0.2มม.). อุณหภูมิการขึ้นรูปคือ 1100 ℃, ความเร็วในการผลักคือ 5 มม. / วินาที, รัศมีการดัดงอคือ 1.5D, และขนาดช่องว่างของท่อคือ φ108×6มม. ผลการทดลองพบว่าผนังด้านในของข้อศอกที่เกิดจากแม่พิมพ์กลุ่มแรกไม่มีรอยแตกร้าว, และคุณภาพพื้นผิวก็ดี. ผนังด้านในของข้อศอกที่เกิดจากแม่พิมพ์กลุ่มที่สองมีรอยขีดข่วนและรอยแตกอย่างเห็นได้ชัด. จากการสังเกตการณ์ SEM พบว่ารอยแตกร้าวนั้นเกิดจากรอยขีดข่วน, และรอยขีดข่วนเกิดจากการเสียดสีระหว่างพื้นผิวแม่พิมพ์ที่หยาบกับช่องว่างของท่อ.

4.3 ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมส่วนใหญ่อ้างถึงการเกิดออกซิเดชันและการสลายตัวของพื้นผิววัสดุในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน. ที่อุณหภูมิสูง, สแตนเลส WP304 จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิว. ฟิล์มออกไซด์เปราะและยึดเกาะกับเมทริกซ์ได้ไม่ดี. ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป, ฟิล์มออกไซด์จึงลอกออกได้ง่าย, และอนุภาคออกไซด์ที่ลอกออกจะกลายเป็นสิ่งเจือปน, ซึ่งจะทำให้เกิดความเครียดและทำให้เกิดการแตกร้าว. นอกจากนี้, การสลายตัวของคาร์บอนจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุที่อุณหภูมิสูง, ซึ่งจะช่วยลดปริมาณคาร์บอนของชั้นผิว, ส่งผลให้ความแข็งแรงและความแข็งของชั้นผิวลดลง, ทำให้ชั้นผิวมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปและการแตกร้าวของพลาสติก.

เพื่อวิเคราะห์อิทธิพลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่มีต่อการแตกร้าว, SEM สังเกตพื้นผิวของช่องว่างของท่อก่อนและหลังการขึ้นรูป. ผลปรากฏว่าก่อนการขึ้นรูป, พื้นผิวของท่อว่างเปล่าเรียบ, และมีฟิล์มออกไซด์บางๆ. หลังจากขึ้นรูปแล้ว, ฟิล์มออกไซด์ที่ผนังด้านในของข้อศอกหลุดลอกออก, และมีอนุภาคออกไซด์อยู่เป็นจำนวนมากบนพื้นผิว. การวิเคราะห์ EDS แสดงให้เห็นว่าอนุภาคออกไซด์ส่วนใหญ่เป็น Cr₂O₃ และ Fe₃O₄. จากการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาพบว่าปริมาณคาร์บอนที่ชั้นผิวของข้อศอกมีค่าเท่ากับ 0.03%, ซึ่งต่ำกว่าปริมาณคาร์บอนในแกนกลาง (0.06%), แสดงว่าเกิดการแยกสลายคาร์บอนที่ชั้นผิว. ชั้นที่แยกคาร์บอนออกจะมีความแข็งแรงและความแข็งต่ำกว่า, และในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, การเสียรูปพลาสติกมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของความเครียดที่ก่อตัวขึ้น, และรอยแตกร้าวเกิดขึ้นและแพร่กระจายในชั้นแยกคาร์บอน การเกิดรอยแตกร้าวบนชั้นผิว. ชั้นที่แยกคาร์บอนออกจะมีความแข็งแรงและความแข็งต่ำกว่า, และอยู่ภายใต้การกระทำของการสร้างความเครียด, การเปลี่ยนรูปและการแตกร้าวของพลาสติกมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้น. นอกจากนี้, อนุภาคออกไซด์ที่ปอกเปลือกจะเข้าไปในช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์กับท่อเปล่า, เพิ่มความต้านทานแรงเสียดทาน, ยิ่งทำให้ความเข้มข้นของความเครียดบนผนังด้านในรุนแรงขึ้นอีก, และส่งเสริมการเกิดและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว.

นอกจากนี้, ความชื้นและก๊าซที่เป็นอันตรายในสภาพแวดล้อมที่ขึ้นรูปอาจส่งผลกระทบบางอย่างต่อการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอก. ตัวอย่างเช่น, หากมีไอน้ำอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ร้อน, มันจะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของวัสดุที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างไฮโดรเจน, ซึ่งจะทะลุเข้าไปในวัสดุและทำให้เกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน, ลดความเหนียวของวัสดุและทำให้เกิดการแตกร้าวได้ง่าย. แม้ว่าอิทธิพลของปัจจัยดังกล่าวจะค่อนข้างอ่อนเมื่อเปรียบเทียบกับการเกิดออกซิเดชันและการแยกคาร์บอนออก, ไม่สามารถละเลยได้ในกระบวนการผลิตจริง, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงหรือเมื่อใช้อุปกรณ์ทำความร้อนระบายความร้อนด้วยน้ำ.

5. มาตรการป้องกันและควบคุมการแตกร้าวของผนังด้านใน

จากการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบถึงสาเหตุของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อน (รวมถึงปัจจัยทางวัตถุ, ปัจจัยกระบวนการ, และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม), บทนี้เสนอมาตรการป้องกันและควบคุมเป้าหมายจากสามด้าน: การควบคุมคุณภาพวัสดุ, การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ, และสร้างการปรับปรุงสภาพแวดล้อม. มาตรการเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดความเสี่ยงของการแตกร้าวของผนังด้านในโดยพื้นฐาน, ปรับปรุงคุณภาพการขึ้นรูปของข้อศอก, และรับรองการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของระบบท่อส่งตามมา.

5.1 มาตรการควบคุมคุณภาพวัสดุ

ปัจจัยทางวัตถุเป็นสาเหตุภายในของการแตกร้าว. การเสริมสร้างการควบคุมคุณภาพวัสดุสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยธรรมชาติของเหล็กกล้าไร้สนิม WP304 และเพิ่มความต้านทานต่อการแตกร้าวในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน. มาตรการเฉพาะมีดังนี้:

5.1.1 ควบคุมองค์ประกอบทางเคมีอย่างเคร่งครัด

เป็นครั้งแรก, จำเป็นต้องเลือกช่องว่างของท่อที่ตรงตามข้อกำหนดของมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (เช่น ASTM A403/A403M). ก่อนการผลิต, การตรวจจับองค์ประกอบทางเคมี (เช่น การวิเคราะห์สเปกตรัม) ควรดำเนินการกับช่องว่างของท่อแต่ละชุดเพื่อให้แน่ใจว่าเนื้อหาของแต่ละองค์ประกอบอยู่ในช่วงมาตรฐาน. สำหรับองค์ประกอบสำคัญ: ควรควบคุมปริมาณคาร์บอนด้านล่างอย่างเข้มงวด 0.08%, ปริมาณโครเมียมระหว่าง 18.00%-20.00%, และปริมาณนิกเกิลระหว่าง 8.00%-12.00%. ในเวลาเดียวกัน, เนื้อหาขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ที่เป็นอันตราย เช่น ฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์ ควรได้รับการควบคุมด้านล่าง 0.045% และ 0.030% ตามลำดับ. สำหรับช่องว่างของท่อที่มีองค์ประกอบทางเคมีไม่มีเงื่อนไข, ควรปฏิเสธหรือแปรรูปใหม่เพื่อหลีกเลี่ยงการเข้าสู่กระบวนการขึ้นรูปและทำให้เกิดการแตกร้าว.

5.1.2 ลดการรวมที่เป็นอันตราย

เพื่อลดเนื้อหาของการรวมที่เป็นอันตราย (เช่น อัล₂O₃, MnS) ในสแตนเลส WP304, จำเป็นต้องปรับกระบวนการถลุงและหล่อวัสดุให้เหมาะสม. ระหว่างการถลุง, มาตรการต่างๆ เช่น การกลั่นแบบเป่าด้วยอาร์กอนและการกลั่นเตาแบบทัพพีสามารถนำมาใช้เพื่อขจัดสิ่งเจือปนและก๊าซในเหล็กหลอมเหลว. ระหว่างการคัดเลือกนักแสดง, ควรควบคุมอุณหภูมิการหล่อและความเร็วในการหล่อเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันทุติยภูมิของเหล็กหลอมเหลว. นอกจากนี้, สำหรับช่องว่างท่อที่ซื้อมา, การทดสอบแบบไม่ทำลาย (เช่นการทดสอบอัลตราโซนิก) สามารถดำเนินการตรวจจับการกระจายตัวและขนาดของสารรวมได้. หากการรวมเกินช่วงที่อนุญาต, ไม่ควรใช้ช่องว่างของท่อในการขึ้นรูป.

5.1.3 ควบคุมขนาดเกรน

ควรใช้กระบวนการบำบัดความร้อนที่เหมาะสมเพื่อควบคุมขนาดเกรนของช่องว่างท่อสแตนเลส WP304. ก่อนการดัดขึ้นรูปแบบกดร้อน, การหลอมแบบบรรเทาความเครียดและการหลอมแบบละเอียดของเกรนสามารถทำได้บนช่องว่างของท่อ. แนะนำให้ใช้อุณหภูมิการหลอมอยู่ที่ 950 ℃ -1,050 ℃, และเวลาถือครองคือ 1-2 ชั่วโมง, ตามด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศ. ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถขจัดความเค้นตกค้างของช่องว่างของท่อเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับขนาดเกรนได้อีกด้วย 6-8 เกรด (มาตรฐาน ASTM E112), ปรับปรุงความเหนียวและการขึ้นรูปของวัสดุ. ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ควรควบคุมอุณหภูมิความร้อนและเวลาในการกักเก็บอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชมากเกินไป. อุณหภูมิการขึ้นรูปไม่ควรเกิน 1150 ℃, และควรปรับระยะเวลาในการจับยึดตามความหนาของช่องว่างของท่อ, โดยทั่วไปไม่เกิน 30 นาที.

5.1.4 ขจัดความเครียดที่ตกค้าง

สำหรับช่องว่างของท่อที่มีความเค้นตกค้างสูง, จะต้องดำเนินการบำบัดความเครียดก่อนการขึ้นรูป. วิธีที่ใช้กันทั่วไปคือการหลอมบรรเทาความเครียด, ซึ่งดำเนินการที่อุณหภูมิ 850°C-900°C สำหรับ 1-2 ชั่วโมง, ตามด้วยการระบายความร้อนช้าๆ. วิธีนี้สามารถลดความเค้นแรงดึงที่ตกค้างบนผนังด้านในของท่อให้ต่ำกว่า 30MPa ได้อย่างมีประสิทธิภาพ, หลีกเลี่ยงการซ้อนทับของความเค้นตกค้างและก่อให้เกิดความเค้นในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ซึ่งนำไปสู่ความเครียดและการแตกร้าวมากเกินไป. หลังการรักษาคลายเครียด, การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์สามารถใช้เพื่อตรวจจับความเค้นตกค้างของท่อเปล่าเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดในการขึ้นรูป.

5.2 มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ

ปัจจัยกระบวนการเป็นสาเหตุภายนอกของการแตกร้าว. การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนและการปรับปรุงระดับการดำเนินการขึ้นรูปสามารถลดความเข้มข้นของความเครียดบนผนังด้านในของข้อศอกได้อย่างมีประสิทธิภาพและหลีกเลี่ยงการแตกร้าว. มาตรการเฉพาะมีดังนี้:

5.2.1 ปรับการจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการผลักให้เหมาะสม

โดยอาศัยผลการทดลองในส่วน 4.2.1, การผสมผสานพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304 คือ: อุณหภูมิการขึ้นรูป 1,050 ℃ -1100 ℃, ความเร็วในการผลัก 3-5 มม./วินาที. สำหรับช่องว่างของท่อที่มีความหนาและขนาดต่างกัน, สามารถปรับพารามิเตอร์ได้อย่างเหมาะสม. ตัวอย่างเช่น, สำหรับช่องว่างของท่อที่มีผนังหนา (ความหนาของผนัง > 8มม.), อุณหภูมิการขึ้นรูปสามารถเพิ่มเป็น 1100 ℃ -1150 ℃, และความเร็วในการกดสามารถลดลงเหลือ 2-3 มม. / วินาทีเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเสียรูปพลาสติกเพียงพอ. ในระหว่างการผลิต, ควรติดตั้งระบบตรวจสอบอุณหภูมิเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของท่อว่างแบบเรียลไทม์, และควรปรับความเร็วในการกดแบบเรียลไทม์ตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ทั้งสองมีการจับคู่ที่สมเหตุสมผล.

5.2.2 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าช่องว่างของท่อมีความร้อนสม่ำเสมอ

เป็นครั้งแรก, ควรเลือกใช้เครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ, ซึ่งมีข้อดีคือความเร็วความร้อนที่รวดเร็วและการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอ. ขดลวดเหนี่ยวนำควรได้รับการออกแบบตามขนาดของช่องว่างของท่อเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่ทำความร้อนครอบคลุมส่วนที่ขึ้นรูปทั้งหมดของช่องว่างของท่อ. ที่สอง, ก่อนที่จะให้ความร้อน, ควรทำความสะอาดพื้นผิวของท่อเปล่าเพื่อขจัดคราบน้ำมัน, สนิม, และสิ่งสกปรกอื่นๆ, ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอที่เกิดจากการดูดซับความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ. ที่สาม, ระหว่างการทำความร้อน, ท่อเปล่าสามารถหมุนได้ด้วยความเร็วต่ำ (5-10รอบต่อนาที) เพื่อให้แน่ใจว่าผนังด้านในและด้านนอกของท่อว่างได้รับความร้อนสม่ำเสมอ. ควรควบคุมความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างผนังด้านในและด้านนอกของท่อเปล่าภายใน 10 ℃, ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดแบบเรียลไทม์. หากใช้การให้ความร้อนแบบต้านทานเนื่องจากข้อจำกัดของอุปกรณ์, ควรเพิ่มฝาครอบกันความร้อนในบริเวณที่ให้ความร้อนเพื่อลดการสูญเสียความร้อนและปรับปรุงความสม่ำเสมอในการทำความร้อน.

5.2.3 เลือกรัศมีการดัดที่เหมาะสม

ในบริเวณที่เป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบทางวิศวกรรม, รัศมีการโค้งงอของข้อศอกควรมีขนาดใหญ่ที่สุด. สำหรับข้อศอกสแตนเลส WP304, รัศมีการดัดไม่ควรน้อยกว่า 1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเปล่า). หากทางวิศวกรรมต้องการรัศมีการโค้งงอที่น้อยกว่า (เช่น 1.0D-1.5D), special process measures should be taken: increasing the forming temperature by 50℃-100℃, reducing the pushing speed by 2-3mm/s, และปรับโครงสร้างแม่พิมพ์ให้เหมาะสม (such as adding a lubricating layer on the surface of the mandrel) to reduce the stress concentration on the inner wall. ไว้ก่อน, finite element simulation can be used to predict the stress distribution of the elbow with a small bending radius, and the process parameters can be adjusted according to the simulation results.

5.2.4 Optimize Mold Design and Manufacturing

เป็นครั้งแรก, the surface quality of the mold should be improved. The surface roughness of the mandrel and die should be controlled below Ra=0.8μm. The mold surface should be polished and plated with a wear-resistant and lubricating coating (such as TiN coating) เพื่อลดความต้านทานการเสียดสีระหว่างแม่พิมพ์กับท่อเปล่า. ที่สอง, ช่องว่างระหว่างแมนเดรลกับช่องว่างของท่อควรได้รับการออกแบบอย่างสมเหตุสมผล. ช่องว่างควรเป็น 0.3-0.5 มม, ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถรับประกันความเสถียรของท่อเปล่าระหว่างการขึ้นรูป แต่ยังช่วยลดแรงเสียดทานอีกด้วย. ที่สาม, ควรปรับรูปร่างของแม่พิมพ์ให้เหมาะสม. ส่วนโค้งของแม่พิมพ์ควรเรียบเพื่อหลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคม, ซึ่งสามารถลดความเข้มข้นของความเครียดระหว่างการขึ้นรูปได้. หลังจากผลิตแม่พิมพ์แล้ว, ควรตรวจสอบความถูกต้องของมิติและคุณภาพพื้นผิวเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบ.

5.3 จัดทำมาตรการปรับปรุงสิ่งแวดล้อม

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ออกซิเดชันและการแยกคาร์บอนจะลดคุณภาพพื้นผิวของท่อเปล่าและเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าว. การปรับปรุงสภาพแวดล้อมการขึ้นรูปสามารถลดผลกระทบของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่อการแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ. มาตรการเฉพาะมีดังนี้:

5.3.1 ใช้การสร้างบรรยากาศการป้องกัน

ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน, ก๊าซป้องกัน (เช่นอาร์กอน, ก๊าซไนโตรเจน) สามารถนำเข้าไปในบริเวณทำความร้อนและโพรงแม่พิมพ์เพื่อแยกท่อเปล่าออกจากอากาศ, หลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันและการสลายตัวของพื้นผิวท่อที่อุณหภูมิสูง. ควรควบคุมอัตราการไหลของก๊าซป้องกันที่ 5-10 ลิตร/นาที, และความบริสุทธิ์ของก๊าซควรสูงกว่า 99.99% เพื่อให้มั่นใจถึงผลการป้องกัน. สำหรับการผลิตขนาดใหญ่, สามารถสร้างห้องขึ้นรูปปิดได้, และสามารถเติมก๊าซป้องกันเข้าไปในห้องเพื่อสร้างบรรยากาศการป้องกันได้เต็มรูปแบบ, ซึ่งสามารถปรับปรุงผลต่อต้านอนุมูลอิสระได้ดียิ่งขึ้น.

5.3.2 ควบคุมความชื้นและก๊าซที่เป็นอันตรายในสภาพแวดล้อมที่ก่อตัว

ควรควบคุมความชื้นของโรงขึ้นรูปด้านล่าง 60% เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกตัวของไฮโดรเจนที่เกิดจากปฏิกิริยาของไอน้ำกับพื้นผิวของวัสดุที่อุณหภูมิสูง. สามารถติดตั้งอุปกรณ์ลดความชื้นในโรงงานเพื่อปรับความชื้นแบบเรียลไทม์. ในเวลาเดียวกัน, การปล่อยก๊าซที่เป็นอันตราย (เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์, ซัลเฟอร์ไดออกไซด์) ในการประชุมเชิงปฏิบัติการควรได้รับการควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาของก๊าซที่เป็นอันตรายกับพื้นผิวท่อที่ว่างเปล่า, ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวของท่อเปล่า. การประชุมเชิงปฏิบัติการควรติดตั้งระบบระบายอากาศเพื่อให้แน่ใจว่าอากาศไหลเวียน.

5.3.3 เสริมสร้างการรักษาพื้นผิวหลังการขึ้นรูป

หลังจากสร้างข้อศอกให้เย็นลงแล้ว, ควรถอดสเกลพื้นผิวออกไซด์ออกทันเวลา. วิธีการทั่วไป ได้แก่ การดอง (โดยใช้กรดผสมระหว่างกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริก) และการเป่าด้วยทราย. การดองสามารถขจัดคราบออกไซด์และชั้นสลายคาร์บอนบนพื้นผิวของข้อศอกได้, และการพ่นทรายสามารถปรับปรุงความหยาบผิวของข้อศอกและเสริมการยึดเกาะของสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนที่ตามมา. หลังจากการรักษาพื้นผิว, ควรตรวจสอบพื้นผิวของข้อศอกเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีคราบออกไซด์ตกค้าง, รอยขีดข่วน, หรือข้อบกพร่องอื่นๆ, ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการเกิดรอยแตกร้าวจากข้อบกพร่องที่พื้นผิวระหว่างการบริการครั้งต่อไป.

5.4 มาตรการตรวจสอบคุณภาพที่ครอบคลุม

นอกเหนือจากมาตรการข้างต้นแล้ว, ควรมีการตรวจสอบคุณภาพอย่างครอบคลุมในระหว่างกระบวนการผลิตทั้งหมดเพื่อค้นหาและกำจัดอันตรายด้านคุณภาพที่อาจเกิดขึ้นได้ทันเวลา. มาตรการเฉพาะมีดังนี้: (1) การตรวจสอบก่อนการขึ้นรูป: ตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมี, ขนาดเม็ด, ความเครียดตกค้าง, และคุณภาพพื้นผิวของท่อเปล่าเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดในการขึ้นรูป. (2) การตรวจสอบในการขึ้นรูป: ตรวจสอบอุณหภูมิการขึ้นรูปแบบเรียลไทม์, ผลักดันความเร็ว, และสภาวะความเค้น-ความเครียดของท่อว่างเปล่า, และปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้ทันเวลาหากพบความผิดปกติ. (3) การตรวจสอบหลังการขึ้นรูป: ใช้วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลาย (เช่นการทดสอบอัลตราโซนิก, การทดสอบอนุภาคแม่เหล็ก) เพื่อตรวจสอบผนังด้านในและด้านนอกของข้อศอกว่ามีรอยแตกร้าวหรือไม่, รวม, และข้อบกพร่องอื่น ๆ. สำหรับข้อศอกที่ไม่มีคุณสมบัติ, ควรทำเครื่องหมายและจัดการในลักษณะรวมศูนย์. สำหรับข้อศอกที่ผ่านการรับรอง, ควรทำการตรวจสอบตัวอย่างเพื่อทดสอบคุณสมบัติทางกล (เช่น ความต้านทานแรงดึง, แรงกระแทก) เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดทางวิศวกรรม.

6. บทสรุปและโอกาส

6.1 ข้อสรุป

บทความนี้ดำเนินการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับสาเหตุของการแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ในระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอแบบกดร้อน และเสนอมาตรการป้องกันและควบคุมที่สอดคล้องกัน. ผ่านการวิเคราะห์ทางทฤษฎี, การวิจัยเชิงทดลอง, และการจำลององค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์, ข้อสรุปหลักมีดังนี้:

(1) การแตกร้าวของผนังด้านในของข้อศอกสแตนเลส WP304 ระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดแบบกดร้อนเป็นผลมาจากหลายปัจจัย, รวมถึงปัจจัยทางวัตถุ (ส่วนเบี่ยงเบนองค์ประกอบทางเคมี, การรวมที่เป็นอันตราย, ขนาดเกรนมากเกินไป, ความเครียดตกค้างสูง), ปัจจัยกระบวนการ (การจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการผลักอย่างไม่สมเหตุสมผล, ความร้อนไม่สม่ำเสมอ, รัศมีการโค้งงอน้อยเกินไป, พารามิเตอร์ของแม่พิมพ์ที่ไม่สมเหตุสมผล), และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (ออกซิเดชัน, การแยกสลายคาร์บอน, การแตกตัวของไฮโดรเจนที่เกิดจากไอน้ำ).

(2) ท่ามกลางปัจจัยทางวัตถุ, การตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ที่เกิดจากปริมาณคาร์บอนที่มากเกินไป, ความเข้มข้นของความเครียดที่เกิดจากการรวมตัวที่เป็นอันตราย (อัล₂O₃, MnS), และการลดความเหนียวที่เกิดจากขนาดเกรนที่มากเกินไปเป็นปัจจัยสำคัญที่นำไปสู่การแตกร้าว. ท่ามกลางปัจจัยกระบวนการ, การจับคู่อุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการผลักอย่างไม่สมเหตุสมผล (อุณหภูมิต่ำเกินไป + ความเร็วเร็วเกินไป, อุณหภูมิสูงเกินไป + ความเร็วเร็วเกินไป) และความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการแตกร้าว. ท่ามกลางปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม, การเกิดออกซิเดชันและการแยกคาร์บอนออกจากพื้นผิวของวัสดุเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวและนำไปสู่การแตกร้าว.

(3) เสนอมาตรการป้องกันและควบคุมเป้าหมายจาก 3 ด้าน: การควบคุมคุณภาพวัสดุ, การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ, และสร้างการปรับปรุงสภาพแวดล้อม. มาตรการควบคุมคุณภาพวัสดุรวมถึงการควบคุมองค์ประกอบทางเคมีอย่างเข้มงวด, ลดการรวมที่เป็นอันตราย, การควบคุมขนาดเกรน, และขจัดความเครียดที่ตกค้าง. มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ ได้แก่ การปรับอุณหภูมิการขึ้นรูปและความเร็วในการดันให้เหมาะสม, ให้ความร้อนสม่ำเสมอ, การเลือกรัศมีการโค้งงอที่เหมาะสม, และเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบแม่พิมพ์. การสร้างมาตรการปรับปรุงสภาพแวดล้อมรวมถึงการนำการสร้างบรรยากาศการป้องกันมาใช้, การควบคุมความชื้นในสิ่งแวดล้อมและก๊าซที่เป็นอันตราย, และเสริมสร้างการรักษาพื้นผิวหลังการขึ้นรูป. นอกจากนี้, การตรวจสอบคุณภาพอย่างครอบคลุมในระหว่างกระบวนการผลิตทั้งหมดสามารถรับประกันคุณภาพการขึ้นรูปของข้อศอกได้ดียิ่งขึ้น.

(4) การผสมผสานพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปโค้งงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส WP304 นั้นได้มาจากการทดลอง: อุณหภูมิการขึ้นรูป 1,050 ℃ -1100 ℃, ความเร็วในการผลัก 3-5 มม./วินาที, รัศมีการดัด ≥1.5D, และวิธีการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ. การใช้การผสมผสานพารามิเตอร์นี้และการจับคู่กับการควบคุมวัสดุและมาตรการปรับปรุงสิ่งแวดล้อมที่สอดคล้องกันสามารถลดการแตกร้าวของผนังด้านในได้อย่างมีประสิทธิภาพ, และอัตราข้อศอกที่เหมาะสมสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 98%.

6.2 ผู้มีโอกาสเป็นลูกค้า

แม้ว่าบทความนี้จะมีผลการวิจัยมาบ้างก็ตาม, ยังมีข้อบกพร่องบางประการที่ต้องศึกษาเพิ่มเติมในอนาคต:

(1) การวิจัยในบทความนี้มุ่งเป้าไปที่ข้อศอกสแตนเลส WP304 เป็นหลัก. สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกชนิดอื่นๆ (เช่น WP316, WP321) ข้อศอก, สาเหตุของการแตกร้าวและมาตรการป้องกันอาจแตกต่างกัน. การวิจัยในอนาคตสามารถขยายขอบเขตการวิจัยไปยังข้อศอกสแตนเลสประเภทอื่น ๆ เพื่อสร้างระบบทางทฤษฎีและวิธีการทางเทคนิคที่เป็นสากลมากขึ้น.

(2) บทความนี้ศึกษาปัญหาการแตกร้าวระหว่างการขึ้นรูปด้วยการดัดงอด้วยความร้อนเป็นหลัก. สำหรับกฎวิวัฒนาการของรอยแตกขนาดเล็กที่เกิดขึ้นระหว่างการขึ้นรูปในกระบวนการบริการที่ตามมา (เช่นภายใต้อุณหภูมิสูง, แรงดันสูง, และสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน), ยังขาดการวิจัยเชิงลึก. การวิจัยในอนาคตสามารถรวมสภาพแวดล้อมการบริการเพื่อศึกษากลไกการแพร่กระจายของรอยแตกขนาดเล็ก และเสนอวิธีการควบคุมคุณภาพตลอดอายุการใช้งานสำหรับข้อศอกสแตนเลส.

(3) ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตอัจฉริยะ, การวิจัยในอนาคตสามารถแนะนำปัญญาประดิษฐ์และเทคโนโลยีข้อมูลขนาดใหญ่ในกระบวนการขึ้นรูปโค้งงอแบบกดร้อนของข้อศอกสแตนเลส. ด้วยการสร้างระบบติดตามและควบคุมอัจฉริยะ, สามารถรับรู้การตรวจสอบแบบเรียลไทม์และการปรับพารามิเตอร์กระบวนการโดยอัตโนมัติ, และสามารถคาดการณ์และประเมินคุณภาพการขึ้นรูปของข้อศอกได้, ซึ่งจะปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ต่อไป.

(4) ในแง่ของการเพิ่มประสิทธิภาพแม่พิมพ์, การวิจัยในอนาคตสามารถนำเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อมาใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและคุณภาพพื้นผิวที่ดี. ในเวลาเดียวกัน, วัสดุหล่อลื่นและเทคโนโลยีการเคลือบใหม่สามารถพัฒนาได้เพื่อลดความต้านทานแรงเสียดทานระหว่างแม่พิมพ์และท่อเปล่า, ปรับปรุงคุณภาพการขึ้นรูปและอายุการใช้งานของแม่พิมพ์.