E‑BOOK

Zjawiska występujące podczas kucia na zimno

Kucie na zimno to metoda plastycznego odkształcania metalu, którą przeprowadza się w temperaturze pokojowej lub poniżej temperatury rekrystalizacji metalu. W trakcie tego procesu stosuje się matrycę i młot; matryca ma kształt docelowego przedmiotu, który będzie kształtowany. Uderzenia matrycy mogą być generowane za pomocą różnorodnych mechanizmów, takich jak hydrauliczny, pneumatyczny lub mechaniczny. Przed rozpoczęciem procesu obrabiany przedmiot zazwyczaj jest pokrywany środkiem smarnym, co pomaga uniknąć przywierania metalu do matrycy oraz utrzymać niską temperaturę obrabianego przedmiotu podczas formowania. Kucie na zimno ma wiele korzyści, w tym: poprawę wytrzymałości metalu, eliminację negatywnych efektów porowatości oraz zdolność do uzyskania precyzyjnych kształtów. Części wyprodukowane w procesie kucia na zimno charakteryzują się dużą wytrzymałością i zdolnością do znoszenia znaczących obciążeń.

Proces ten znalazł zastosowanie w produkcji różnorodnych elementów metalowych, takich jak śruby, pręty, blachy, narzędzia czy elementy mocujące.

RClhcb2bmjetJ

Animacja przedstawia proces kucia na zimno.

Animacja przedstawia proces kucia na zimno.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RClhcb2bmjetJ

Animacja przedstawia proces kucia na zimno.

Podczas kucia na zimno, czyli procesu obróbki plastycznej polegającej na odkształcaniu materiału w temperaturze pokojowej lub niższej od temperatury rekrystalizacji, zachodzi szereg złożonych zjawisk wewnątrz materiału. Dochodzi do trwałych zmian w strukturze krystalicznej, nazywanych zgniotem. Zgniot to efekt deformacji sieci krystalicznej, zagęszczania struktury i tworzenia nowych dyslokacji, to znaczy liniowego defektu sieci krystalicznej. W rezultacie materiał staje się bardziej wytrzymały, ale jednocześnie mniej plastyczny. Właściwości, takie jak twardość i wytrzymałość na rozciąganie, zwykle się zwiększają. Warto podkreślić, że zgniot występuje tylko w przypadku przeróbki plastycznej na zimno, gdyż przeróbka plastyczna na gorąco prowadzi do szybkiego zaniku zgniotu poprzez procesy rekrystalizacji i rekrystalizacji dynamicznej.

Rdl9T3dbVTREt

Zjawiska występujące podczas kucia na zimno. Pierwsza grafika przedstawia układ kryształów w stanie wyżarzonym jako nieregularnie ułożoną strukturę z sześcianami. Druga grafika przedstawia teksturę po zgniocie z ukierunkowanymi osiami krystalograficznymi w kierunku płynięcia materiału.

W procesie kucia na zimno metale mogą ulegać trwałemu odkształceniu plastycznemu poprzez poślizg i mechanizm bliźniakowania. Proces rozpoczyna się od obciążenia materiału przekraczającego granicę sprężystości. Wskutek tego następuje nieodwracalne odkształcenie plastyczne, które trwale zmienia kształt i strukturę materiału.  Poślizg polega na przemieszczaniu bloków sieci krystalicznej względem siebie. Bliźniakowanie polega na przesunięciu bloku sieci wokół płaszczyzny symetrii, aby atomy przemieszczonego obszaru były lustrzanym odbiciem atomów w części nieodkształconej. Poślizg jest dominującym mechanizmem odkształcania się metali. Szybkie odkształcenie zazwyczaj prowadzi do większej liczby i szybszego ruchu dyslokacji, co zwiększa intensywność poślizgu. W rezultacie szybsze odkształcenie może prowadzić do większego zahamowania wzrostu ziaren, większej utwardzalności i zwiększenia wytrzymałości materiału. Z drugiej strony wolniejsze odkształcenie może prowadzić do mniejszej intensywności poślizgu i potencjalnie większej zdolności do rekrystalizacji.

R1VOOKYTCpDNS

Na schemacie w postaci kulek przedstawiono poślizg, wraz z jego płaszczyzną i kierunkiem.

Jednak w przypadku niektórych metali o specyficznej strukturze sieci krystalicznej bliźniakowanie może odgrywać istotną rolę,  szczególnie wtedy, gdy poślizg jest utrudniony lub ograniczony. Prędkość odkształceń wpływa na tworzenie i rozprzestrzenianie bliźniaków. Szybkie odkształcenie sprzyja większej liczbie i szybszemu wzrostowi bliźniaków, co zwiększa twardość i wytrzymałość materiału. Jednakże wyższe prędkości odkształceń mogą prowadzić do większych naprężeń i łatwiejszego pękania bliźniaków. Wolniejsze odkształcenie prowadzi do mniejszej liczby i wolniejszego wzrostu bliźniaków.

ROrDLsZdT9kOA

Schemat przedstawia bliźniakowanie płaszczyzn.

Umocnienie jest efektem zwiększonego odkształcenia plastycznego, powodującego wzrost wytrzymałości i twardości oraz zmniejszenie plastyczności materiału. Powstaje poprzez zwiększenie liczby defektów w sieci krystalicznej, które utrudniają ruch dyslokacji. Wymaga to większego obciążenia do dalszego odkształcania. Umocnienie występuje zarówno w pojedynczych kryształach, jak i w polikryształach, i zależy od szybkości odkształcania oraz temperatury. Przejawia się poprzez wzrost wytrzymałości na rozciąganie, granicy plastyczności i twardości, jednocześnie ograniczając plastyczność materiału, co objawia się spadkiem wydłużenia i przewężenia. Występuje również rodzaj umocnienia, który określany jest umocnieniem dynamicznym, w którym materiał osiąga zwiększoną wytrzymałość i twardość w wyniku odkształcenia plastycznego przy wysokich prędkościach odkształcenia, co prowadzi do powstawania dodatkowych defektów w sieci krystalicznej. To zjawisko jest obserwowane w szybkich procesach odkształcania, takich jak deformacja uderzeniowa, gdzie energia kinetyczna przekształca się w energię odkształcenia, prowadząc do wzrostu wytrzymałości materiału.

RjpiGAbDKjlcx

Grafika przedstawia umocnienie dynamiczne. Jest to model umocnienia przez zgniot. Na płaszczyźnie poślizgu, pod którą znajdują się kulki, zaznaczone są: splot dyslokacji, linia dyslokacji będąca w ruchu, dyslokacje blokujące swobodny ruch oraz swobodna droga dyslokacji.

Celem wyżarzania rekrystalizującego, czyli rekrystalizacji statycznej jest eliminacja niepożądanych skutków odkształcenia, takich jak kruchość i naprężenia własne. Procedura polega na podgrzaniu stali do temperatury około 550‑650°C, utrzymaniu przez kilka godzin, a następnie stopniowym schładzaniu. W rezultacie uzyskuje się poprawę właściwości plastycznych, obniżenie twardości i wytrzymałości poprzez przekrystalizowanie odkształconych ziaren w drobne, jednorodne struktury komórkowe.

RqV5hjxgFekJv

Na grafice zjawiska występujące podczas kucia na zimno - rekrystalizacja. Rysunek a przedstawia porozrzucaną strukturę składającą się z wielu nieuporządkowanych części. Każdy kolejny rysunek b, c i d przedstawia bardziej uporządkowaną strukturę podziaren po ozdrowieniu.

Duże stopnie zgniotu prowadzą do zmniejszenia ziaren metalu, tworząc strukturę włóknistą podobną do drutów. Tekstura zgniotu zależy od struktury krystalicznej i sposobu odkształcenia, wpływając na anizotropię plastyczności. Towarzyszące zmiany mikrostruktury generują naprężenia submikroskopowe wewnątrz ziaren, mikroskopowe między nimi oraz makroskopowe między warstwami metalu. Naprężenia makroskopowe mogą powodować dodatkowe odkształcenia, pęknięcia i zmniejszać odporność na korozję. Obróbka cieplna ma potencjał w redukcji tych naprężeń.

R1TeamLRkIbE6

Grafika przedstawia zjawiska występujące podczas kucia na zimno - zmiany mikrostruktury. Zmiana struktury metalu półkrystalicznego pod wpływem odkształcenia plastycznego przy rozciąganiu ukazana jest na obrazkach a, b i c. Na każdym z nich jest kolejno wzrastający zgniot.

Powrót do spisu treściD11r5iFFgPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Plansza interaktywna - Schematyczny podział podstawowych operacji kowalskichDzzmqDLjvPlansza interaktywna - Schematyczny podział podstawowych operacji kowalskich

• Sekwencje filmowe - Wykonywanie podstawowych operacji kowalskichDdEfI6UJWSekwencje filmowe - Wykonywanie podstawowych operacji kowalskich