Tváření za tepla 1. Princip tváření 2. Vliv teploty na deformaci materiálu (textura, zotavení, rekrystalizace, překrystalizace) 3. Tvářecí teplota a ohřev materiálu 4. Způsoby tváření za tepla a. Válcování b. Kování - volné a zápustkové c. Speciální metody kování 1. Princip a vliv teploty na deformaci materiálu Princip Je to změna materiálu vlivem působení vnějších sil Dochází k trvalému přemísťování atomu v krystalické mřížce, čímž vznikají deformace mřížky Kov je touto krystalickou mřížkou tvořen a ta se skládá z buňky, která se v mřížce pravidelně opakuje Při tomto tváření materiál ztrácí svou pevnost, ale získává tvrdost Vše probíhá při vysokých teplotách, proto je důležité vhodně zvolit tvářecí teploty Tvářením dochází k přemisťování atomů v krystalické mřížce, tím vznikají deformace mřížky Pružné deformace Atomy se přemístí (vlivem působení sil) o vzdálenost menší než je parametr mřížky Jakmile přestane působit síla, atomy se vrátí do původní polohy Trvalé deformace Atomy se přemístí (vlivem působení sil) o vzdálenost větší než je parametr mřížky Jakmile přestane působit síla, atomy se nevrátí do původní polohy Vliv teploty na deformaci a. Textura Při tváření se zrna v materiálu prodlouží ve směru kolmém na působící sílu V materiálu vzniká velké vnitřní pnutí b. Zotavení Zahřeje-li se materiál s texturou na určitou teplotu, zrna se snaží natočit do původního tvaru, což se projeví snížením vnitřního pnutí c. Rekrystalizace Při dalším zvýšení teploty vzniknou zrna nová Tato struktura je potom bez vnitřního pnutí a deformačního zpevnění Nedochází však ke změně krystalické mřížky d. Překrystalizace Změna krystalické mřížky, odstranění deformačního pnutí a zpevnění #1
2. Tvářecí teploty a ohřev materiálu Tvářecí teploty Materiál tváříme v oblasti austenitizace, protože v této oblasti má železo mřížku krystalově plošně centrovanou a vyznačuje se dobrou tvárností Materiál musí být ohřát na teplotu tváření (0,65 0,75 teploty tavení) Horní teplota tváření Je 250 300 C pod solidem (křivka kde je ukončen proces tuhnutí) Zahřejeme-li materiál na vyšší teplotu, dojde k nasycení zrn kyslíkem a ocel se spálí Pokud setrváme příliš dlouho na tvářecí teplotě, ocel se přehřeje a ztratí mechanické vlastnosti Dolní teplota tváření Je 50 C nad teplotou AC 3 (911 C) Při této teplotě má materiál největší pevnost při dostatečné houževnatosti Klesne-li teplota pod teplotu AC 1 (727 C), bude se jednat o tváření za studena Zásady pro volbu teploty tváření Čím vyšší je teplota tváření, tím menší je odpor proti deformaci Čím vyšší je teplota tváření, tím více hrubne zrno, klesá tím houževnatost Čím vyšší je teplota tváření, tím vyšší je opal (okuje oxidy na povrchu materiálu) Při tváření za tepla nesmí být překročena horní teplota tváření a tavení Ohřev materiálu Závisí na: chemickém složení, rozměrech materiálu, rozložení materiálu v peci Doba ohřevu materiálu se vypočte ze vzorce... T... doba ohřevu materiálu D... charakteristický rozměr (průměr nebo rozměr hrany) α... součinitel rozložení materiálu v peci k... vliv chemického složení (pro uhlíkové oceli do 10, pro legované 10 20) 3. Způsoby tváření za tepla Rozdělení a. Válcování plechů tyčí trubek b. Kování volné zápustkové #2
c. Speciální metody kování Rotační kování Příčné klínové válcování Přesné Vícecestné kování Protlačování za tepla Slick - mill Způsoby a. Válcování Zpracováváme materiál mezi dvěma proti sobě otáčejícími válci Válce jsou na válcovací stolici Mnoho válců za sebou tvoří tzv. válcovací trať Válce jsou hladké nebo kalibrované Ohřátý ingot se nejdřív zpracuje na předvalek a potom se dokončí na hotový výrobek = vývalek Válcováním se vyrábějí normalizované polotovary (plechy, pásy, tyče, profily) Způsoby válcování Podélné válcování (materiál je tvářen v podélném směru plechy, pásy, tyče, kolejnice) Příčné válcování (materiál je tvářen v příčném směru tyče kruhového průřezu) Kosé válcování (osy válců jsou mimoběžné = šroubovitý pohyb výroba bezešvých trubek) Válcování plechů Materiál se zpracovává mezi dvěma hladkými válci, které se otáčejí proti sobě Nejdřív se materiál zpracovává v příčném směru a potom v podélném = rovnoměrná tloušťka Válcování se dokončuje za studena, aby byl povrch hladký a s větší přesností Válcování tyčí Provádí se na kalibrovacích válcích kde každý následující válec má menší rozměr až na požadovaný profil tyče (kalibry jsou ze slinutých karbidů, kalené oceli nebo diamantu) Válcování trubek Podle Mannesmanova způsobu je materiál tvářený dvěma válci, které mají mimoběžné osy, ve středu materiálu vzniká velké tahové napětí, které způsobí porušení materiálu a vznik dutiny Podle Stiffelova způsobu se postupuje téměř shodně, pouze pracovní válce mají tvar kotouče #3
b. Kování Stroje na kování Buchar Působí na výkovek rázy (vlastní tíhou, nebo s přídavným tlakem) Prokove výkovek jen do určité hloubky Při nárazech bucharu odpadávají od výkovku okuje Horší bezpečnost práce, velké otřesy a hluk Lis Působí na výkovek klidným tlakem Prokove výkovek v celém objemu Okuje jsou zatlačovány do výkovku (zpevní se povrchová vrstva) Způsoby kování Volné kování Materiál volně teče ve směru kolmém na působící sílu Pro jednoduché nástroje, stroje a přípravky (kovadla, kleště, sekáče, osazovací příložky, průbojníky) Výkovky vyrobené tímto způsobem jsou nepřesné a mají velké povrchové nerovnosti Konečný tvar získáme kombinací jednoduchých operací pěchování prodlužování osazování přesazování děrování #4
Zápustkové kování Ohřátý polotovar se tváří v dutině dvoudílné formy zápustky, má tvar velikost výkovku, ale rozměry jsou zvětšeny o přídavek na smrštění Polotovar, který je ohřátý a má větší objem než dutina zápustky, je do ní vložen a působí na něj síla, materiál se deformuje a zaplní dutinu zápustky, přebytečný materiál je vytlačen do dutiny, kde vytvoří výkovek, který se odstřihne Tímto kováním se vyrábí přesnější výkovky než volným kováním Výroba forem je ale složitá, proto se zápustkové kování vyplatí jen pro velkosériovou výrobu Nedají se vyrábět díry, jen se předkovávají Zápustky mají několik dutin (předkovací, kovací, dokončovací) Zápustky jsou vyrobeny ze slinutých karbidů c. Speciální způsoby kování Rotační kování Materiál je tvářen údery zápustky, která je uložena v rotační hlavě Pro výrobu osazení u tyčí a trubek Výhodou je dobrá jakost povrchu => nemusí se dále obrábět Nevýhodou je vysoká cena zápustek Příčné klínové válcování Používá se pro výrobu předkovků, předvalků nebo vývalků Přesné kování Speciální druh zápustkového kování (kování do uzavřené zápustky) Materiál je podroben tlaku lisovníku v uzavřené zápustce a tím dojde k jeho vytvarování Používá se pro výrobu tvarově složitých výkovků, které mají větší počet výstupků Výhodou je velká přesnost a jakost povrchu => minimální přídavky na obrábění Musí se přesně spočítat množství tvářeného materiálu, aby nedošlo ke vzniku otřepu #5
Vícecestné kování Materiál je v uzavřené zápustce stlačován lisovníky z několika stran Pro výrobu tvarově složitých součástí s dobrou přesností a jakostí Protlačování za tepla (dopředné kování) Materiál je v zápustce průtlačnicí a je stlačován průtlačníkem Používá se pro ocel, slitiny hliníku a mědi Slick mill Jde o kombinaci lisování s válcováním, spodní zápustka je postupně vyplňována tvářeným kovem za působení tlaku horního rotujícího disku Pro rotační výkovky velkých průměrů Jde o velmi rychlou metodu #6