Горячая обработка
В металлургии металлы под горячей обработкой понимают процессы, при которых пластически выше деформируются температуры их рекристаллизации . Нахождение выше температуры рекристаллизации позволяет материалу рекристаллизоваться во время деформации. Это важно, поскольку рекристаллизация предохраняет материалы от деформационного упрочнения , что в конечном итоге сохраняет текучести и твердость низкий предел , а пластичность - высокую. [1] Это контрастирует с холодной обработкой .
Многие виды обработки, включая прокатку , ковку , экструзию и волочение , можно выполнять с помощью горячего металла.
Температура
[ редактировать ]Нижний предел температуры горячей обработки определяется температурой ее рекристаллизации. В качестве ориентира нижний предел температуры горячей обработки материала составляет 60% его температуры плавления (по абсолютной температурной шкале ). Верхний предел горячей обработки определяется различными факторами, такими как: чрезмерное окисление, рост зерна или нежелательное фазовое превращение. На практике материалы обычно сначала нагревают до верхнего предела, чтобы сохранить усилия формовки как можно меньшими и максимально увеличить время, доступное для горячей обработки заготовки. [1]
Наиболее важным аспектом любого процесса горячей обработки является контроль температуры заготовки. 90% энергии, передаваемой заготовке, преобразуется в тепло. Поэтому, если процесс деформации достаточно быстрый, температура заготовки должна повыситься, однако на практике этого обычно не происходит. Большая часть тепла теряется через поверхность заготовки в более холодную оснастку. Это вызывает температурные градиенты в заготовке, обычно из-за неоднородности поперечного сечения, где более тонкие секции холоднее, чем более толстые. В конечном итоге это может привести к растрескиванию более холодных и менее пластичных поверхностей. Один из способов минимизировать проблему — нагреть инструмент. Чем горячее инструмент, тем меньше тепла он теряет, но по мере повышения температуры инструмента срок службы инструмента уменьшается. Поэтому температура инструмента должна быть снижена; обычно инструменты для горячей обработки нагревают до 500–850 ° F (325–450 ° C). [2]
| Металл | Температура |
|---|---|
| Полагать | Комнатная температура |
| Сталь | 2000 ° F (1090 ° C) |
| вольфрам | 4000 ° F (2200 ° C) |
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Преимущества: [1]
- Снижение предела текучести, поэтому работать легче и затрачивается меньше энергии и силы.
- Увеличение пластичности
- Повышенные температуры усиливают диффузию, которая может удалить или уменьшить химические неоднородности.
- Поры могут уменьшаться в размерах или полностью закрываться во время деформации.
- В стали деформируется слабая, пластичная, гранецентрированно-кубическая микроструктура аустенита вместо прочной объемно-центрированной кубической ферритной микроструктуры, обнаруживаемой при более низких температурах.
Обычно исходная заготовка, подвергнутая горячей обработке, изначально отливается . Микроструктура литых изделий не оптимизирует технические свойства с точки зрения микроструктуры. Горячая обработка улучшает технические свойства заготовки, поскольку заменяет микроструктуру на структуру с мелкими зернами сферической формы . Эти зерна повышают прочность, пластичность и вязкость материала. [2]
Технические свойства можно улучшить и за счет переориентации включений (примесей). В литом состоянии включения ориентированы хаотично, что при пересечении поверхности может быть местом распространения трещин. При горячей обработке материала включения имеют тенденцию растекаться по контуру поверхности, образуя стрингеры . В целом струны создают структуру потока , свойства которой анизотропны (различны в зависимости от направления). Стрингеры, ориентированные параллельно поверхности, укрепляют заготовку, особенно в отношении разрушения . Стрингеры действуют как «замедлители трещин», поскольку трещина будет стремиться распространяться через стрингер, а не вдоль него. [2]
Недостатки: [1]
- Нежелательные реакции между металлом и окружающей атмосферой (окалинообразование или быстрое окисление заготовки).
- Менее точные допуски из-за теплового сжатия и деформации из-за неравномерного охлаждения.
- Зернистая структура может различаться по всему металлу по разным причинам.
- Требуется какой-либо нагревательный элемент, например газовая или дизельная печь или индукционный нагреватель, который может быть очень дорогим.
Процессы
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Дегармо, с. 373.
- ^ Jump up to: а б с Дегармо, с. 374.
Библиография
[ редактировать ]- Дегармо, Э. Пол; Блэк, Джей Т.; Кохсер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4 .
