Объяснение науки ковки стали: от раскаленного металла до высокопрочных деталей

Вы когда-нибудь замечали, что некоторые металлические детали остаются прочными и надёжными долгие годы, а другие быстро изнашиваются? Секрет кроется в процессе производства. Если говорить о… ковочная сталь, это не просто нагревание и ковка стали; нет, это целая наука по превращению сырой стали в долговечную и прочную. 

Итак, в этом блоге мы расскажем, что такое кованая сталь, какие типы стали используются для этой цели, каков процесс ковки, температурные режимы, области применения и многое другое. Так что продолжайте учиться!

Что такое кованая сталь?

“Кованая сталь — это, по сути, сталь, которую нагревают и прессуют, превращая ее в чистую сталь для повышения ее прочности и качества”.”

Проще говоря, металл нагревается до высокой температуры. Кованая сталь — это сталь, которая была сформирована и упрочнена с помощью нагрева и давления. Проще говоря, кусок металла нагревается докрасна (750–1250 °C), а затем прессуется молотом, придавая ему нужную форму. Фактически, ковка делает внутреннюю структуру стали более плотной и прочной, что повышает прочность кованой стали по сравнению с обычной.

Возможно, вы видели в фильмах, как люди изготавливают изделия, ударяя молотом по раскалённому металлу, – это ковка (только устаревшая версия). Идея та же, но в наши дни ковка осуществляется с помощью современных машин, использующих тяжёлые прессы или молоты; ручное усилие не требуется. 

Ковка, по сути, изменяет расположение внутренних зёрен стали. Это придаёт металлу прочность и долговечность. Кованая сталь способна выдерживать большие нагрузки, высокие напряжения и экстремальные условия; поэтому её используют для изготовления коленчатых валов автомобилей, деталей самолётов и крупногабаритных промышленных инструментов.

Типы стали, используемые в ковке

Сталь бывает разных видов, и каждый из них обладает своей прочностью, гибкостью и областью применения. Поскольку речь идёт о ковке, выбор правильной стали действительно важен, поскольку она напрямую влияет на прочность и долговечность вашего конечного изделия. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространённые виды стали, используемые в ковка стали.

1. Углеродистая сталь

Это одна из наиболее распространённых сталей для ковки. Эта сталь изготавливается из железа и углерода. Процентное содержание углерода определяет её мягкость или твёрдость. 

• Низкоуглеродистая сталь: как следует из названия, эта сталь содержит мало углерода. Поэтому она мягкая и легко формуется. Поэтому она подходит для изделий, не требующих высокой прочности, например, для болтов или кронштейнов.
  
• Среднеуглеродистая сталь: этот тип стали обеспечивает хороший баланс прочности и гибкости. Среднеуглеродистая сталь широко применяется в таких деталях, как шестерни и оси.
  
• Высокоуглеродистая сталь: благодаря высокому содержанию углерода она очень твёрдая и прочная, но при этом более хрупкая. Поэтому её используют для изготовления инструментов, лезвий и пружин.

2. Легированная сталь

Эта сталь имеет смешанный состав: помимо углерода и железа, она содержит и другие элементы, такие как хром, никель и молибден. Сочетание этих элементов делает её прочнее, жёстче и устойчивее к износу и нагреванию.

3. Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь содержит большое количество хрома. Он образует оксидную плёнку на поверхности стали, благодаря чему она более устойчива к коррозии и ржавчине. Благодаря своей прочности и износостойкости нержавеющая сталь идеально подходит для использования в таких отраслях, как пищевая промышленность, производство медицинских инструментов и химических заводов. Кованая нержавеющая сталь выглядит чистой и блестящей; кроме того, она дольше служит в суровых условиях.

4. Инструментальная сталь

Инструментальная сталь — ещё один тип стали, предназначенный для работы в экстремальных условиях. Она сохраняет твёрдость даже при высоких температурах. Её в основном используют для изготовления режущих инструментов, пресс-форм и штампов, которые должны выдерживать постоянные удары и давление.

Процесс ковки: пошаговое объяснение

Процесс ковки может показаться сложным, но при правильном руководстве он становится довольно простым. Основная идея заключается в высадке и формовке металла с контролируемым усилием. Давайте разберём весь процесс на простые для понимания этапы.

Шаг 1: Выбор подходящего материала

Сначала определитесь, что именно вы хотите создать, а затем выберите подходящий материал в соответствии с вашим проектом. Например, если вы планируете изготовить коленчатый вал автомобиля, вам понадобится прочная легированная сталь, а для гаечного ключа может понадобиться только среднеуглеродистая сталь. После выбора выбранная сталь будет разрезана на заготовки, называемые заготовками или прутками.

Шаг 2: Нагрев стали

Эти куски стали нагревают в печи при высокой температуре (от 900 до 1250 °C). Их нагревают до тех пор, пока они не станут красными или жёлтыми. Такой нагрев размягчит металл, но не расплавит его.  

Шаг 3: Ковка или формовка металла

После нагрева металл помещают между двумя штампами, под тяжёлый молот или пресс. Это давление придаёт металлу нужную форму. Существует несколько способов сделать это: ковка под давлением, штамповка под давлением или высадка (подробно обсудим в следующих разделах этого блога).

Шаг 4: Обрезка и удаление облоя

В процессе ковки излишки металла (облой) выдавливаются за края штампа и затем срезаются при обрезке или шлифовке детали. 

Мы можем сказать, что ковка стали Это всего лишь превращение сырого металла в полезный и прочный. Процесс на этом не заканчивается. После ковки проводится термическая обработка и послековочные процессы для достижения идеальной прочности, твёрдости и чистоты поверхности.

Термическая обработка и операции после ковки

Чтобы повысить прочность, качество и внешний вид кованой стали, её подвергают дополнительной обработке. Она проходит термическую обработку и другие операции. Давайте посмотрим.; 

Термическая обработка

Итак, после ковки готовое изделие может иметь внутренние напряжения или неравномерные свойства. Решение — повторный нагрев. Да, изделие нагревается в контролируемых условиях. После нагрева деталь охлаждается с определённой скоростью. Это придаёт стальной детали необходимую прочность и вязкость. 

К распространенным процессам термической обработки относятся:

• Отжиг: Отжиг может размягчить материал, что облегчает его механическую обработку. Кроме того, он повышает пластичность металла.
  
• Нормализация: Для повышения равномерной прочности и измельчения зеренной структуры предпочтительна нормализация.
  
• Закалка и отпуск: Чтобы сделать металл ещё твёрже, его быстро охлаждают, что называется закалкой. А если нужно уменьшить хрупкость металла, то правильным методом будет отпуск.
  

Это можно понять на примере того, как автомобильные коленчатые валы подвергаются закалке и отпуску, чтобы они могли выдерживать постоянные нагрузки без образования трещин.

Механическая обработка и отделка

Для достижения точных размеров и гладкости поверхности кованая деталь часто подвергается механической обработке. Механическая обработка крайне важна для идеальной посадки детали в узле.

Обработка поверхности

Для удаления окалины, повышения стойкости к коррозии и улучшения внешнего вида часто используют такие процессы, как дробеструйная обработка, полировка или нанесение покрытия.

Инспекция и контроль качества

Наконец, каждое кованое изделие проходит тщательную проверку. Она включает в себя визуальный осмотр, измерение размеров и расширенные испытания, такие как ультразвуковая дефектоскопия. Это гарантирует отсутствие трещин и скрытых дефектов. После прохождения этих испытаний деталь готова к использованию. 

Категории температур ковки

Температура играет важную роль в процессе ковки. Она может влиять на прочность и свойства конечного продукта. Как правило, чем выше температура, тем мягче становится металл. Однако, если её не контролировать, она может привести к образованию окалины на поверхности или росту зерен.

В зависимости от температуры ковку обычно делят на три основные категории: горячая ковка, теплая ковка и холодная ковка. 

Виды методов ковки стали

В зависимости от способа приложения силы и течения металла различают различные методы ковки. Каждый метод имеет свои плюсы, минусы и предназначение. Выбор зависит от размера, сложности и точности, необходимой для детали. Рассмотрим некоторые из наиболее распространённых методов:

1. Свободная ковка

При ковке в открытых штампах сталь помещается между штампами. Эти штампы не охватывают её полностью. После этого металл прессуется или выковывается, придавая ему нужную форму. Поэтому, если вы планируете изготавливать крупные детали, такие как валы, кольца и прутки, открытая ковка — оптимальный вариант. Она обеспечивает отличную прочность благодаря идеальному расположению внутренних зёрен.

2. Ковка в закрытых штампах (Штамповка)

При этом методе сталь помещается в штамп определённой формы. Затем к нему прикладывается давление. Под действием давления металл заполняет всю полость штампа. Этот метод идеально подходит для изготовления точных, повторяемых форм, таких как шатуны, шестерни и гаечные ключи. Кроме того, он обеспечивает жёсткие допуски и минимальные отходы.

3. Кузнечно-прессовая штамповка

При штамповке под давлением не требуется применение молотов; этот метод использует постоянное давление гидравлического или механического пресса. Этот пресс обеспечивает глубокую и равномерную формовку металла. Этот метод идеально подходит для применений, где требуется стабильное качество и точная форма.

4. Высадка штампов

Чтобы увеличить диаметр какого-либо участка металла, его подвергают штамповке по длине, что называется осадкой. Это обычное явление для болтов, винтов и других крепёжных изделий.

Хотя каждый метод имеет свои преимущества, их всех объединяет одно: цель. Все методы направлены на создание прочных, надёжных деталей, готовых к интенсивной эксплуатации.

Свойства и преимущества кованой стали

Деталь, прошедшая ковку, приобретает непревзойденную прочность, долговечность и надёжность. Как известно, после ковки внутренняя структура зерен металла адаптируется к форме детали. Да, это придаёт детали превосходные механические свойства по сравнению с литыми или обработанными металлами. 

Можно сказать, что ковка устраняет внутренние пустоты и слабые места. В результате получается изделие, способное выдерживать большие нагрузки, удары и высокие температуры.

Основные свойства кованой стали:

• Высокая прочность и ударная вязкость: Улучшает способность металла выдерживать удары и нагрузки без износа.
  
• Лучшая устойчивость к усталости: Кованые детали Выдерживают многократное использование. Это делает их идеальными для таких деталей, как коленчатые валы и шатуны.
  
• Равномерный поток зерна: Структурная целостность и долговечность увеличиваются за счет выравнивания зерен.
  
• Хорошая пластичность и твердость: Кованый металл может слегка сгибаться под нагрузкой, не трескаясь.  

Основные преимущества:

• Более длительный срок службы: Кованые детали долговечны и сохраняют устойчивость даже в тяжелых условиях эксплуатации.
  
• Повышенная безопасность: Риск поломки минимален, поскольку кованый металл обладает высокой прочностью.
  
• Эффективность затрат с течением времени: Хотя первоначальные затраты на ковку могут быть выше, в долгосрочной перспективе это экономично из-за сокращения количества замен и ремонтов.
  

Применение кованой стали

Кованая сталь используется практически повсеместно. Кованые изделия из металла используются везде, где важны прочность, надёжность и производительность. Благодаря прочности и ударопрочности ковка стала основным выбором во многих отраслях. Взгляните!;

• Автоматизированная индустрия: Ковка широко применяется в автоматизированная индустрия для изготовления коленчатых валов, шестерён, шатунов, осей и компонентов рулевого управления. Как известно, эти детали подвергаются постоянным нагрузкам и высоким температурам, поэтому им необходима прочность. А такую прочность можно получить только при ковке. 
• Аэрокосмическая промышленность: Авиационно-космическая промышленность использует ковку для изготовления таких деталей, как шасси, валы двигателей и диски турбин. Высокая прочность кованой стали при её относительно небольшом весе гарантирует, что детали останутся надёжными и стабильными даже при экстремальных давлениях и перепадах температур.
• Нефтегазовый сектор: В нефтегазовой отрасли используются кованые клапаны, фланцы и фитинги. Эти детали выдерживают высокое давление и предотвращают утечки. 
• Строительство и тяжелая техника: Ковка используется для изготовления стальных деталей, таких как крюки, цепи и подъёмное оборудование. Эти детали способны выдерживать большие нагрузки, не сгибаясь и не ломаясь.
• Морская пехота и оборона: Для повышения прочности конструкции и увеличения срока службы на кораблях и военных транспортных средствах используются кованые детали. 

Вывод

Вкратце, в современном производстве кованая сталь считается одним из самых прочных и надёжных материалов. Она представляет собой магическое сочетание прочности, вязкости и долговечности. Эти свойства делают кованую сталь идеальным материалом для изготовления ответственных деталей автомобилей, самолётов и промышленного оборудования. 

Если вы ищете надежную услугу по ковке, HDC Это самый надежный вариант. Мы предлагаем передовые индивидуальные решения. услуги по ковке металла, сочетая в себе точное проектирование, контроль качества и гибкое производство. Наши прецизионные кованые металлические компоненты идеально подходят для автомобильной, аэрокосмической и промышленной отраслей. Наша продукция сертифицирована по стандарту ISO, и мы осуществляем доставку по всему миру. Сохраните доверие и попробуйте HDC для своего следующего проекта по ковке.