Nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến năng suất thiết bị, tính chất cơ- lý của vật liệu, độ tiêu hao nhiên liệu, năng lượng, giá thành vật dập…
Nung kim loại khi dập nóng là một trong các nguyên công cơ bản của qui trình dập. Mục đích của nung kim loại trong công nghệ dập tạo hình chi tiết dạng khối chủ yếu nhằm giảm trở lực biến dạng và tăng tính dẻo, tức làm tăng khả năng biến dạng của kim loại.
Khoảng nhiệt độ tạo hình cho phép (Tcp) khi rèn và dập nóng là khoảng nhiệt độ giới hạn bởi nhiệt độ bắt đầu rèn (Tbd) và nhiệt độ kết thúc rèn (Tkt) mà tại đó kim loại có tính dẻo cần thiết để biến dạng và điền đầy lòng khuôn. Đối với hợp kim thép - các bon thông thường thì khoảng nhiệt độ cho phép nằm trong giới hạn từ 1250o
C – 750oC.
Khoảng nhiệt độ tạo hình cần thiết (Tct) là khoảng nhiệt độ nằm trong khoảng nhiệt độ (Tcp) phù hợp với từng nguyên công, thời gian gia công và vật liệu.
Hình 1.16. Giản đồ trạng thái Fe-C và các nhiệt độ giới hạn 1- Giới hạn trên của nhiệt độ
dập nóng 2- Thường hoá 3- Tôi
Hình 1.17. Khoảng nhiệt độ tạo hình cho phép (Tcp)
Ở khoảng nhiệt độ 850÷9000C, độ bền của hầu hết các mác thép có giá trị gần như nhau. Khi nung kim loại ở nhiệt độ cao hơn 10000C, độ bền của thép không lớn hơn 80MPa. Điều này cho phép dập các loại phôi thép mà không sợ chúng bị phá huỷ và có thể sử dụng thiết bị có công suất thấp hơn nhiều so với thiết bị dùng để gia công các phôi thép này ở trạng thái nguội.
Quá trình nung có ảnh hưởng đáng kể đến tổ chức của thép, đặc biệt là khi nung đến nhiệt độ cao hơn điểm tới hạn AC3 quan sát thấy có sự lớn lên của các hạt. Theo mức độ tăng thời gian giữ nhiệt và nhiệt độ nung, kích thước của các hạt austenit tăng lên. Cường độ lớn lên của các hạt austenit tăng mạnh khi nung thép tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn lớn lên của các hạt.
Tuỳ thuộc vào mác thép, nhiệt độ này nằm trong khoảng từ 1000 đến 12000 C. Cường độ lớn lên của các hạt austenit khi nung đối với các loại thép khác nhau cũng khác nhau, và khi làm nguội chậm thép này thì tổ chức Austenit sẽ chuyển biến thành tổ chức Ferit-Peclit ở nhiệt độ xác định. Các hạt Austenit càng lớn khi nung thì sẽ nhận được các hạt ferit và peclit càng lớn và do đó cơ tính của thép càng thấp. Vì thế, khi làm nguội thép đã được nung nóng thì các hạt austenit không những không nhỏ đi, mà ngược lại có thể còn tăng lên (trong khoảng nhiệt độ cao hơn đường AC1 , tức là trước khi có chuyển biến austenit thành Ferit và Peclit).
Nếu trong thời gian làm nguội thép xảy ra quá trình biến dạng, thì các hạt austenit bị phá vỡ và cấu trúc của thép khi đó sẽ thay đổi theo hai hướng. Một mặt dưới tác dụng của đầu búa hoặc bàn ép của máy ép làm cho các hạt bị biến dạng và kèm theo đó là sự vỡ vụn của các hạt. Mặt khác, do ảnh hưởng của nung nóng thì các hạt bị phá vỡ do quá trình biến dạng gây ra có xu hướng lớn lên. Sự lớn lên của các hạt biến dạng do quá trình dập gây ra ở đây là quá trình kết tinh lại. Sự lớn lên của các hạt khi kết tinh lại là do sự phá vỡ của các lớp biên giới hạt khi dập nóng gây ra, do đó các hạt tinh thể bị phá vỡ có khả năng sát nhập lại với nhau tạo thành những hạt có kích thước lớn hơn.
Mức độ biến dạng càng lớn thì các hạt tinh thể bị làm nhỏ càng mạnh và nhiệt độ kim loại sau khi kết thúc biến dạng càng cao thì các điều kiện thuận lợi cho quá trình kết tinh lại càng lớn, tức là càng thuận lợi cho sự lớn lên của các hạt. Từ đây cho phép rút ra kết luận thực tế là: cần biến dạng kim loại ở nhiệt độ cao nhất có thể bởi vì ở nhiệt độ đó kim loại có tính dẻo cao và cho phép biến dạng với chi phí năng lượng thấp nhất, nhưng nên kết thúc quá trình biến dạng dập ở nhiệt độ tương đối thấp ( gần điểm tới hạn AC1) để không cho phép các hạt có khả năng phát triển do kết tinh lại gây ra.
Khoảng nhiệt độ tạo hình nóng thay đổi đáng kể phụ thuộc vào mác thép, nhưng chủ yếu nằm trong giới hạn từ 1280 đến 7500
C.
Nếu dừng dập ở nhiệt độ cao sẽ làm cho các hạt tinh thể có kích thước lớn do kết tinh lại gây ra. Kết quả là vật dập có cơ tính thấp. Tuy nhiên nếu kết thúc dập ở nhiệt độ thấp thì làm thì làm xuất hiện hiện tượng biến cứng. Nhiều công trình nghiên cứu và thực tế đã cho thấy rằng, hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt khi biến
dạng nóng là nhiệt độ và mức độ biến dạng. Ở nhiệt độ cao, kết tinh lại xảy ra mạnh và hoàn toàn kết thúc ngay trong khoảng thời gian giữa các lần dập, ở nhiệt độ tương đối thấp thì quá trình kết tinh lại xảy ra rất chậm.
Nhược điểm của phương pháp dập khối là lực dập lớn. Để giảm lực dập thì cần phải biến dạng ở nhiệt độ cao, nhưng nếu biến dạng ở nhiệt độ cao thì độ chính xác của sản phẩm giảm, chất lượng bề mặt chi tiết giảm.
Vì vậy ta cần lựa chọn khoảng nhiệt độ hợp lý để lực khi dập không quá cao và độ chính xác vẫn được đảm bảo. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát và chọn dập tạo hình ở trạng thái nửa nóng (khoảng nhịêt độ nằm sát với nhiệt độ kết tinh lại) để đảm bảo những yếu tố trên.
Sự khác biệt giữa dập nóng và dập nửa nóng
Dập nóng Dập nửa nóng
- Tạo ra sản phẩm theo yêu cầu - Dễ dàng thực hiện công nghệ và tạo hiệu quả sản xuất cao
- Ứng suất chảy của kim loại thấp nên công biến dạng, lực dập nhỏ, không có sự biến cứng của vật liệu, tổ chức cấu trúc đồng đều do xảy ra quá trình hồi
- Tạo ra sản phẩm theo yêu cầu - Thực hiện công nghệ khó khăn hơn, thích hợp với các phương pháp chồn, dập trong khuôn kín, ép chảy, dập nổi - Do biến dạng ở nhiệt độ dưới nhiệt độ kết tinh lại nên ứng suất chảy của kim loại lớn, khi biến dạng có hóa bền kim loại, công và lực biến dạng lớn. Cấu trúc
phục và kết tinh lại.
- Mức độ biến dạng kim loại lớn.
- Độ chính xác thấp, vật liệu bị hao cháy trong quá trình biến dạng
- Chất lượng bề mặt thấp.
- Nhiệt độ dập nóng đối với Thép 1000oC đến 1200oC, Hợp kim Al 360o
C- 520oC, Hợp kim đồng: 700o
C-800oC
hạt không đồng đều so với biến dạng nóng vì chỉ xảy ra quá trình hồi phục - Mức độ biến dạng kim loại hạn chế. Không có khả năng tạo hình quá phức tạp hay mức độ biến dạng quá lớn. - Độ chính xác cao, không bị mất mát vật liệu do hao cháy
- Chất lượng bề mặt rất cao, nên không cần phải có các quá trình gia công cơ sau khi tạo hình
- Nhiệt độ dập nửa nóng đối với Thép 550oC đến 700 oC), Hợp kim Al 200o
C- 300oC, Hợp kim đồng: 350o
C-500oC
