อธิบายการตีโลหะ: โลหะประเภทใด ประเภทเหล็ก และทำงานอย่างไร

การตีโลหะ เป็นกระบวนการขึ้นรูปโลหะโดยใช้แรงอัด ผ่านการตอก การกด หรือการรีด โดยทั่วไปในขณะที่โลหะถูกให้ความร้อนเพื่อทำให้อ่อนตัวได้มากขึ้น โลหะเกือบทุกชนิดที่สามารถให้ความร้อนได้โดยไม่เปราะเกินไปสามารถถูกหลอมในทางเทคนิคได้ แต่ในทางปฏิบัติ เหล็กกล้าคาร์บอน โลหะผสมเหล็ก อลูมิเนียม ไทเทเนียม และโลหะผสมทองแดง มีอิทธิพลเหนือการตีขึ้นรูปทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีการผสมผสานที่ดีที่สุดของความสามารถในการใช้งานและการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลที่การตีขึ้นรูปมีให้

โลหะชนิดใดที่สามารถปลอมแปลงได้ และเหตุใดโลหะบางชนิดจึงปลอมได้ดีกว่าโลหะชนิดอื่น

ความสามารถในการตีขึ้นรูปของโลหะขึ้นอยู่กับความเหนียวที่อุณหภูมิการตีขึ้นรูป และโครงสร้างเกรนของมันตอบสนองต่อการเสียรูปอย่างไร เหล็กที่มีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ตรงกลางหน้า (FCC) ที่อุณหภูมิสูงจะมีรูปร่างที่สม่ำเสมอมากขึ้นภายใต้การบีบอัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเหล็กจึงเป็นโลหะหลอมที่พบบ่อยที่สุดในอุตสาหกรรม

โลหะที่มีปริมาณคาร์บอนสูงข้างต้นโดยประมาณ 0.6% เช่นเดียวกับเหล็กหล่อ โดยทั่วไปถือว่าเป็นตัวเลือกที่ไม่ดีสำหรับการตีขึ้นรูป เนื่องจากขาดความเหนียวเพียงพอแม้ในอุณหภูมิที่สูงขึ้น และมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวมากกว่าทำให้เสียรูปภายใต้ค้อนหรือแรงกด

คุณหลอมเหล็กได้อย่างไร: อธิบายกระบวนการพื้นฐาน

การตีเหล็กเป็นไปตามลำดับขั้นตอนที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐานนับตั้งแต่การตีเหล็กแบบดั้งเดิม แม้ว่าขนาดและอุปกรณ์จะมีการพัฒนาอย่างมากในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมก็ตาม

1. เครื่องทำความร้อน: เหล็กถูกให้ความร้อนในโรงตีเหล็ก ซึ่งเดิมใช้ถ่านหินหรือเชื้อเพลิงโค้ก ซึ่งปัจจุบันมักให้ความร้อนด้วยแก๊สหรือแบบเหนี่ยวนำ จนถึงอุณหภูมิการตีโลหะ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 1,100°C และ 1,250°C (2,000°F ถึง 2,300°F) สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนส่วนใหญ่ โดยจะมีสีส้มถึงเหลืองสว่าง
2. การเสียรูป: แรงอัดถูกใช้ผ่านการตอก การกด หรือการรีดเพื่อสร้างรูปร่างของเหล็กที่ได้รับความร้อน ซึ่งอาจเป็นแบบแม่พิมพ์เปิด (การสร้างรูปร่างอิสระ) หรือแม่พิมพ์ปิด (บังคับโลหะให้เป็นโพรงที่มีรูปร่าง)
3. อุ่นซ้ำตามความจำเป็น: เหล็กจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วเมื่อนำออกจากโรงตีเหล็ก และเมื่อมันลดลงต่ำกว่าช่วงอุณหภูมิการตีเหล็ก ก็จะต้องคืนไปยังแหล่งความร้อนก่อนดำเนินการต่อ เพราะเหล็กที่ใช้งานเย็นเกินไปอาจเสี่ยงต่อการแตกร้าวแทนที่จะเปลี่ยนรูป
4. การทำให้เป็นมาตรฐานหรือการหลอม: หลังจากขึ้นรูปแล้ว ชิ้นส่วนที่หลอมมักจะถูกทำให้ร้อนอีกครั้งจนถึงอุณหภูมิที่ควบคุมได้ และค่อยๆ เย็นลงเพื่อบรรเทาความเครียดภายในที่เกิดขึ้นระหว่างการตีและปรับปรุงโครงสร้างเกรน
5. จบ: วัสดุส่วนเกิน (แฟลช ในการตีขึ้นรูปแบบปิด) จะถูกตัดแต่ง และชิ้นส่วนอาจได้รับการบำบัดความร้อน การตัดเฉือน หรือการตกแต่งพื้นผิวเพิ่มเติม ขึ้นอยู่กับการใช้งานขั้นสุดท้าย

ประเภทของกระบวนการตีโลหะ

โดยทั่วไปการตีขึ้นรูปทางอุตสาหกรรมจะแบ่งประเภทตามอุณหภูมิและตามโครงร่างแม่พิมพ์ที่ใช้ และทางเลือกระหว่างวิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นส่วน ปริมาณการผลิต และคุณสมบัติทางกลที่ต้องการ

• การตีขึ้นรูปร้อน: ดำเนินการเหนืออุณหภูมิการตกผลึกซ้ำของโลหะ ช่วยให้เปลี่ยนรูปร่างได้อย่างมีนัยสำคัญด้วยแรงที่ค่อนข้างต่ำ และลดความเสี่ยงของการแตกร้าว ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปสำหรับเหล็ก
• การตีขึ้นรูปเย็น: ดำเนินการที่อุณหภูมิห้องหรือใกล้อุณหภูมิห้อง โดยผลิตชิ้นส่วนที่มีความคลาดเคลื่อนของขนาดที่แคบกว่าและมีพื้นผิวเรียบกว่า แต่ต้องใช้แรงที่สูงกว่ามากและจำกัดจำนวนการเปลี่ยนรูปที่เป็นไปได้โดยไม่แตกร้าว
• การตีขึ้นรูปด้วยความร้อน: การกราวด์ตรงกลางดำเนินการที่อุณหภูมิปานกลาง ซึ่งช่วยรักษาสมดุลระหว่างความต้องการแรงที่ต่ำกว่าของการตีขึ้นรูปร้อนกับข้อดีบางประการของการตีขึ้นรูปเย็น
• การตีขึ้นรูปแบบเปิด: โลหะถูกสร้างขึ้นระหว่างแม่พิมพ์รูปทรงแบนหรือเรียบง่ายซึ่งไม่ได้ปิดสนิท ทำให้โลหะไหลได้ยกเว้นส่วนที่แม่พิมพ์สัมผัสกัน ใช้สำหรับรูปทรงเรียบง่ายขนาดใหญ่ เช่น เพลาและจานกลม
• การตีขึ้นรูปแบบปิด (อิมเพรสชัน-ดาย): โลหะถูกบังคับให้เข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ที่ปิดสนิท ทำให้เกิดรูปทรงที่ซับซ้อนมากขึ้นและมีพิกัดความเผื่อที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งใช้สำหรับชิ้นส่วนที่มีปริมาณมาก เช่น ส่วนประกอบของรถยนต์
• การปลอมแปลง: วิธีการตีขึ้นรูปโดยใช้ค้อนโดยเฉพาะ โดยปล่อยน้ำหนักหนักลงบนชิ้นงานที่อยู่ในหรือบนแม่พิมพ์ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการตีขึ้นรูปทางอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม

เหล็กหลอมคืออะไร และปริมาณคาร์บอนส่งผลต่อผลลัพธ์อย่างไร

"เหล็กหลอม" หมายถึงเหล็กที่ขึ้นรูปด้วยการตีแทนการหล่อ (การเทโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์) หรือการตัดเฉือน (การตัดวัสดุออกจากบล็อกแข็ง) กระบวนการตีจะบีบอัดและจัดตำแหน่งโครงสร้างเกรนภายในของเหล็กตามทิศทางของการเสียรูป ซึ่งโดยทั่วไปส่งผลให้มีความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานต่อความล้าดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนหล่อที่มีองค์ประกอบเดียวกัน ด้วยเหตุนี้ส่วนประกอบที่ปลอมแปลงจึงมักถูกระบุสำหรับชิ้นส่วนที่มีความเค้นหรือแรงกระแทกสูง เช่น เพลาข้อเหวี่ยง เกียร์ และอุปกรณ์โครงสร้าง

ปริมาณคาร์บอนเป็นปัจจัยหลักในการแยกแยะเกรดต่างๆ ของเหล็กตีขึ้นรูป และเป็นตัวกำหนดความแตกต่างระหว่างความแข็งแรง ความแข็ง และความเหนียวหลังจากการตีขึ้นรูป:

ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นช่วยให้ชิ้นส่วนที่หลอมมีความแข็งมากขึ้นผ่านการบำบัดความร้อนในภายหลัง แต่ยังทำให้หน้าต่างอุณหภูมิภายในแคบลง ซึ่งสามารถตีเหล็กได้อย่างปลอดภัยโดยไม่แตกร้าว ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เหล็กกล้าคาร์บอนสูงถูกตีขึ้นรูปด้วยการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดยิ่งขึ้นและการอุ่นซ้ำบ่อยขึ้น

ช่างตีเหล็กใช้อะไร: เครื่องมือและอุปกรณ์สำหรับการตีด้วยมือ

ในขณะที่การตีขึ้นรูปทางอุตสาหกรรมอาศัยเครื่องอัดไฮดรอลิกและค้อนกล เครื่องมือหลักที่ช่างตีเหล็กใช้ในการตีด้วยมือยังคงสอดคล้องกับการปฏิบัติแบบดั้งเดิมเป็นส่วนใหญ่ โดยปรับขนาดตามขนาดของงานที่ทำอยู่

• ปลอม: แหล่งความร้อน — เดิมทีเป็นถ่านหินหรือเตาหลอมที่ใช้โค้ก ซึ่งปัจจุบันมีโพรเพนและเตาหลอมเหนี่ยวนำอยู่ทั่วไป — ใช้เพื่อนำเหล็กไปสู่การหลอมที่อุณหภูมิ
• ทั่งตีเหล็ก: บล็อกเหล็กหนักที่ให้พื้นผิวที่มั่นคงและแข็งในการทุบด้วยคุณสมบัติต่างๆ (เขา รูที่แข็งแรง รูพริตเชล) ใช้สำหรับเทคนิคการสร้างรูปทรงต่างๆ
• ค้อน: ตุ้มน้ำหนักค้อนและรูปทรงหน้าต่างๆ สำหรับงานที่แตกต่างกัน - ค้อนทุบแบบไขว้สำหรับการดึงโลหะ ค้อนทุบแบบกลมและแบบกลมสำหรับการสร้างพื้นผิวและการจัดรูปทรง
• แหนบ: ใช้เพื่อจับชิ้นงานที่ร้อนอย่างแน่นหนา ด้วยรูปทรงปากจับต่างๆ ที่ออกแบบมาสำหรับชิ้นงานทรงกลม ชิ้นเรียบ หรือรูปทรงเฉพาะของชิ้นส่วน
• สิ่วและเจาะ: ใช้ในขณะที่โลหะร้อนเพื่อตัด เจาะ หรือสร้างพื้นผิวตกแต่ง
• ถังดับ: ภาชนะใส่น้ำ น้ำมัน หรือสารดูดความชื้นอื่น ๆ ที่ใช้ในการทำให้เหล็กเย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อชุบแข็ง โดยสามารถเลือกสารดับกลิ่นได้ซึ่งส่งผลต่อความแข็งและความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกร้าว

สำหรับการตีขึ้นรูปด้วยมือและการตีขึ้นรูปทางอุตสาหกรรม สีเป็นตัวบ่งชี้อุณหภูมิแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปสีเหลือง-ส้มสดใสจะสอดคล้องกับช่วงการตีขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนส่วนใหญ่ ในขณะที่สีแดงหม่นบ่งบอกว่าเหล็กเย็นตัวลงต่ำกว่าช่วงการทำงานที่ปลอดภัย และมีความเสี่ยงที่จะแตกร้าวหากถูกกระแทก