Sprężynowanie stali nierdzewnych w trakcie gięcia

Stale nierdzewne podczas formowania plastycznego na zimno, np. gięcia ulegają zjawisku powrotnego odkształcenia sprężystego (sprężynowania). Sprężynowanie określa skłonność formowanego materiału do powrotu do swojego pierwotnego kształtu i wymaga uwzględnienia odpowiedniego naddatku (2-10°) do uzyskania pożądanego promienia gięcia. Stale nierdzewne wykazują ogólnie silniejszy efekt sprężynowania w porównaniu do stali niskostopowych. W grupie stali nierdzewnych stale o strukturze austenitycznej charakteryzują się największym sprężynowaniem.

Ogólnie sprężynowanie powrotne jest proporcjonalne do zależności (0,2*Rp_0,2+R_m)/2, gdzie R_p0,2 – umowna granica plastyczności, Rm – wytrzymałość na rozciąganie. Stopień powrotnego odkształcenia sprężystego materiału zależny jest od rodzaju giętej stali nierdzewnej, jej własności mechanicznych, w szczególności podatności na umocnienie w wyniku zgniotu, a także geometrii gięcia włącznie z promieniem gięcia i grubością blachy, stosunkiem promienia gięcia do średnicy rury. Na bazie powyższych parametrów można określić kąt gięcia oraz kąty stempla i matrycy wymagane do uzyskania trwałego zgięcia po usunięciu nacisku narzędzia.

Stopień sprężynowania powiększa się wraz z modułem Younga materiału oraz jego umowną granicą plastyczności (Rp0,2). Podobny związek ze sprężynowaniem wykazuje twardość. Wyższa twardość materiału tym większy efekt sprężynowania.

Istotne różnice między gatunkami austenitycznych stali nierdzewnych wynikają głównie ze skłonności do umocnienia przez zgniot danego gatunku. Najsilniejszy efekt będzie zauważalny dla niskoniklowych stali austenitycznych, np. 1.4310 (301), w których proces formowania powoduje szybki wzrost własności mechanicznych i tym samym zwiększenie efektu sprężynowania (tablica). Najwyższym stopniem sprężynowania charakteryzują się stale Cr-Mn serii 200 z niskim udziałem niklu i dodatkiem azotu. Ogólnie sprężynowanie stali 1.4310 (301) jest dwa razy większe niż gatunku 1.4301. Dodatkowo mogą występować różnice dla tego samego gatunku 1.4310 (301) w zależności od producenta, co wynika ze specyficznych własności danego materiału (plastyczność, stopień umocnienia, itd.). Dla stali w stanie przesyconym/wyżarzonym minimalny promień gięcia jest równy grubości blachy, natomiast dla stali odkształconych plastycznie na zimno powinien być zwiększony do około 6 grubości blachy.

Do oceny sprężynowania w trakcie formowania można posłużyć się wykresami przedstawiającymi zależność między kątem/grubością materiału, promieniem części i kątem części do gięcia na podstawie danych dla austenitycznych stali nierdzewnych. Porównanie charakterystyki stali Cr-Ni pozwala określić naddatek na sprężynowanie dla bardziej umocnionych gatunków stali. Więcej w publikacji Practical guidelines for fabrication of austenitic stainless steels, IMOA [3].

Tablica. Porównanie sprężynowania różnych gatunków stali nierdzewnych przy gięciu na 90° dla różnych promieni gięcia

Gatunek stali (blacha)	Naddatek na sprężynowanie dla danego promienia gięcia
	1t	6t	20t
Typ 302, przesycony	2°	4°	15°
1.4301 (304), przesycony	2°	4°	15°
1.4310 (301), stan umocniony zgniotem C1000 (1/2 hard)	4°	13°	43°
t – grubość blachy

 

Literatura

[1].P.J. Cunat, Praca ze stalą nierdzewną, http://www.stalenierdzewne.pl

[2]. Bending Stainless steel tube – Design benefits in engineering and architecture, http://www.stalenierdzewne.pl

[3]. Practical guidelines for fabrication of austenitic stainless steels nickel institute, IMOA