فلزکاری گرم به گروهی از فرآیندهای صنعتی اطلاق می شود که برای شکل دادن به مواد فلزی در حالی که در حالت گرم و نرم هستند استفاده می شود. ویژگی بارز کار گرم این است که انجام می شودبالاتر از دمای تبلور مجدد مواد.اصل اصلی: تبلور مجدد
اصل اساسی پشت کار گرم این استتبلور مجدد.
- دمای تبلور مجدد:این حداقل دمایی است که در آن ساختار دانهای منحرف شده و سرد یک فلز میتواند به ساختار دانهای جدید و بدون کرنش تبدیل شود. این دما یک نقطه ثابت نیست، اما معمولاً 0.5 تا 0.7 برابر دمای ذوب مطلق فلز است.
- سخت شدن کرنش در مقابل بازیابی:وقتی فلز در دمای اتاق تغییر شکل میدهد (شکل مییابد) ("سرد کار")، سختتر و قویتر میشود، اما همچنین شکنندهتر میشود-پدیدهای به نامسخت شدن کرنشیا کار سخت کردن. اگر همین تغییر شکل بالاتر از دمای تبلور مجدد انجام شود، هر گونه سخت شدنی که رخ دهد بلافاصله با فرآیند همزمان تبلور مجدد و بازیابی برطرف می شود. این امکان شکل دهی گسترده و مداوم را بدون ترک خوردن یا مصرف بیش از حد انرژی فراهم می کند.
فرآیندهای معمول کار داغ
چندین فرآیند اصلی صنعتی در دسته کار گرم قرار می گیرند:
- نورد داغ:این رایج ترین فرآیند کار گرم است. یک قطعه فلزی ریختهگریشده بزرگ (یک «شمش» یا «دال») گرم میشود و از میان یک سری رولها عبور میکند تا ضخامت آن کاهش یابد و سطح مقطع یکنواختی حاصل شود و محصولاتی مانند ورقها، صفحات، میلهها و اشکال ساختاری (I-تیرها، ریلها) تولید میشود.
- آهنگری داغ:فلز گرم می شود و سپس با اعمال نیروهای فشاری، معمولاً با استفاده از چکش، پرس یا قالب شکل می گیرد. آهنگری جریان دانه فلز را با شکل قطعه تراز می کند و در نتیجه استحکام و چقرمگی بالاتری دارد. به عنوان مثال می توان به میل لنگ، میله های اتصال و ابزار دستی اشاره کرد.
- اکستروژن:یک شمش فلزی گرم شده در یک ظرف قرار داده می شود و با فشار از دهانه قالب با شکل مقطع{0}} مورد نظر عبور می کند. این فرآیند برای ایجاد اشکال توخالی و طولانی، پیچیده مانند قاب پنجره، لوله و اجزای ساختاری ایده آل است.
- طراحی داغ (یا طراحی عمیق):شبیه به طراحی سرد، اما در دماهای بالا انجام می شود تا تغییر شکل شدیدتر بدون پارگی امکان پذیر شود. برای شکل دادن به بخش های فنجانی{1} عمیق استفاده می شود.
- بازیگری (یک مورد خاص):در حالی که از نظر فنی یک فرآیند شکلدهی اولیه به جای فرآیند ثانویه است، ریختهگری شامل ریختن فلز مذاب (بسیار بالاتر از دمای تبلور مجدد آن) در قالب است. در اینجا به عنوان یک فرآیند داغ اساسی برای تشکیل فلز گنجانده شده است.
مزایای کار گرم
- شکل پذیری بالا:فلزات در زمان گرم شدن بسیار انعطافپذیرتر و پلاستیکتر هستند و امکان تغییرات عظیم در شکل را میدهند که در دمای اتاق غیرممکن است.
- مصرف کم انرژی در واحد حجم:از آنجایی که فلز نرم تر است، در مقایسه با کار سرد، به نیرو و انرژی کمتری برای تغییر شکل آن نیاز است.
- اصلاح ساختار دانه:میتواند ساختارهای درشت و شکننده-ریختهشده را بشکند و اندازه دانهای ظریفتر و یکنواختتر تولید کند و خواص مکانیکی را بهبود بخشد.
- رفع تخلخل:فشار و دمای بالا می تواند حفره های داخلی و منافذ گاز موجود در فلز ریخته گری را ببندد.
- بدون سخت شدن کرنش:این فرآیند استحکام/سختی را از طریق سخت شدن کار افزایش نمیدهد، که باعث میشود مواد بعد از فرآیند ماشینکاری یا شکلدهی بیشتر شود.
معایب کار گرم
- دقت ابعادی پایین تر:انبساط و انقباض حرارتی، همراه با تشکیل رسوب (اکسید)، می تواند منجر به ابعاد کمتر دقیق و سطح ضعیف تر در مقایسه با کار سرد شود.
- اکسیداسیون و مقیاس:فلز داغ با هوا واکنش می دهد و یک لایه اکسیدی (مقیاس) روی سطح تشکیل می دهد که باید برداشته شود و منجر به از دست رفتن مواد می شود.
- پرداخت سطحی ضعیف:سطح پوسته شده خشن تر است.
- عمر ابزار کوتاه:دماهای بالا و مقیاس ساینده می تواند منجر به سایش و تخریب سریع تر قالب ها، رول ها و سایر ابزارها شود.
- هزینه های انرژی بالا:هزینه گرم کردن فلز تا دمای بالا می تواند قابل توجه باشد.
برنامه های کاربردی
کار گرم در تولید فلز اولیه و برای ساخت قطعاتی که به استحکام و چقرمگی بالا نیاز دارند ضروری است. در صنایعی مانند:
- خودرو:قطعات موتور آهنگری، فولاد نورد برای بدنه خودرو.
- هوافضا:آهنگری اجزای ساختاری حیاتی مانند ارابه فرود.
- ساخت و ساز:تیرآهن، میلگرد، و صفحات سازهای نورد I-.
- کشتی سازی:تولید صفحات و مقاطع فولادی بزرگ.
نتیجه گیری
به طور خلاصه،کار گرمیک تکنیک ساخت پایه است که از دماهای بالا برای تغییر شکل پلاستیکی فلزات به طور موثر و در مقیاس بزرگ استفاده می کند. با عملکرد بالاتر از دمای تبلور مجدد، بر محدودیت های شکنندگی غلبه می کند و امکان تولید اجزای بزرگ و قوی را فراهم می کند که ستون فقرات زیرساخت ها و ماشین آلات مدرن را تشکیل می دهند.
