Ви коли-небудь дивилися відео про кування й бачили, як ці маленькі шматочки відлітають від сяючого металу? Це може виглядати безладно і змусити вас задуматися, чи матеріал не руйнується. Що ж, це природна частина процесу, особливо з гарячим алюмінієм.

Речовина, яка падає або відшаровується від гарячого алюмінію під час кування, є переважно оксидом алюмінію. Цей тонкий, крихкий шар швидко утворюється на поверхні гарячого алюмінію, коли він реагує з киснем у повітрі, і може зміщуватися під час процесу деформації.

Компанія SWA Forging щодня працює з кованими алюмінієвими кільцями й дисками великого-діаметра. Хоча наші процеси строго контролюються, утворення оксиду алюмінію на гарячих поверхнях є фундаментальним аспектом роботи з цим дивовижним металом. Це те, чим ми керуємо та розуміємо. Давайте розглянемо докладніше, що це за «матеріал» і чому він з'являється.

 

Що таке матеріал, який відривається від металу під час кування?

Бачити, як шматочки відриваються від металу під час інтенсивного процесу кування, може бути трохи дивно, чи не так? Ви можете хвилюватися, що сам метал руйнується. Зазвичай це продукт реакції поверхні.

«Матеріал», який відривається від металу під час кування, зазвичай є окалиною. Для алюмінію це оксид алюмінію; для сталі це, як правило, оксид заліза. Цей шар утворюється внаслідок високих температур і реакції з киснем повітря, відшаровуючись під дією механічного впливу.

Коли ми говоримо про кування, особливо відкрито{0}}штампове кування, як ми робимо в SWA Forging для наших кілець і дисків, металеву заготовку нагрівають до дуже високих температур, щоб зробити її пластичною. Для алюмінієвих сплавів це може бути кілька сотень градусів Цельсія. При цих температурах метал має високу реакційну здатність, особливо його поверхня. Повітря навколо нас містить кисень, і гарячий алюміній легко реагує з цим киснем. Ця хімічна реакція утворює на поверхні нову сполуку: оксид алюмінію (Al₂O₃). Це не сам алюміній, який відшаровується, а шар-подібний до кераміки, який утворюється зверху. Спочатку цей оксидний шар дуже тонкий і добре зчіплюється, забезпечуючи певний захист металу, що лежить під ним. Однак у міру того, як процес кування триває – за допомогою потужних пресів і молотків, що формують метал – цей оксидний шар, який є більш крихким, ніж пластичний алюміній під ним, може тріснути, зламатися та відшаруватися. Товщина та адгезія цього оксидного шару можуть залежати від конкретного сплаву, температури, часу витримки та атмосфери печі. Наприклад, деякі зі сплавів, які ми куємо, можуть мати дещо інші характеристики оксиду, ніж інші, але основний процес той самий. Це дуже природна частина гарячого алюмінію.

Що таке відшарування металевої поверхні?

Помітити лусочки, що відриваються від металевої поверхні, особливо коли вона гаряча або під час обробки, може викликати занепокоєння, якщо ви не знаєте, що відбувається. Метал кришиться? Ні, зазвичай це лише поверхневий шар.

Відшарування металевої поверхні, особливо під час гарячої обробки, наприклад кування, зазвичай є відшаруванням оксидного шару (окалини), який утворився на металі через високу температуру та реакцію з атмосферою. Цей шар часто більш крихкий, ніж основний метал.

Це «відшарування» є прямим результатом різних властивостей основного металу (у нашому випадку, алюмінієвого сплаву) і шару оксиду алюмінію на його поверхні. Ось чому це відбувається:

Диференціальне теплове розширення:Металевий алюміній і шар оксиду алюмінію розширюються і стискаються з дещо різною швидкістю при нагріванні та охолодженні. Під час повторюваних циклів нагрівання та деформації під час кування це може створювати напруги на межі розділу між металом і оксидом, внаслідок чого оксид втрачає адгезію та відшарується.

Крихкість оксиду:Оксид алюмінію є керамічним матеріалом. Він твердий і захисний, але він також відносно крихкий порівняно з гарячим пластичним алюмінієвим сплавом, який кують. Коли алюмінієва заготовка стискається, кується або розтягується під час кування, метал під нею пластично деформується. Крихкий шар оксиду намагається пристосуватися, але не може розтягнутися так сильно, тому він тріскається і розривається на пластівці.

Товщина шару:Якщо оксидний шар стає надто товстим, він може стати менш прилипаючим і більш схильним до відколювання або відшарування. Тут відіграють роль умови в печі повторного нагріву і тривалість нагріву. У SWA Forging ми ретельно керуємо циклами нагрівання. Хоча утворення оксиду неминуче, контроль його товщини допомагає забезпечити якість кінцевого кованого виробу та мінімізує надмірне відшарування, яке потенційно може утворитися на поверхні. Іноді між етапами кування можна використовувати щітку або інші методи видалення окалини, якщо утворюється особливо товстий або пухкий шар оксиду, хоча для алюмінію це менш агресивно, ніж для сталевої окалини.

 

Що таке лусочки від гарячого металу?

Ті крихітні шматочки, що відлітають від гарячого металу в кузні, виглядають майже як іскри чи попіл, чи не так? Насправді це шматочки трансформованої поверхні металу. Для алюмінію вони мають особливий характер.

Пластівці гарячого металу, зокрема гарячого алюмінію, зазвичай є невеликими легкими шматочками оксиду алюмінію. Вони сірувато-білі та крихкі, утворюються, коли гаряча алюмінієва поверхня реагує з киснем, а потім відламуються під час деформації кування.

Давайте розберемося конкретно щодо цих пластівців, коли ми говоримо про кування алюмінію. На відміну від темної, важкої окалини, яка відривається від сталі, пластівці оксиду алюмінію:

колір:Зазвичай сірувато-білий або сріблясто-білий. Це природний колір оксиду алюмінію.

вага:Дуже легкий і може здатися, що він ненадовго парить у повітрі, якщо він досить маленький. Це пояснюється тим, що оксид алюмінію, хоч і щільний для кераміки, порівнюють із набагато щільнішими пластівцями оксиду заліза зі сталі.

Текстура/природа:Крихкий і легко подрібнюється в порошок. На дотик вони не металеві.

Склад:В першу чергу Al₂O₃. Це хімічно відрізняється від алюмінієвого сплаву (Al) під ним.

Під час кування наших великих алюмінієвих кілець і дисків у SWA Forging, коли нагріта заготовка обробляється та формується пресом або молотком, ви можете побачити, як ці дрібні лусочки відриваються. Інтенсивний тиск і деформація призводять до того, що оксидний шар, який утворився в печі і продовжує утворюватися на відкритій гарячій поверхні, розтріскується і відділяється. Це не шматки конструкційного алюмінію, що відкололися; це «шкіра», яка утворилася завдяки теплу та повітрю. Хоча загалом не-токсичний, хороша вентиляція завжди важлива в кузні для боротьби з будь-якими частинками, що містяться в повітрі. Наявність і природа цих пластівців є індикаторами для досвідчених ковальських бригад про температуру та стан поверхні заготовки.

 

Що таке кромка в куванні?

Ви можете почути, як професіонали кування говорять про «обріз» або «прохід для окантовки», і запитати, що робить цей інструмент або крок. Це важлива частина правильного формування металу перед основним формуванням.

Обрізний інструмент для кування — це інструмент або порожнина матриці зі спеціальним профілем, який використовується на ранній стадії кування для перерозподілу металу заготовки вздовж її довжини, зменшення її поперечного-перерізу в одному вимірі та збільшення в іншому та підготовки до наступних операцій формування.

Обрізка, або операція окантовки, є фундаментальним етапом у багатьох відкритих-штампах і закритих-процесах кування. Думайте про це як про попередній інструмент формування. Його основні цілі:

Розподіл матеріалу:Стратегічно збирати або поширювати матеріал. Наприклад, якщо вам потрібно більше матеріалу в центрі заготовки для подальшого відтиску, кромковий прохід може «засунути» кінці та проштовхнути матеріал до середини. Або він може зменшити ширину та збільшити висоту/товщину розділу.

Формування поперечного-перерізу:Він починає надавати заготовці чіткішого поперечного-перерізу, переміщуючи її від простої заготовки (як-от круглий або квадратний брусок) до грубої форми, необхідної для кінцевих штампів для кування. Це покращує потік матеріалу на наступних етапах.

Очищення потоку зерна:Обробляючи матеріал у такий контрольований спосіб, кромка також може допомогти почати орієнтувати внутрішню зернисту структуру металу, що важливо для кінцевих механічних властивостей кованої частини.

Коли ми в SWA Forging плануємо процес для великого алюмінієвого кільця або диска, міркування щодо того, як матеріал буде текти та заповнювати інструменти, є першорядними. Хоча ми можемо не використовувати спеціальний «інструмент для кромки» так само, як закрита-операція штампування для менших складних деталей, принцип контрольованої деформації для попереднього-формування заготовки завжди присутній. Наприклад, у відкритому-штамповому куванні певні послідовності сплющування та витягування (зубчасті зубці) досягають подібного перерозподілу матеріалу. Будь-яка така гаряча обробка, включно з окантовкою, передбачає високу температуру металу. Таким чином, на поверхні буде утворюватися оксид алюмінію, і частина цього оксиду може бути зміщена або перерозподілена під час процесу окантовки під час обробки поверхні. Правильна окантовка гарантує правильне розміщення сипучого матеріалу, що також допомагає отримати чистішу поверхню кінцевої частини за рахунок мінімізації складок або перехлестів, де можуть утримуватися оксиди.

 

Висновок

Отже, цей «матеріал», який відпадає від гарячого алюмінію під час кування, в основному є оксидом алюмінію. Це природний побічний продукт нагрівання алюмінію на повітрі, а його лущення є частиною динамічного процесу формування.