Kovanie je výrobný proces, pri ktorom sa kov tvaruje pôsobením tlakových síl, zvyčajne pomocou kladiva alebo lisu. Ako dodávateľ kovaných dielov som bol svedkom toho, ako teplota kovania zohráva kľúčovú úlohu pri určovaní vlastností finálnych dielov. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do vedy, ktorá stojí za tým, ako teplota kovania ovplyvňuje vlastnosti dielov a prečo je rozhodujúca pre výrobcov aj koncových používateľov.
1. Základy teploty kovania
Kovanie možno rozdeliť do troch hlavných teplotných rozsahov: kovanie za studena, kovanie za tepla a kovanie za tepla. Kovanie za studena sa vykonáva pri teplote miestnosti alebo mierne vyššej, kovanie za tepla prebieha medzi teplotou miestnosti a teplotou rekryštalizácie kovu a kovanie za tepla sa vykonáva nad teplotou rekryštalizácie.
Kritickým parametrom je teplota rekryštalizácie. Keď sa kov deformuje nad túto teplotu, vytvárajú sa nové zrná bez napätia, ktoré môžu výrazne zmeniť mechanické vlastnosti kovu. Rôzne kovy majú rôzne teploty rekryštalizácie. Napríklad pre oceľ je teplota rekryštalizácie typicky okolo 600 - 700 °C.
2. Vplyv na mechanické vlastnosti
2.1 Tvrdosť
Kovanie za studena má vo všeobecnosti za následok zvýšenú tvrdosť. Pri deformácii kovu pri nízkych teplotách vznikajú a hromadia sa dislokácie (poruchy kryštálovej štruktúry). Tieto dislokácie bránia pohybu iných dislokácií, čím sa kov stáva tvrdším. Napríklad u dielov z uhlíkovej ocele kovaných za studena môže byť tvrdosť výrazne vyššia v porovnaní s rovnakou oceľou v žíhanom stave.
Na druhej strane kovanie za tepla môže viesť k rovnomernejšej štruktúre zrna. Ak je teplota kovania dobre riadená nad teplotou rekryštalizácie, kov môže počas procesu kovania rekryštalizovať, čo má za následok jemnejšiu a rovnomernejšiu veľkosť zrna. Jemnejšia veľkosť zrna často vedie k rovnováhe medzi tvrdosťou a ťažnosťou. Kovanie za tepla môže tiež dosiahnuť určitú úroveň zlepšenia tvrdosti, ale zvyčajne je menej výrazné ako kovanie za studena.
2.2 Pevnosť
Pevnosť úzko súvisí s tvrdosťou. Časti kované za studena majú často vysokú medzu klzu a medzu pevnosti v ťahu vďaka efektu vytvrdzovania. Nahromadené dislokácie sťažujú plastickú deformáciu kovu. Časti kované za studena však môžu byť krehkejšie, čo môže byť nevýhodou v aplikáciách, kde sa vyžaduje odolnosť proti nárazu.
Za tepla kované diely môžu mať tiež vynikajúcu pevnosť. Proces rekryštalizácie pri kovaní za tepla môže eliminovať vnútorné napätia a vytvoriť homogénnejšiu štruktúru. Výsledkom môžu byť diely s vysokou pevnosťou a dobrou ťažnosťou. napr.OEM A105 Aisi1045 Malá oceľová kováreňkeď je kovaný za tepla, môže dosiahnuť správnu rovnováhu pevnosti a ťažnosti pre rôzne priemyselné aplikácie.
2.3 Ťažnosť
Tažnosť sa vzťahuje na schopnosť materiálu plasticky sa deformovať pred zlomením. Časti kované za studena majú zvyčajne nižšiu ťažnosť kvôli vysokej hustote dislokácií a mechanickému vytvrdzovaniu. Kov sa stáva krehkejším a je pravdepodobnejšie, že sa pri namáhaní zlomí.
Kovanie za tepla, ak sa vykonáva správne, môže zvýšiť ťažnosť. Proces rekryštalizácie vytvára rovnomernejšiu štruktúru zŕn bez napätia, čo umožňuje ľahšie deformáciu kovu. To je rozhodujúce pre diely, ktoré musia prejsť ďalším spracovaním alebo sú vystavené dynamickému zaťaženiu. napr.1045, c45, Q235, St37 - 2, Q345 Kovanie z uhlíkovej ocelediely, ktoré sú kované za tepla, môžu vykazovať lepšiu ťažnosť, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, ako sú automobilové komponenty.
3. Vplyv na mikroštruktúru
3.1 Veľkosť zrna
Ako už bolo spomenuté, teplota kovania má významný vplyv na veľkosť zrna. Kovanie za studena zvyčajne výrazne nemení veľkosť zrna, ale môže spôsobiť predĺženie zrna a deformáciu. To môže viesť k anizotropným vlastnostiam, kde sa mechanické vlastnosti menia v závislosti od smeru pôsobiaceho zaťaženia.
Kovanie za tepla, keď sa teplota udržiava v príslušnom rozsahu, podporuje rekryštalizáciu. Nové zrná, ktoré sa tvoria, sú často jemnejšie a rovnoosé. Jemnejšia veľkosť zrna je všeobecne prospešná, pretože zlepšuje pevnosť, ťažnosť a húževnatosť. Napríklad pri veľkých kovacích operáciách, ako je naprOtvorené zápustkové kovanie z uhlíkovej ocele veľkých rozmerov Q235, riadenie teploty kovania na dosiahnutie jemnej veľkosti zrna je rozhodujúce pre celkový výkon dielu.
3.2 Fázové transformácie
Niektoré kovy môžu počas kovania podliehať fázovým premenám v závislosti od teploty. Napríklad v oceli, keď je kovaná pri vysokých teplotách, je austenitová fáza stabilná. Keď sa oceľ po kovaní ochladzuje, austenit sa môže premeniť na rôzne fázy, ako je ferit, perlit, bainit alebo martenzit, v závislosti od rýchlosti chladenia.
Ak je teplota kovania príliš vysoká alebo chladenie nie je správne kontrolované, môžu sa vytvárať nežiaduce fázy. Napríklad rýchle ochladenie vysoko uhlíkovej ocele z vysokej kovacej teploty môže viesť k tvorbe martenzitu, ktorý je veľmi tvrdý, ale aj extrémne krehký. To môže viesť k prasknutiu a predčasnému zlyhaniu dielu.
4. Účinky na povrchovú úpravu a rozmerovú presnosť
4.1 Povrchová úprava
Kovaním za studena možno vyrábať diely s dobrou povrchovou úpravou. Keďže sa kov deformuje pri nízkych teplotách, dochádza k menšej oxidácii a tvorbe vodného kameňa na povrchu. To je výhodné pre diely, kde sa vyžaduje hladký povrch, ako sú presné komponenty.
Kovanie za tepla však môže v dôsledku vysokých teplôt viesť k oxidácii povrchu a tvorbe okovín. Na minimalizáciu týchto účinkov je potrebné prijať špeciálne opatrenia, ako je použitie ochranných náterov alebo vykonávanie operácií odstraňovania okovín po kovaní. Kovanie za tepla môže ponúknuť kompromis medzi povrchovou úpravou kovania za studena a za tepla.
4.2 Presnosť rozmerov
Kovanie za studena vo všeobecnosti poskytuje lepšiu rozmerovú presnosť. Nízkoteplotná deformácia má za následok menšiu tepelnú rozťažnosť a kontrakciu, čo znamená, že konečné rozmery dielu sú bližšie k požadovaným špecifikáciám. Pri kovaní za tepla môže tepelná rozťažnosť a kontrakcia počas zahrievania a chladenia spôsobiť rozmerové odchýlky. Na zabezpečenie požadovanej rozmerovej presnosti je potrebné vykonať presnú reguláciu teploty a príslušné tolerancie.
5. Úvahy o výbere teploty kovania
Pri výbere teploty kovania je potrebné zvážiť niekoľko faktorov. Typ kovu je najzrejmejší. Rôzne kovy majú rôzne teploty rekryštalizácie a odlišne reagujú na kovanie pri rôznych teplotách.
Svoju úlohu zohráva aj dizajn dielu. Zložité tvarované diely môžu vyžadovať kovanie za tepla, aby sa zabezpečilo správne vyplnenie dutiny zápustky. Ak sú primárnymi požiadavkami vysoká pevnosť a tvrdosť, lepšou voľbou môže byť kovanie za studena, ale treba sa zaoberať otázkou krehkosti.
Náklady sú ďalším dôležitým faktorom. Kovanie za studena si zvyčajne vyžaduje výkonnejšie vybavenie kvôli vyšším silám, ale môže znížiť potrebu tepelného spracovania po kovaní. Kovanie za tepla môže vyžadovať dodatočnú energiu na ohrev, ale v niektorých prípadoch môže produkovať diely s lepšími celkovými vlastnosťami.
6. Záver a výzva na akciu
Záverom možno povedať, že teplota kovania má zásadný vplyv na vlastnosti dielov kovania. Ako dodávateľ kovaných dielov chápeme dôležitosť starostlivej kontroly teploty kovania, aby sme splnili špecifické požiadavky našich zákazníkov. Či už potrebujete diely s vysokou tvrdosťou, vynikajúcou ťažnosťou alebo presnou rozmerovou presnosťou, môžeme proces kovania prispôsobiť vašim potrebám.
Ak máte záujem o vysokokvalitné kované diely, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali a podrobne prediskutovali. Máme odborné znalosti a skúsenosti, aby sme vám poskytli najlepšie riešenia pre vaše potreby v oblasti kovania.
Referencie
- Dieter, GE (1986). Mechanická metalurgia. McGraw - Hill.
- Kalpakjian, S., & Schmid, SR (2008). Výrobné inžinierstvo a technológia. Pearson Prentice Hall.
- Príručka ASM, zväzok 14A: Kovoobrábanie: kovanie. ASM International.
