Penyelarasan Brankar: Metode Kontrol Datar Kunci dalam Pengolahan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Peregangan stretcher adalah teknik pemrosesan logam yang menerapkan gaya tarik yang terkontrol melebihi titik hasil material untuk secara permanen menghilangkan distorsi, lengkungan, atau bengkok pada produk baja. Proses ini menciptakan datar yang seragam dengan menginduksi deformasi plastis yang menghilangkan stres residual yang terakumulasi selama operasi manufaktur sebelumnya.

Teknik ini sangat penting dalam produksi baja di mana akurasi dimensi dan datar adalah parameter kualitas yang kritis. Dengan menerapkan beban tarik yang tepat, peregangan stretcher mencapai toleransi datar yang tidak mungkin dicapai hanya dengan leveling rol konvensional.

Dalam pemrosesan metalurgi, peregangan stretcher menempati posisi kritis antara operasi pembentukan primer dan penyelesaian akhir. Ini mewakili metode penghilang stres yang canggih yang mengatasi keterbatasan proses penghilang stres termal, terutama untuk material dengan ketebalan tipis di mana pendekatan termal dapat menyebabkan distorsi tambahan.

Sifat Fisik dan Dasar Teoretis

Mekanisme Fisik

Di tingkat mikrostruktur, peregangan stretcher bekerja dengan menginduksi deformasi plastis yang terkontrol di seluruh penampang material. Ketika baja diregangkan melebihi titik hasilnya, dislokasi dalam kisi kristal mulai bergerak sepanjang bidang slip.

Gerakan dislokasi ini secara permanen mengubah keadaan stres internal material. Wilayah dengan stres residual kompresif dan yang memiliki stres residual tarik keduanya dibawa ke keadaan stres yang lebih seragam melalui proses yielding yang terkontrol ini.

Deformasi plastis mendistribusikan ulang stres internal dengan memungkinkan bidang atom untuk meluncur relatif satu sama lain, secara efektif "mengatur ulang" keadaan stres di seluruh material ke kondisi yang lebih homogen.

Model Teoretis

Model teoretis utama untuk peregangan stretcher didasarkan pada teori deformasi elastis-plastis. Model ini menggambarkan bagaimana material bertransisi dari perilaku elastis ke plastis ketika dikenakan gaya tarik yang melebihi kekuatan hasil.

Secara historis, pemahaman tentang peregangan stretcher berkembang dari praktik empiris menjadi prinsip ilmiah pada pertengahan abad ke-20, bertepatan dengan kemajuan dalam ilmu material dan mekanika kontinu.

Pendekatan modern menggabungkan analisis elemen hingga (FEA) untuk memprediksi perilaku material selama peregangan, sementara teori plastisitas klasik memberikan dasar untuk memahami mekanisme deformasi permanen.

Dasar Ilmu Material

Peregangan stretcher secara langsung berinteraksi dengan struktur kristal material dengan mempengaruhi kerapatan dan distribusi dislokasi. Dalam kristal besi kubik berpusat tubuh (BCC) yang khas dari baja, proses ini mempengaruhi bagaimana dislokasi diatur di batas butir.

Efektivitas peregangan stretcher sangat bergantung pada mikrostruktur material, terutama ukuran dan orientasi butir. Material dengan butir halus biasanya memerlukan gaya peregangan yang lebih tinggi tetapi menghasilkan datar yang lebih seragam.

Proses ini secara fundamental terkait dengan perilaku hasil pada material kristalin, di mana deformasi plastis terjadi melalui mekanisme slip sepanjang bidang kristalografi yang diutamakan, mengikuti prinsip plastisitas kristal.

Ekspresi Matematis dan Metode Perhitungan

Formula Definisi Dasar

Hubungan dasar dalam peregangan stretcher didefinisikan oleh regangan teknik yang diterapkan:

$$\varepsilon = \frac{\Delta L}{L_0}$$

Di mana:
- $\varepsilon$ mewakili regangan teknik
- $\Delta L$ adalah perpanjangan (perubahan panjang)
- $L_0$ adalah panjang asli material

Formula Perhitungan Terkait

Stres tarik yang diterapkan selama peregangan stretcher dihitung sebagai:

$$\sigma = \frac{F}{A}$$

Di mana:
- $\sigma$ adalah stres teknik
- $F$ adalah gaya yang diterapkan
- $A$ adalah luas penampang

Set permanen (deformasi plastis) setelah peregangan stretcher dapat diperkirakan dengan:

$$\varepsilon_p = \varepsilon_t - \frac{\sigma}{E}$$

Di mana:
- $\varepsilon_p$ adalah regangan plastis (set permanen)
- $\varepsilon_t$ adalah total regangan yang diterapkan
- $\sigma$ adalah stres maksimum yang diterapkan
- $E$ adalah modulus elastis material

Kondisi dan Batasan yang Berlaku

Formula ini hanya berlaku ketika material diregangkan melebihi titik hasilnya tetapi di bawah kekuatan tarik maksimum. Deformasi plastis harus tetap berada di wilayah perpanjangan seragam dari kurva stres-regangan.

Model-model ini mengasumsikan sifat material yang homogen di seluruh penampang, yang mungkin tidak valid untuk material dengan variasi sifat yang signifikan melalui ketebalan.

Perhitungan ini biasanya mengabaikan efek laju regangan, yang menjadi signifikan pada kecepatan pemrosesan tinggi di mana respons material dinamis berbeda dari perilaku statis.

Metode Pengukuran dan Karakterisasi

Spesifikasi Pengujian Standar

ASTM A568/A568M: Spesifikasi Standar untuk Baja, Lembaran, Karbon, Struktural, dan Kekuatan Tinggi, Paduan Rendah, Dingin-Digulung dan Panas-Digulung, yang mencakup persyaratan datar.

ISO 9445: Lembaran Baja Stainless Dingin-Digulung Secara Kontinu, Strip Sempit, Strip Lebar, Pelat/Lembaran dan Panjang Potong - Toleransi pada Dimensi dan Bentuk.

EN 10029: Pelat Baja Panas-Digulung 3 mm Tebal atau Lebih - Toleransi pada Dimensi dan Bentuk.

Peralatan dan Prinsip Pengujian

Sistem pengukuran datar menggunakan beberapa sensor jarak laser yang diatur di seluruh lebar material memberikan pemetaan topografi yang sangat presisi dari deviasi permukaan.

Sistem pengukuran datar optik menggunakan pola cahaya terstruktur yang diproyeksikan ke permukaan material untuk mendeteksi dan mengukur deviasi dari datar yang sempurna.

Perangkat pengukuran tegangan, termasuk sel beban dan gauge regangan, memantau gaya yang diterapkan selama proses peregangan untuk memastikan yielding yang tepat tanpa deformasi berlebihan.

Persyaratan Sampel

Spesimen uji standar biasanya mencakup seluruh lebar material yang diproses dengan panjang berkisar antara 1-3 meter untuk secara memadai mewakili karakteristik datar secara keseluruhan.

Persiapan permukaan umumnya hanya memerlukan pembersihan dasar untuk menghilangkan minyak pemrosesan atau kontaminan yang mungkin mempengaruhi sistem pengukuran optik.

Material harus berada pada suhu ruangan dan bebas dari kendala eksternal yang mungkin menyembunyikan deviasi bentuk yang melekat.

Parameter Uji

Pengujian standar dilakukan pada suhu ruangan (20-25°C) di bawah kondisi lingkungan yang stabil untuk mencegah efek ekspansi termal.

Kecepatan peregangan biasanya berkisar antara 0.5-5% dari total panjang per menit, dengan kecepatan yang lebih lambat digunakan untuk material yang lebih tebal atau berkekuatan lebih tinggi.

Kontrol kelembaban diperlukan saat menggunakan sistem pengukuran optik untuk mencegah kondensasi atau distorsi atmosfer pada berkas pengukuran.

Pengolahan Data

Pengumpulan data utama melibatkan pemetaan deviasi tinggi di seluruh pola grid yang mencakup permukaan material, dengan titik pengukuran biasanya berjarak 25-100mm.

Analisis statistik mencakup perhitungan deviasi standar dari pengukuran tinggi, perbedaan puncak-ke-lembah, dan indeks gelombang untuk mengukur datar.

Nilai datar akhir biasanya dinyatakan sebagai unit I (imperial) atau unit H (metrik), yang mewakili deviasi dari datar yang sempurna sebagai rasio variasi tinggi terhadap panjang pengukuran.

Rentang Nilai Tipikal