Влияние на обработката под налягане и условията за нейното провеждане върху свойствата и структурата на изходния материал
Обработката чрез натиск променя не само формата на оригиналния детайл, но също така влияе върху механичните свойства и структурата на метала, който се обработва.Трябва да се прави разлика между студено и горещо формоване.
Студеното формоване причинява така нареченото физическо втвърдяване или работно втвърдяване.
Основните характеристики на закаляването, които се откриват в микроструктурата на метала, са следните: промяна на формата на зърната - тяхното разтягане в посоката на най-голямата деформация и появата на определена ориентация на зърната в една посока. Така структурата на метала става влакнеста.
Ефектът от закаляването върху механичните и физичните свойства на метала се изразява в увеличаване на якостта на опън, границата на провлачване и твърдостта с едновременно намаляване на относителното удължение, напречното свиване и устойчивостта на удар.
Топлопроводимостта, електропроводимостта и магнитната проницаемост в резултат на студена обработка намаляват, а разтворимостта се увеличава. Специално трябва да се подчертае, че не се получава уплътняване на метала от студената обработка чрез натиск, а напротив, има дори леко намаляване на специфичното му тегло. Промените, въведени от студената обработка в структурата и свойствата на метала, не са постоянни. Втвърдяването, например, може да се отстрани чрез термична обработка (отгряване).
При гореща обработка под налягане, едновременно с процеса на деформация, ще настъпи процес на рекристализация, който е процес на омекване. Феноменът на прекристализация възниква (за чисти метали) при абсолютни температури, които са около 0,4 от абсолютната точка на топене. Тъй като прекристализацията протича във времето, тогава върху крайната структура на металавлияе не само на температурата, но и на скоростта на деформация. По този начин обработката под налягане на нагрят метал е сложен термомеханичен процес, който в зависимост от връзката между зависимата от температурата скорост на рекристализация и скоростта на деформация може да доведе до промяна в структурата на обработвания под налягане детайл.
Ако прекристализацията по време на процеса на деформация е толкова пълна, че металът в края на обработката има рекристализирана структура без следи от втвърдяване, тогава такава обработка се нарича гореща. Ако деформацията е придружена само от втвърдяване без рекристализация и металът в края на обработката има структурата на закален метал, тогава тази обработка се нарича студена.
Горещото формоване се използва както за обработка на първоначалния лят материал под формата на слитъци, така и за последваща обработка на получените полуготови продукти. За студена обработка под налягане, като правило, металът се използва под формата на различни заготовки, които са претърпели предварителна гореща обработка под налягане.
Влакнестата макроструктура на метала, получена в резултат на гореща обработка чрез натиск на оригиналния стоманен блок, не може да бъде разрушена нито чрез термична обработка, нито чрез последваща обработка под налягане. Последният може само да промени посоката на влакната.
Нагряване при формоване на метал. Термичен режим
Нагряването на метала причинява промени в неговите механични характеристики. Тези промени ще допринесат за обработката под налягане, ако устойчивостта на метала към деформация с повишаване на температурата ще падне, а пластичността, напротив, ще се увеличи. Колкото по-ниска е устойчивостта на деформация и колкото по-голяма е пластичността, толкова по-висока е ковкостта на метала. Съществуватспециални методи за определяне устойчивостта на металите на деформация и тяхната пластичност при различни температури и видове обработка. Индикативни данни могат да бъдат получени чрез изпитване на опън. Ако границата на провлачване и якостта на опън намаляват с повишаване на температурата, а относителното удължение и стесняване се увеличават, тогава ковкостта на метала обикновено се увеличава. Пластичността на стоманата с повишаване на температурата е по-висока
По този начин температурата на нагряване на метала при обработка под налягане трябва да бъде по-ниска от температурата на изгаряне, максималната температура на нагряване, т.е. температурата в началото на горещата обработка (валцоване, коване, щамповане и т.н.), трябва да се настрои така, че да няма нито изгаряне, нито прегряване.
Горещото формоване също трябва да бъде завършено при определена оптимална температура. Ако обработката продължи при по-ниски температури, стоманата ще работи усилено и в изковката могат да се образуват пукнатини. Ако обработката завърши при температури много по-високи от оптималните, стоманата ще придобие едрозърнеста структура, която обаче може да се коригира чрез отгряване.
Така че по време на горещо формоване е необходимо да се спазва определен температурен интервал, в зависимост от химичния състав на сплавта.
За качеството на продуктите, получени чрез обработка с горещо налягане, от съществено значение е не само режимът на нагряване, но и режимът на охлаждане. Прекалено бързото охлаждане може да доведе до образуване на външни пукнатини в резултат на топлинен стрес. Колкото по-ниска е топлопроводимостта на стоманата и колкото по-голям е продуктът, толкова по-бавно трябва да бъде охлаждането.
Отоплителни уреди
Нагревателните устройства, в които металът се нагрява за обработка под налягане, се разделят основно наотоплителни пещи и електрически нагревателни уреди.
Пещите от своя страна се делят на пламък, при който топлината се получава чрез изгаряне на гориво, и електрически, където източникът на отопление е електрическа енергия. Електрическите нагревателни устройства се различават от електрическите пещи по това, че с тяхна помощ топлината възниква директно в самия нагрят детайл.
Най-широко използваните за нагряване на метали под налягане са пламъчните пещи, които се характеризират с максимална гъвкавост и позволяват (в зависимост от размера на пещта) да нагряват както най-малките детайли, така и блокове с тегло до 300 тона.
Навиване
Валцуването е процес на формоване на метал, извършван чрез преминаване на метал в междина между въртящи се ролки, която е по-малка от дебелината на обработвания детайл. Стискайки метала, ролките, поради триенето, което възниква между техните повърхности и метала, едновременно извършват движението на подаване. По този начин всички секции на заготовката ще бъдат подложени на деформация последователно, докато цялата заготовка премине между ролките.
По време на процеса на валцуване има намаляване на дебелината на детайла (компресия) с едновременно увеличаване на дължината (изтегляне) и ширината (разширяване). Площта на напречното сечение на детайла винаги се намалява в резултат на валцуване.
Съотношението на последващата дължина към първоначалната се наричастреч.
Валцуването е от голямо значение за националната икономика. Достатъчно е да се каже, че поне 75% от цялата произведена стомана се подлага на валцуване. Освен това се валцува и голямо количество разтопен цветен метал.
Обхватът на валцувания метал е огромен. Валцуваният метал се използва директно в конструкции(метални конструкции - мостове, ферми, нитовани и заварени детайли, машинни легла, стоманобетонни конструкции и много други); също така е заготовка за производство на детайли в механични работилници, както и заготовка за последващо коване и щамповане.
Размер на валцувани продукти
Формата на напречното сечение на валцувания продукт се нарича неговия профил. Комбинацията от различни профили с различни размери, получени чрез валцуване, се нарича диапазон.
Гамата от валцувани продукти е изключително разнообразна.
Най-общо могат да се очертаят следните основни групи стоманен прокат: 1) профилни, 2) листови, 3) тръби, 4) специални видове и 5) периодични.
Профилите на дългите продукти са разделени на две групи: 1) профили с проста геометрична форма (квадрат, кръг, шестоъгълник, правоъгълник, лента); 2) профилни профили, които от своя страна могат да бъдат разделени на профилни профили с общо предназначение и профили със специално предназначение.