Горячая обработка металлов относится к группе промышленных процессов, используемых для придания формы металлическим материалам, пока они находятся в нагретом, размягченном состоянии. Отличительной особенностью горячей обработки является то, что она выполняется.выше температуры рекристаллизации материала.Основной принцип: рекристаллизация
Основным принципом горячей обработки являетсярекристаллизация.
- Температура рекристаллизации:Это минимальная температура, при которой искаженная-зеренная структура металла после холодной обработки может превратиться в новую,-свободную от напряжений зеренную структуру. Эта температура не является фиксированной точкой, но обычно в 0,5–0,7 раза превышает абсолютную температуру плавления металла.
- Деформационное упрочнение против восстановления:Когда металл деформируется (придается ему форма) при комнатной температуре («холодная обработка»), он становится тверже и прочнее, но при этом становится более хрупким-это явление, известное какдеформационное упрочнениеили закалка. Если та же самая деформация осуществляется выше температуры рекристаллизации, любое возникающее упрочнение немедленно снимается за счет одновременного процесса рекристаллизации и восстановления. Это позволяет осуществлять обширное и непрерывное формование без растрескивания или чрезмерного потребления энергии.
Общие процессы горячей обработки
Несколько основных промышленных процессов подпадают под категорию горячей обработки:
- Горячая прокатка:Это наиболее распространенный процесс горячей обработки. Большую литой металлическую деталь («слиток» или «плиту») нагревают и пропускают через ряд валков, чтобы уменьшить ее толщину и добиться однородного поперечного- сечения, в результате чего получаются такие изделия, как листы, пластины, стержни и профили (двутавровые балки, рельсы).
- Горячая ковка:Металл нагревается, а затем формируется путем приложения сжимающих усилий, обычно с использованием молотка, пресса или штампа. Ковка выравнивает поток зерен металла по форме детали, что приводит к превосходной прочности и ударной вязкости. Примеры включают коленчатые валы, шатуны и ручные инструменты.
- Экструзия:Нагретая металлическая заготовка помещается в контейнер и проталкивается через отверстие матрицы желаемой формы поперечного сечения-. Этот процесс идеально подходит для создания длинных, сложных твердых и полых форм, таких как оконные рамы, трубы и конструктивные элементы.
- Горячая вытяжка (или глубокая вытяжка):Аналогично холодному волочению, но выполняется при повышенных температурах, чтобы обеспечить более сильную деформацию без разрывов. Используется для формирования глубоких чашеобразных деталей-формы.
- Кастинг (особый случай):Хотя технически это первичный процесс формования, а не вторичный, литье включает в себя заливку расплавленного металла (намного выше его температуры рекристаллизации) в форму. Сюда он включен как основной горячий процесс формовки металла.
Преимущества горячей обработки
- Высокая формуемость:Металлы гораздо более пластичны и пластичны в горячем состоянии, что позволяет значительно менять форму, что было бы невозможно при комнатной температуре.
- Низкое энергопотребление на единицу объема:Поскольку металл мягче, для его деформации требуется меньше силы и энергии по сравнению с холодной обработкой.
- Уточнение структуры зерна:Он может разрушать грубые, хрупкие, как-литые структуры, и создавать более мелкие и однородные зерна, улучшая механические свойства.
- Устранение пористости:Высокое давление и температура могут заварить внутренние пустоты и газовые поры, присутствующие в литом металле.
- Без деформационного упрочнения:Этот процесс не увеличивает прочность/твердость за счет наклепа, что облегчает обработку или формование материала после процесса.
Недостатки горячей обработки
- Более низкая точность размеров:Термическое расширение и сжатие, а также образование окалины (оксида) могут привести к менее точным размерам и ухудшению качества поверхности по сравнению с холодной обработкой.
- Окисление и накипь:Горячий металл вступает в реакцию с воздухом, образуя на поверхности оксидный слой (окалину), который необходимо удалить, что приводит к потерям материала.
- Плохое качество поверхности:Чешуйчатая поверхность более шероховатая.
- Короткий срок службы инструмента:Высокие температуры и абразивная осадка могут привести к более быстрому износу и разрушению матриц, валков и других инструментов.
- Высокие затраты энергии:Стоимость нагрева металла до высоких температур может быть значительной.
Приложения
Горячая обработка необходима при производстве первичного металла и при производстве компонентов, требующих высокой прочности и ударной вязкости. Он широко распространен в таких отраслях, как:
- Автомобильная промышленность:Ковка деталей двигателей, прокат стали для кузовов автомобилей.
- Аэрокосмическая промышленность:Ковка критически важных компонентов конструкции, таких как шасси.
- Строительство:Прокатные двутавровые-балки, арматура и несущие пластины.
- Судостроение:Производство крупногабаритных стальных листов и профилей.
Заключение
В итоге,горячая обработкаЭто основополагающая технология производства, которая использует высокие температуры для эффективной и масштабной пластической деформации металлов. Работая при температуре выше температуры рекристаллизации, он преодолевает ограничения хрупкости, позволяя производить крупные и прочные компоненты, которые составляют основу современной инфраструктуры и оборудования.
