Heet bewerken van metaal verwijst naar een groep industriële processen die worden gebruikt om metalen materialen te vormen terwijl ze zich in een verwarmde, verzachte staat bevinden. Het bepalende kenmerk van heet werken is dat het wordt uitgevoerdboven de herkristallisatietemperatuur van het materiaal.Het kernprincipe: herkristallisatie
Het fundamentele principe achter heet werken isherkristallisatie.
- Herkristallisatietemperatuur:Dit is de minimumtemperatuur waarbij de vervormde, koud-bewerkte korrelstructuur van een metaal kan worden omgezet in een nieuwe, rek-vrije korrelstructuur. Deze temperatuur is geen vast punt, maar bedraagt doorgaans 0,5 tot 0,7 maal de absolute smelttemperatuur van het metaal.
- Verharding versus herstel:Wanneer metaal bij kamertemperatuur wordt vervormd ('koud bewerken'), wordt het harder en sterker, maar ook brosser-een fenomeen dat bekend staat alsverharding van de spanningof werkverharding. Als dezelfde vervorming boven de herkristallisatietemperatuur wordt uitgevoerd, wordt elke optredende verharding onmiddellijk opgeheven door het gelijktijdige proces van herkristallisatie en herstel. Dit maakt uitgebreide en continue vormgeving mogelijk zonder barsten of overmatig energieverbruik.
Veel voorkomende warme werkprocessen
Verschillende grote industriële processen vallen onder de categorie warmwerken:
- Heet walsen:Dit is het meest voorkomende warme werkproces. Een groot stuk gegoten metaal (een 'blok' of 'plaat') wordt verwarmd en door een reeks rollen gevoerd om de dikte te verminderen en een uniforme dwarsdoorsnede te verkrijgen-, waardoor producten worden geproduceerd zoals platen, platen, staven en structurele vormen (I-balken, rails).
- Heet smeden:Metaal wordt verwarmd en vervolgens gevormd door drukkrachten uit te oefenen, meestal met behulp van een hamer, pers of matrijs. Door het smeden wordt de korrelstroom van het metaal afgestemd op de vorm van het onderdeel, wat resulteert in superieure sterkte en taaiheid. Voorbeelden hiervan zijn krukassen, drijfstangen en handgereedschap.
- Extrusie:Een verwarmde metalen knuppel wordt in een container geplaatst en door een matrijsopening met de gewenste dwars-vorm geperst. Dit proces is ideaal voor het maken van lange, complexe massieve en holle vormen, zoals raamkozijnen, buizen en structurele componenten.
- Heettrekken (of dieptrekken):Vergelijkbaar met koudtrekken, maar uitgevoerd bij hogere temperaturen om ernstigere vervorming mogelijk te maken zonder te scheuren. Wordt gebruikt voor het vormen van diepe, kom-vormige onderdelen.
- Gieten (een speciaal geval):Hoewel het technisch gezien een primair vormproces is in plaats van een secundair proces, omvat gieten het gieten van gesmolten metaal (ver boven de herkristallisatietemperatuur) in een mal. Het is hier opgenomen als een fundamenteel heet proces voor het vormen van metaal.
Voordelen van warm werken
- Hoge vervormbaarheid:Metalen zijn veel taaier en plastischer als ze warm zijn, waardoor enorme vormveranderingen mogelijk zijn die bij kamertemperatuur onmogelijk zouden zijn.
- Laag energieverbruik per volume-eenheid:Omdat het metaal zachter is, is er minder kracht en energie nodig om het te vervormen in vergelijking met koud bewerken.
- Verfijning van de korrelstructuur:Het kan grove, brosse en-gietstructuren afbreken en een fijnere, uniformere korrelgrootte produceren, waardoor de mechanische eigenschappen worden verbeterd.
- Eliminatie van porositeit:De hoge druk en temperatuur kunnen interne holtes en gasporiën in gegoten metaal dichtlassen.
- Geen spanningsverharding:Het proces verhoogt de sterkte/hardheid niet door verharding, waardoor het materiaal na het proces gemakkelijker te bewerken of verder te vormen is.
Nadelen van warm werken
- Lagere dimensionale nauwkeurigheid:Thermische uitzetting en krimp, samen met de vorming van aanslag (oxide), kunnen leiden tot minder nauwkeurige afmetingen en een slechtere oppervlakteafwerking vergeleken met koud bewerken.
- Oxidatie en schaal:Het hete metaal reageert met lucht, waardoor er een oxidelaag (aanslag) op het oppervlak ontstaat, die verwijderd moet worden en materiaalverlies tot gevolg heeft.
- Slechte oppervlakteafwerking:Het geschubde oppervlak is ruwer.
- Korte standtijd:De hoge temperaturen en schurende aanslag kunnen leiden tot snellere slijtage en degradatie van de matrijzen, rollen en ander gereedschap.
- Hoge energiekosten:De kosten voor het verwarmen van het metaal tot hoge temperaturen kunnen aanzienlijk zijn.
Toepassingen
Heet werken is essentieel bij de productie van primair metaal en voor de productie van componenten die een hoge sterkte en taaiheid vereisen. Het is alomtegenwoordig in sectoren zoals:
- Automobiel:Het smeden van motoronderdelen, het walsen van staal voor carrosserieën.
- Lucht- en ruimtevaart:Het smeden van kritische structurele componenten zoals landingsgestellen.
- Bouw:Rollen van I-balken, wapening en structurele platen.
- Scheepsbouw:Het produceren van grote stalen platen en profielen.
Conclusie
Samenvattend,heet werkenis een fundamentele productietechniek die hoge temperaturen gebruikt om metalen efficiënt en op grote schaal plastisch te vervormen. Door boven de herkristallisatietemperatuur te werken, overwint het de beperkingen van broosheid, waardoor de productie van grote, sterke componenten mogelijk wordt gemaakt die de ruggengraat vormen van moderne infrastructuur en machines.
