Vysvětlení kování kovů: Jaké kovy, typy ocelí a jak to funguje

Kovové kování je proces tvarování kovu pomocí tlakové síly – prostřednictvím kladiva, lisování nebo válcování – obvykle při zahřívání kovu, aby byl poddajnější. Technicky lze kovat téměř jakýkoli kov, který lze zahřát, aniž by se stal příliš křehkým, ale v praxi průmyslovému kování dominují uhlíková ocel, legovaná ocel, hliník, titan a slitiny mědi, protože nabízejí nejlepší kombinaci zpracovatelnosti a zlepšení mechanických vlastností, které kování poskytuje.

Jaké kovy lze kovat a proč některé kují lépe než jiné

Kujnost kovu závisí na jeho tažnosti při teplotě kování a na tom, jak jeho struktura zrna reaguje na deformaci. Oceli s plošně centrovanou krychlovou (FCC) krystalovou strukturou se při vysoké teplotě deformují rovnoměrněji při stlačení, což je součástí toho, proč je ocel nejčastěji kovaným kovem v průmyslovém prostředí.

Kovy s vysokým obsahem uhlíku nad zhruba 0,6 % , stejně jako litina, jsou obecně považovány za špatné kandidáty pro kování, protože postrádají dostatečnou tažnost i při zvýšených teplotách a mají tendenci praskat spíše než deformovat pod tlakem kladiva nebo lisu.

Jak kujete ocel: Vysvětlení základního procesu

Kování oceli se řídí posloupností, která se od tradičního kovářství zásadně nezměnila, i když se rozsah a zařízení v průmyslovém prostředí dramaticky vyvíjely.

1. Vytápění: Ocel se ohřívá v kovárně – tradičně vytápěné uhlím nebo koksem, nyní často plynem nebo indukčně – na kovací teplotu, obvykle mezi 1100 °C a 1250 °C (2 000 °F až 2 300 °F) pro většinu uhlíkových ocelí, rozpoznatelné podle jasně oranžové až žluté barvy.
2. Deformace: Přítlačná síla je aplikována prostřednictvím kladiva, lisování nebo válcování za účelem tvarování zahřáté oceli — toto může být otevřené (tvarování volného tvaru) nebo uzavřené (vtlačování kovu do tvarované dutiny).
3. Ohřev podle potřeby: Ocel se po vyjmutí z kovárny rychle ochlazuje, a když klesne pod teplotní rozsah kování, musí se před pokračováním vrátit do zdroje tepla – příliš studená ocel riskuje spíše praskání než deformaci.
4. Normalizace nebo žíhání: Po tvarování se výkovek často znovu zahřeje na řízenou teplotu a pomalu se ochladí, aby se uvolnilo vnitřní pnutí vzniklé během kování a zjemnila se struktura zrna.
5. Dokončení: Přebytečný materiál (blesk, u zápustkového kování) se ostříhá a díl může podstoupit dodatečné tepelné zpracování, obrábění nebo povrchovou úpravu v závislosti na konečné aplikaci.

Typy procesů kování kovů

Průmyslové kování je obecně kategorizováno podle teploty a použité konfigurace zápustky a výběr mezi těmito metodami závisí na složitosti součásti, objemu výroby a požadovaných mechanických vlastnostech.

• Kování za tepla: Provádí se nad teplotou rekrystalizace kovu, což umožňuje významnou změnu tvaru s relativně nízkou silou a snižuje riziko praskání – nejběžnější metoda pro ocel.
• Kování za studena: Provádí se při pokojové teplotě nebo v její blízkosti, vyrábí díly s užšími rozměrovými tolerancemi a hladší povrchovou úpravou, ale vyžaduje výrazně vyšší síly a omezuje možné množství deformace bez praskání.
• Kování za tepla: Střední úroveň prováděná při středních teplotách, vyvažující požadavky na nižší sílu při kování za tepla s některými výhodami přesnosti kování za studena.
• Volné kování: Kov je tvarován mezi plochými nebo jednoduchými raznicemi, které jej zcela neuzavírají, což umožňuje kovu proudit s výjimkou míst, kde se matrice dotýkají – používá se pro velké, jednoduché tvary, jako jsou hřídele a disky.
• Kování s uzavřenou zápustkou (otiskem): Kov je vtlačen do dutiny matrice, která jej zcela uzavírá, čímž vznikají složitější tvary s užšími tolerancemi – používané pro velkoobjemové díly, jako jsou automobilové součástky.
• Zápustkové kování: Specifická metoda kování na bázi kladiva, při které je těžké závaží upuštěno na obrobek umístěný v zápustce nebo na zápustce, běžně spojovaný s tradičními průmyslovými kovacími operacemi.

Co je kovaná ocel a jak obsah uhlíku ovlivňuje výsledek

"Kovaná ocel" označuje ocel, která byla tvarována kováním spíše než litím (nalévání roztaveného kovu do formy) nebo obráběním (odřezávání materiálu od pevného bloku). Proces kování stlačuje a vyrovnává vnitřní strukturu zrna oceli ve směru deformace, což obecně vede ke zlepšení pevnosti, houževnatosti a odolnosti proti únavě ve srovnání s litou částí stejného složení – proto jsou kované součásti často určeny pro díly vystavené vysokému namáhání nebo nárazu, jako jsou klikové hřídele, ozubená kola a konstrukční armatury.

Obsah uhlíku je primárním faktorem rozlišujícím různé třídy kovací oceli a určuje kompromis mezi pevností, tvrdostí a tažností po kování:

Vyšší obsah uhlíku umožňuje kované součásti dosáhnout vyšší tvrdosti následným tepelným zpracováním, ale také zužuje teplotní okno, ve kterém lze ocel bezpečně kovat bez praskání – proto jsou oceli s vysokým obsahem uhlíku kovány s přísnější kontrolou teploty a častějším ohřevem.

Co používají kováři: Nástroje a vybavení pro ruční kování

Zatímco průmyslové kování spoléhá na hydraulické lisy a mechanická kladiva, základní nástroje používané kováři pro ruční kování zůstávají do značné míry v souladu s tradiční praxí, přizpůsobenou velikosti prováděné práce.

• Forge: Tepelný zdroj – tradičně kovárna vytápěná uhlím nebo koksem, s propanem a indukčními kovárnami, které jsou nyní běžné – používaný k přivedení oceli na kovací teplotu
• Kovadlina: Těžký ocelový blok poskytující stabilní, pevný povrch pro kladivo, s různými prvky (roh, odolný otvor, pritchel otvor) používanými pro různé tvarovací techniky
• Kladiva: Řada závaží a tvarů kladiv pro různé úkoly – křížová kladiva pro vytahování kovu, kuličková kladiva a zaoblovací kladiva pro texturování a tvarování
• Kleště: Používá se k bezpečnému držení horkých obrobků s různými tvary čelistí navrženými pro kulatý materiál, plochý materiál nebo specifické geometrie součástí
• Dláta a děrovačky: Používá se, když je kov horký k řezání, propichování nebo vytváření dekorativní textury
• Kalící nádrž: Nádoba s vodou, olejem nebo jiným kalem používaným k rychlému ochlazení oceli pro kalení, přičemž volba kalení ovlivňuje výslednou tvrdost a riziko praskání

U ručního i průmyslového kování je barva tradičním ukazatelem teploty — jasně žlutooranžová barva obecně odpovídá optimálnímu rozsahu kování pro většinu uhlíkových ocelí, zatímco matně červená barva znamená, že ocel vychladla pod bezpečný pracovní rozsah a hrozí prasknutí, pokud dojde k úderu.