Opracování kovů za tepla se týká skupiny průmyslových procesů používaných k tvarování kovových materiálů, když jsou v zahřátém, změkčeném stavu. Charakteristickým znakem tváření za tepla je, že se provádínad teplotou rekrystalizace materiálu.Základní princip: Rekrystalizace
Základním principem práce za tepla jerekrystalizace.
- Teplota rekrystalizace:Toto je minimální teplota, při které může být deformovaná, za studena opracovaná zrnitá struktura kovu -přeměněna na novou zrnitou strukturu bez pnutí-. Tato teplota není pevným bodem, ale je typicky 0,5 až 0,7 násobek absolutní teploty tání kovu.
- Zpevnění vs. zotavení:Když je kov deformován (tvarován) při pokojové teplotě (tzv. zpracování za studena), stává se tvrdším a pevnějším, ale také křehčím-jevem známým jakokmenové zpevněnínebo pracovním otužováním. Pokud se stejná deformace provede nad teplotou rekrystalizace, jakékoli vytvrzení, ke kterému dojde, je okamžitě odstraněno současným procesem rekrystalizace a zotavení. To umožňuje rozsáhlé a nepřetržité tvarování bez praskání nebo nadměrné spotřeby energie.
Běžné procesy práce za tepla
Několik hlavních průmyslových procesů spadá do kategorie zpracování za tepla:
- Válcování za tepla:Toto je nejběžnější proces práce za tepla. Velký litý kovový kus ("ingot" nebo "deska") se zahřeje a prochází řadou válců, aby se zmenšila jeho tloušťka a dosáhl se stejnoměrného průřezu-, čímž se získají výrobky, jako jsou plechy, desky, tyče a konstrukční tvary (I-nosníky, kolejnice).
- Kování za tepla:Kov se zahřívá a poté tvaruje působením tlakových sil, obvykle pomocí kladiva, lisu nebo matrice. Kování vyrovná tok zrna kovu s tvarem součásti, což má za následek vynikající pevnost a houževnatost. Příklady zahrnují klikové hřídele, ojnice a ruční nářadí.
- Extruze:Zahřátý kovový blok se umístí do kontejneru a protlačí se otvorem v matrici požadovaného tvaru průřezu. Tento proces je ideální pro vytváření dlouhých, složitých pevných a dutých tvarů, jako jsou okenní rámy, trubky a konstrukční součásti.
- Hot Drawing (nebo Deep Drawing):Podobné jako tažení za studena, ale provádí se při zvýšených teplotách, aby se umožnila vážnější deformace bez roztržení. Používá se pro tvarování hlubokých, miskovitých-dílů.
- Casting (zvláštní případ):Zatímco technicky jde spíše o primární proces tvarování než o sekundární, odlévání zahrnuje lití roztaveného kovu (daleko nad jeho rekrystalizační teplotou) do formy. Je zde zahrnut jako základní proces tváření kovu za tepla.
Výhody práce za tepla
- Vysoká tvarovatelnost:Kovy jsou za tepla mnohem tažnější a plastičtější, což umožňuje masivní změny tvaru, které by při pokojové teplotě nebyly možné.
- Nízká spotřeba energie na jednotku objemu:Protože je kov měkčí, je k jeho deformaci potřeba menší síla a energie ve srovnání s tvářením za studena.
- Zjemnění struktury zrna:Dokáže rozbít hrubé, křehké-odlévané struktury a vytvářet jemnější, jednotnější velikost zrna, čímž zlepšuje mechanické vlastnosti.
- Odstranění pórovitosti:Vysoký tlak a teplota mohou svařit uzavření vnitřních dutin a plynových pórů přítomných v litém kovu.
- Bez kalení v tahu:Proces nezvyšuje pevnost/tvrdost mechanickým zpevněním, což usnadňuje obrábění nebo další tvarování materiálu po procesu.
Nevýhody práce za tepla
- Přesnost nižších rozměrů:Tepelná expanze a kontrakce spolu s tvorbou okují (oxidu) mohou vést k méně přesným rozměrům a horší povrchové úpravě ve srovnání s tvářením za studena.
- Oxidace a vodní kámen:Žhavý kov reaguje se vzduchem a vytváří na povrchu oxidickou vrstvu (okují), kterou je nutné odstranit a dochází ke ztrátě materiálu.
- Špatná povrchová úprava:Šupinatý povrch je hrubší.
- Krátká životnost nástroje:Vysoké teploty a abrazivní úsady mohou vést k rychlejšímu opotřebení a degradaci matric, válců a dalších nástrojů.
- Vysoké náklady na energii:Náklady na ohřev kovu na vysoké teploty mohou být značné.
Aplikace
Opracování za tepla je zásadní v primární výrobě kovů a pro výrobu součástí, které vyžadují vysokou pevnost a houževnatost. Je všudypřítomný v průmyslových odvětvích, jako jsou:
- Automobilový průmysl:Kování dílů motorů, válcování oceli na karoserie automobilů.
- Letectví:Kování kritických konstrukčních součástí, jako je přistávací zařízení.
- Konstrukce:Valivé I-nosníky, výztuže a konstrukční desky.
- Stavba lodí:Výroba velkých ocelových plechů a profilů.
Závěr
shrnuto,práce za teplaje základní výrobní technika, která využívá vysoké teploty k plastické deformaci kovů efektivně a ve velkém měřítku. Tím, že pracuje nad teplotou rekrystalizace, překonává omezení křehkosti a umožňuje výrobu velkých, silných komponentů, které tvoří páteř moderní infrastruktury a strojního zařízení.
