Металлы в процессе горячей обработки пластически деформируются выше их температуры рекристаллизации . Температура выше температуры рекристаллизации позволяет материалу рекристаллизоваться во время деформации. Это важно, потому что рекристаллизация предохраняет материалы от деформационного упрочнения , что в конечном итоге сохраняет предел текучести и твердость на низком уровне, а пластичность на высоком уровне. [1] Это контрастирует с холодной обработкой .
Многие виды работ, включая прокатку , ковку , экструзию и волочение , можно выполнять с чугунным металлом.
Поддержание температуры
Нижний предел температуры горячей обработки определяется температурой его рекристаллизации. В качестве ориентира нижний предел температуры горячей обработки материала составляет 60% от его температуры плавления (по абсолютной шкале температур ). 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 силы формования на минимально возможном уровне и максимально увеличить время, доступное для горячей обработки заготовки. [1]
Самым важным аспектом любого процесса горячей обработки является контроль температуры заготовки. 90% энергии, передаваемой заготовке, преобразуется в тепло. Следовательно, если процесс деформации идет достаточно быстро, 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 неоднородных поперечных сечений, когда более тонкие участки 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 теряется на него, но с повышением температуры инструмента срок его службы снижается. Следовательно, температура инструмента должна быть снижена; обычно инструмент для горячей обработки нагревается до 325–450 ° C (500–850 ° F). [2]
Преимущества недостатки
Преимущества: [1]
- Снижение предела текучести, поэтому с ним легче работать и требуется меньше энергии или силы
- Повышение пластичности
- Повышенные температуры увеличивают диффузию, что может устранить или уменьшить химические неоднородности.
- Поры могут уменьшиться в размере или полностью закрываться во время деформации.
- В стали деформируется слабая, пластичная гранецентрированная кубическая микроструктура аустенита вместо сильной объемно-центрированной кубической микроструктуры феррита, обнаруживаемой при более низких температурах.
Обычно исходная горячая обработка заготовки изначально была отлита . Микроструктура литых изделий не оптимизирует инженерные свойства с точки зрения микроструктуры. Горячая обработка улучшает технические характеристики детали, поскольку она заменяет микроструктуру на микроструктуру с мелкими зернами сферической формы . Эти зерна увеличивают прочность, пластичность и ударную вязкость материала. [2]
Инженерные свойства также можно улучшить за счет переориентации включений (примесей). В литом состоянии включения ориентированы случайным образом, что при пересечении поверхности может быть точкой распространения трещин. Когда материал подвергается горячей обработке, включения имеют тенденцию течь в соответствии с контуром поверхности, создавая стрингеры . В целом струны создают структуру потока , свойства которой анизотропны (различаются в зависимости от направления). Когда стрингеры ориентированы параллельно поверхности, это усиливает заготовку, особенно в отношении разрушения . Стрингеры действуют как «ограничители трещин», потому что трещина будет распространяться через стрингер, а не вдоль него. [2]
Недостатки: [1]
- Нежелательные реакции между металлом и окружающей атмосферой (образование накипи или быстрое окисление детали)
- Менее точные допуски из-за теплового сжатия и деформации из-за неравномерного охлаждения
- Структура зерен может различаться по всему металлу по разным причинам.
- Требуется какой-либо нагревательный элемент, например, газовая или дизельная печь или индукционный нагреватель, что может быть очень дорогим.
Процессы
Библиография
- Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4