Czym jest przeróbka plastyczna metali na gorąco?
W celu uzyskania gotowych wyrobów lub półwyrobów, takich jak: pręty, kształtowniki, rury, blachy czy odkuwki, w praktyce przemysłowej wykorzystuje się powszechnie różnego rodzaju metody przeróbki plastycznej. Materiał poddawany tym procesom zmienia zarówno swój kształt jak i wymiary. Nie bez znaczenia jest również zmiana struktury wewnętrznej materiału, limitująca często własności danego wyrobu, a także zakres jego stosowalności. Wspomniane zmiany, zarówno kształtu, wymiarów jak i struktury realizowane są w procesach przeróbki plastycznej poprzez nacisk wywierany odpowiednim narzędziem na przerabiany materiał (pod warunkiem przekroczenia granicy plastyczności metalu).
Proces kształtowania materiału na drodze przeróbki plastycznej może przebiegać w warunkach: na gorąco lub na zimno. Czynnikiem decydującym o rodzaju przeróbki plastycznej jest tak zwana temperatura rekrystalizacji, czyli taka przy której pojawiają się pierwsze odbudowane ziarna struktury metalu uprzednio odkształconego. Dodatkowo cechą charakterystyczną procesów przeróbki plastycznej realizowanych powyżej temperatury rekrystalizacji (czyli na gorąco) jest brak zjawiska umocnienia materiału. Temperatura rekrystalizacji (Tr) dla metali i stopów wynosi w przybliżeniu (Tt – temperatura topnienia metalu określona w [K]):
Tr = 0,35 ÷ 0,6 ∙ Tt
Przeróbka plastyczna na gorąco zarówno stali jak i metali nieżelaznych realizowana może być głównie poprzez następujące procesy:
- kucia,
- wyciskania,
- walcowania.
Na rysunku nr 1 ukazano w sposób schematyczny poszczególne procesy przeróbki plastycznej na gorąco.
Rys. 1 Schematy procesów przeróbki plastycznej na gorąco:
a – kucie matrycowe z uwidocznieniem otrzymanej odkuwki,
b – walcowanie wzdłużne,
c – wyciskanie współbieżne
Dlaczego miedź?
Należy zaznaczyć, iż struktura materiału po procesach przeróbki plastycznej na gorąco zostaje odbudowana (zrekrystalizowana). Przerabiane plastycznie materiały są jednak w różnym stopniu podatne na rekrystalizację dynamiczną (zachodzącą podczas danego procesu). I tak na przykład, biorąc pod uwagę dwa najpopularniejsze metale nieżelazne: w przypadku miedzi zachodzi proces rekrystalizacji, dla aluminium zazwyczaj proces ten jest utrudniony, co w późniejszym etapie może generować pewne problemy technologiczne podczas dalszego przetwórstwa (ze względu na nieosiągnięcie odpowiedniej plastyczności przez metal). Dzięki znakomitej podatności do procesu rekrystalizacji struktura miedzi po procesach przeróbki plastycznej na gorąco charakteryzuje się drobnymi, równoosiowymi ziarnami, a taka struktura jest najkorzystniejsza z punktu widzenia dalszego przetwórstwa materiału (np. w procesach walcowania na zimno) jak i własności użytkowych wyrobu (np. po procesach wyciskania).
Dodatkowo miedź oraz jej stopy kształtowane przy wykorzystaniu metod przeróbki plastycznej na gorąco charakteryzują się doskonałą odkształcalnością oraz kształtowalnością (niezwykle ważną np. w procesach kucia). Dzięki temu odkuwkę o żądanych kształtach można otrzymać w jednej operacji kucia (ze względu na doskonałą wypełnialność matrycy), co w przypadku aluminium lub jego stopów może okazać się niemożliwe (i konieczne będzie kucie dwu lub wielooperacyjne).
Zastosowanie wyrobów z miedzi otrzymanych na drodze procesów przeróbki plastycznej na gorąco
Każdy ze wspomnianych procesów może prowadzić do uzyskania różnorakich wyrobów do szeregu zastosowań czy gałęzi przemysłu. Tak więc bazując na wyrobach z miedzi, głównymi zastosowaniami odkuwek z miedzi oraz na bazie stopów miedzi są różnego rodzaju styki i złącza stosowane w energetyce, korpusy czy armatura.
Blachy wykonane z miedzi znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, m.in.: budownictwo (produkty dekarskie, pokrycia dachowe i posadzki) czy elektronika (ekranowanie transformatorów, kabli, obudów).
Wyciskane płaskowniki czy kształtowniki miedziane mogą mieć zastosowanie w produkcji urządzeń elektrycznych, części urządzeń mechanicznych, na akcesoria dachowe (płaskowniki) czy w elektronice. Dodatkowo wyciskane rury z miedzi są powszechnie stosowane do transportu wody w budynkach i domach.
Literatura
- Dieter G. E., Kuhn H. A., Semiatin S. L.: Handbook of Workability and Process Design, ASM International, USA 2003
- Wusatowski Z: Fundamentals of Rolling, Pergamon Press, USA 1969
- Laue K., Stenger H.: Extrusion: processes, machinery, tooling, American Society for Metals, 1981
- Altan T., Ngaile G., Shen G.: Cold and Hot Forging: Fundamentals and Applications, ASM International, USA 2003
- R.Davis & Associates: Copper and Copper Alloys, ASM Speciality Handbook, 2001