Jeste li ikad gledali video o kovanju i vidjeli one male komadiće kako lete s užarenog metala? Može izgledati neuredno i natjerati vas da se zapitate raspada li se materijal. Pa, to je prirodan dio procesa, posebno s vrućim aluminijem.

Stvar koja pada ili se ljušti s vrućeg aluminija tijekom kovanja prvenstveno je aluminijev oksid. Ovaj tanki, lomljivi sloj brzo se stvara na površini vrućeg aluminija dok reagira s kisikom u zraku i može se pomaknuti tijekom procesa deformacije.

U SWA Forgingu svaki dan radimo s kovanim aluminijskim prstenovima i diskovima velikog-promjera. Iako su naši procesi visoko kontrolirani, stvaranje aluminijevog oksida na vrućim površinama temeljni je aspekt rada s ovim nevjerojatnim metalom. To je nešto čime upravljamo i razumijemo. Pogledajmo pobliže što je to "stvar" i zašto se pojavljuje.

 

Što se skida s metala prilikom kovanja?

Vidjeti komadiće kako se odvajaju od metala tijekom intenzivnog procesa kovanja može biti pomalo zbunjujuće, zar ne? Možda ćete se brinuti da se sam metal razgrađuje. Obično je proizvod površinske reakcije.

"Stvari" koje se skidaju s metala tijekom kovanja općenito su oksidne naslage. Za aluminij, ovo je aluminijev oksid; za čelik, to je obično željezni oksid. Ovaj sloj nastaje zbog visokih temperatura i reakcije s atmosferskim kisikom, ljušteći se pod mehaničkim opterećenjem.

Kada govorimo o kovanju, posebno kovanju s otvorenim -matričnim kalupom kao što to radimo u SWA Forging za naše prstenove i diskove, metalni obradak se zagrijava na vrlo visoke temperature kako bi postao savitljiv. Za aluminijske legure to može biti nekoliko stotina Celzijevih stupnjeva. Na tim temperaturama metal je vrlo reaktivan, osobito njegova površina. Zrak oko nas sadrži kisik, a vrući aluminij spremno reagira s tim kisikom. Ova kemijska reakcija stvara novi spoj na površini: aluminijev oksid (Al₂O₃). Ovo nije sam aluminijski metal koji se ljušti, već sloj-nalik keramici koji se stvara na vrhu. U početku je ovaj oksidni sloj vrlo tanak i dobro prianja, zapravo pruža određenu zaštitu metalu ispod njega. Međutim, kako se proces kovanja nastavlja – sa snažnim prešama i čekićima koji oblikuju metal – ovaj oksidni sloj, koji je krhiji od duktilnog aluminija ispod njega, može puknuti, slomiti se i oljuštiti se. Debljina i prijanjanje ovog oksidnog sloja može ovisiti o specifičnoj leguri, temperaturi, vremenu na temperaturi i atmosferi peći. Na primjer, neke od legura koje kujemo mogu razviti nešto drugačije karakteristike oksida od drugih, ali temeljni proces je isti. To je vrlo prirodan dio aluminija za vruću obradu.

Što je ljuštenje metalne površine?

Primjećivanje ljuskica koje se odvajaju od metalne površine, osobito kada je vruća ili se obrađuje, može biti zabrinjavajuće ako ne znate što se događa. Raspada li se metal? Ne, obično samo površinski sloj popusti.

Ljuštenje metalne površine, posebno tijekom vrućeg rada kao što je kovanje, obično je odvajanje oksidnog sloja (kamenca) koji se formirao na metalu zbog visokih temperatura i reakcije s atmosferom. Ovaj sloj je često krtiji od osnovnog metala.

Ovo "ljuštenje" izravna je posljedica različitih svojstava između osnovnog metala (u našem slučaju, aluminijske legure) i sloja aluminijevog oksida na njegovoj površini. Evo zašto se to događa:

Diferencijalno toplinsko širenje:Metalni aluminij i sloj aluminijevog oksida šire se i skupljaju malo različitim brzinama kada se zagrijavaju i hlade. Tijekom ponovljenih ciklusa zagrijavanja i deformacije u kovanju, to može stvoriti naprezanja na granici između metala i oksida, uzrokujući gubitak prianjanja i ljuštenje oksida.

Krtost oksida:Aluminijev oksid je keramički materijal. Tvrd je i štiti, ali je i relativno krt u usporedbi s vrućom, rastegljivom aluminijskom legurom koja se kuje. Kada se aluminijski obradak stisne, udari čekićem ili rastegne tijekom kovanja, metal koji leži ispod plastično se deformira. Krhki sloj oksida pokušava se prilagoditi, ali ne može se toliko rastegnuti, pa puca i lomi se u ljuspicama.

Debljina sloja:Ako sloj oksida postane predebeo, može postati manje prianjajući i skloniji pucanju ili ljuštenju. Uvjeti u peći za ponovno zagrijavanje i trajanje zagrijavanja ovdje igraju ulogu. U SWA Forgingu pažljivo upravljamo ciklusima grijanja. Iako je stvaranje oksida neizbježno, kontroliranje njegove debljine pomaže u osiguravanju kvalitete konačnog kovanog proizvoda i smanjuje prekomjerno ljuštenje koje bi se potencijalno moglo ugraditi u površinu. Ponekad se može upotrijebiti četkanje ili druge metode uklanjanja kamenca između koraka kovanja ako se formira posebno debeo ili labav sloj oksida, iako je za aluminij to manje agresivno nego kod čeličnog kamenca.

 

Što su pahuljice od vrućeg metala?

Ti sićušni komadići koji lete s vrućeg metala u kovačnici izgledaju gotovo poput iskri ili pepela, zar ne? Oni su zapravo komadići transformirane površine metala. Za aluminij, oni imaju poseban karakter.

Ljuskice vrućeg metala, posebno vrućeg aluminija, obično su mali, lagani komadići aluminijevog oksida. Oni su sivkasto-bijeli i lomljivi, nastaju dok vruća aluminijska površina reagira s kisikom, a zatim se lome tijekom deformacije kovanja.

Budimo konkretni o ovim ljuskicama kada govorimo o aluminijskom kovanju. Za razliku od tamne, teške ljuske koja dolazi s čelika, ljuskice aluminijevog oksida su:

Boja:Obično sivkasto-bijela ili srebrnasto-bijela. Ovo je prirodna boja aluminijevog oksida.

Težina:Vrlo lagan i može se činiti da nakratko lebdi u zraku ako je dovoljno malen. To je zato što se aluminijev oksid, iako gust za keramiku, uspoređuje s mnogo gušćim ljuskicama željeznog oksida iz čelika.

Tekstura/priroda:Lomljiv i lako se usitnjava u prah. Na dojam nisu metalni.

Sastav:Prvenstveno Al₂O₃. To se kemijski razlikuje od aluminijske legure (Al) ispod.

Tijekom kovanja naših velikih aluminijskih prstenova i diskova u SWA Forging, dok se zagrijanom gredicom manipulira i oblikuje preša ili čekić, možete vidjeti kako se te fine ljuskice odvajaju. Intenzivan pritisak i deformacija uzrokuju pucanje i odvajanje sloja oksida, koji je nastao u peći i nastavlja se stvarati na izloženoj vrućoj površini. Ovo nisu dijelovi strukturnog aluminija koji se odlome; oni su "koža" nastala uslijed topline i zraka. Iako općenito nije -toksičan, dobra ventilacija uvijek je važna u kovačnici za upravljanje česticama u zraku. Prisutnost i priroda ovih ljuskica pokazatelji su za iskusne kovačke ekipe o temperaturi i stanju površine izratka.

 

Što je rubnik u kovanju?

Možda ćete čuti stručnjake za kovanje kako govore o "rubnom rubu" ili "rubnom prolazu" i pitati se čemu taj alat ili korak služi. To je ključni dio pravilnog oblikovanja metala prije glavnog oblikovanja.

Nosač rubova u kovanju je alat ili šupljina matrice sa specifičnim profilom koji se koristi u ranoj fazi kovanja za preraspodjelu metala izratka duž njegove duljine, smanjivanje njegovog-presjeka u jednoj dimenziji dok ga povećava u drugoj i pripremanje za sljedeće operacije oblikovanja.

Rubljivač, ili operacija rubova, temeljni je korak u mnogim otvorenim-matričnim i zatvorenim-postupcima kovanja. Zamislite to kao preliminarni alat za oblikovanje. Njegovi glavni ciljevi su:

Distribucija materijala:Strateški prikupljati ili širiti materijal. Na primjer, ako trebate više materijala u središtu izratka za kasnije otiskivanje, rubni prolaz može "zarezati" krajeve i gurnuti materijal prema sredini. Ili, može smanjiti širinu i povećati visinu/debljinu odjeljka.

Oblikovanje-presjeka:Počinje davati obradku definiraniji poprečni-presjek, pomičući ga od jednostavne gredice (poput okrugle ili četvrtaste šipke) prema grubom obliku potrebnom za konačne kalupe za kovanje. To poboljšava protok materijala u kasnijim fazama.

Pročišćavanje protoka zrna:Obrađujući materijal na ovaj kontrolirani način, rubovi također mogu pomoći u početku usmjeravanja unutarnje zrnate strukture metala, što je važno za konačna mehanička svojstva kovanog dijela.

Kada mi u SWA Forging planiramo proces za veliki aluminijski prsten ili disk, najvažnije je razmotriti kako će materijal teći i ispuniti alat. Iako možda nećemo koristiti određeni "alat za rubove" na isti način kao što to može učiniti zatvorena-operacija kovanja za manje, složene dijelove, princip kontrolirane deformacije za pre-oblikovanje gredice je uvijek prisutan. Na primjer, kod otvorenog-kovanja kalupa, specifični slijedovi ravnanja i izvlačenja (nazubljenje) postižu sličnu redistribuciju materijala. Svaki takav postupak vruće obrade, uključujući rubove, uključivat će metal na visokoj temperaturi. Stoga će površina stvarati aluminijev oksid, a dio tog oksida može se izbaciti ili preraspodijeliti tijekom procesa rubova dok se površina obrađuje. Odgovarajući rubovi osiguravaju pravilno postavljanje rasutog materijala, što također pomaže u postizanju čišće površine na završnom dijelu minimiziranjem nabora ili preklopa gdje bi se oksidi mogli zadržati.

 

Zaključak

Dakle, ta "stvar" koja otpada s vrućeg aluminija tijekom kovanja uglavnom je aluminijev oksid. To je prirodni nusprodukt zagrijavanja aluminija na zraku, a njegovo ljuštenje dio je dinamičkog procesa oblikovanja.