Prelucrarea la cald a metalelor se referă la un grup de procese industriale utilizate pentru modelarea materialelor metalice în timp ce acestea sunt în stare încălzită, înmuiată. Caracteristica definitorie a prelucrării la cald este că se realizeazăpeste temperatura de recristalizare a materialului.Principiul de bază: recristalizare
Principiul fundamental din spatele lucrului la cald esterecristalizare.
- Temperatura de recristalizare:Aceasta este temperatura minimă la care structura granulară deformată,-prelucrată la rece a unui metal poate fi transformată într-o nouă structură de cereale, fără deformare-. Această temperatură nu este un punct fix, dar este de obicei de 0,5 până la 0,7 ori temperatura de topire absolută a metalului.
- Întărirea prin deformare vs. recuperare:Când metalul este deformat (format) la temperatura camerei ("prelucrare la rece"), devine mai dur și mai puternic, dar și mai fragil-un fenomen cunoscut sub numele deîntărire prin deformaresau călirea prin muncă. Dacă această deformare se realizează peste temperatura de recristalizare, orice întărire care apare este imediat atenuată prin procesul simultan de recristalizare și recuperare. Acest lucru permite modelarea extinsă și continuă fără crăpare sau consum excesiv de energie.
Procese comune de lucru la cald
Câteva procese industriale majore se încadrează în categoria prelucrării la cald:
- Laminare la cald:Acesta este cel mai comun proces de lucru la cald. O piesă mare de metal turnat (un „lingoț” sau „placă”) este încălzită și trecută printr-o serie de role pentru a-și reduce grosimea și a obține o secțiune transversală uniformă, producând produse precum foi, plăci, bare și forme structurale (I-grinzi, șine).
- Forjare la cald:Metalul este încălzit și apoi modelat prin aplicarea forțelor de compresie, de obicei folosind un ciocan, o presă sau o matriță. Forjarea aliniază fluxul de cereale al metalului la forma piesei, rezultând o rezistență și tenacitate superioare. Exemplele includ arbori cotiți, biele și unelte de mână.
- extrudare:O țagla de metal încălzită este plasată într-un container și forțată printr-o deschidere a matriței cu forma-de secțiune transversală dorită. Acest proces este ideal pentru crearea de forme lungi, complexe, solide și goale, cum ar fi rame de ferestre, tuburi și componente structurale.
- Desenare la cald (sau desen adânc):Similar cu desenarea la rece, dar efectuată la temperaturi ridicate pentru a permite o deformare mai severă fără rupere. Folosit pentru formarea părților adânci, în formă de cupă-.
- Casting (un caz special):Deși din punct de vedere tehnic este un proces de modelare primar, mai degrabă decât unul secundar, turnarea implică turnarea metalului topit (cu mult peste temperatura de recristalizare) într-o matriță. Este inclus aici ca un proces fundamental la cald pentru formarea metalului.
Avantajele lucrului la cald
- Formabilitate ridicată:Metalele sunt mult mai ductile și mai plastice atunci când sunt fierbinți, permițând schimbări masive de formă care ar fi imposibile la temperatura camerei.
- Consum redus de energie pe unitate de volum:Deoarece metalul este mai moale, este nevoie de mai puțină forță și energie pentru a-l deforma în comparație cu prelucrarea la rece.
- Rafinarea structurii cerealelor:Poate descompune structurile grosiere, casante ca-turnare și poate produce o dimensiune a granulelor mai fine și mai uniformă, îmbunătățind proprietățile mecanice.
- Eliminarea porozității:Presiunea și temperatura ridicate pot suda golurile interne și porii de gaz prezenți în metalul turnat.
- Fără întărire prin deformare:Procesul nu crește rezistența/duritatea prin călirea prin lucru, ceea ce face ca materialul să fie mai ușor de prelucrat sau de format în continuare după proces.
Dezavantajele lucrului la cald
- Precizie dimensională inferioară:Expansiunea și contracția termică, împreună cu formarea de calcar (oxid), pot duce la dimensiuni mai puțin precise și la un finisaj mai slab al suprafeței în comparație cu prelucrarea la rece.
- Oxidare și scară:Metalul fierbinte reacționează cu aerul, formând un strat de oxid (calamă) pe suprafață, care trebuie îndepărtat și are ca rezultat pierderea materialului.
- Finisaj slab al suprafeței:Suprafața scalată este mai aspră.
- Durată scurtă de viață a sculei:Temperaturile ridicate și scara abrazivă pot duce la uzura și degradarea mai rapidă a matrițelor, rolelor și a altor scule.
- Costuri mari cu energia:Costul încălzirii metalului la temperaturi ridicate poate fi semnificativ.
Aplicații
Prelucrarea la cald este esențială în producția de metal primar și pentru fabricarea componentelor care necesită rezistență și tenacitate ridicate. Este omniprezent în industrii precum:
- Automobile:Forjare piese de motor, laminare din otel pentru caroserii auto.
- Aerospațial:Forjarea componentelor structurale critice, cum ar fi trenul de aterizare.
- Constructie:Grinzi rulante I-, bare de armare și plăci structurale.
- Constructii navale:Producerea de plăci și secțiuni mari de oțel.
Concluzie
În concluzie,lucru la caldeste o tehnică de producție de bază care folosește temperaturile ridicate pentru a deforma plastic metalele în mod eficient și la scară largă. Funcționând peste temperatura de recristalizare, depășește limitările fragilității, permițând producerea de componente mari și puternice care formează coloana vertebrală a infrastructurii și mașinilor moderne.
