Heet smeden en koud smeden zijn twee verschillende metaalvormingsprocessen die vergelijkbare resultaten kunnen opleveren. Smeden is het proces waarbij bepaalde gereedschappen en apparatuur worden gebruikt om een metaal in een vooraf bepaalde vorm te vervormen - vervorming wordt bereikt door middel van warm smeden, koud smeden of zelfs warm smeden. Uiteindelijk zullen fabrikanten vele normen overwegen voordat ze het type smeedwerk selecteren dat het meest geschikt is voor een specifieke toepassing. In het geval dat de opstelling van de korrelstructuur het onderdeel directionele kenmerken geeft, wordt smeden gebruikt om de korrels uit te lijnen zodat ze bestand zijn tegen de hoogste spanning die het onderdeel zal tegenkomen. Daarentegen hebben gieten en mechanische verwerking doorgaans minder controle over de opstelling van korrelstructuren.
Smeedproces
Smeden wordt gedefinieerd als de vorming of vervorming van een metaal in vaste toestand. Veel smeedprocessen worden voltooid door stuiken, waarbij de hamer of slagman horizontaal beweegt om tegen het uiteinde van de staaf of staaf te drukken om te verwijden en de vorm van het uiteinde te veranderen. Voordat het onderdeel de uiteindelijke vorm bereikt, gaat het meestal door continue werkstations. Hoge sterkte bouten zijn op deze manier 'coldheaded'. De motorklep wordt ook gevormd door stuiken.
Bij het smeden met een valhamer wordt het onderdeel in de vorm van het voltooide onderdeel in de mal gehamerd, wat erg lijkt op het smeden met een open matrijs van een smid. Hierbij wordt het metaal in de gewenste vorm tegen het aambeeld gehamerd. Er is een verschil tussen open matrijs smeden en gesloten matrijs smeden. Bij het smeden van matrijzen wordt het metaal nooit volledig beperkt door de mal. In gesloten of geperste vormen is gesmeed metaal beperkt tot halve vormen. Door herhaaldelijk op de vorm te hameren, wordt het metaal in zijn vorm gedwongen en uiteindelijk komen de twee helften van de vorm samen. De energie van een hamer kan worden geleverd door stoom of pneumatische, mechanische of hydraulische middelen. Bij het smeden van echte valhamers duwt alleen de zwaartekracht de hamer naar beneden, maar veel systemen gebruiken krachtondersteuning in combinatie met zwaartekracht. De hamer geeft een reeks slagen met relatief hoge snelheid en lage kracht om de mal te sluiten.
Bij druksmeden vervangt hoge druk hoge snelheid, en de helft van de mal wordt in een enkele slag gesloten, meestal geleverd door een elektrische schroef of hydraulische cilinder. Hamersmeden wordt meestal gebruikt om kleinere onderdelen te produceren, terwijl perssmeden meestal wordt gebruikt voor massaproductie en automatisering. De langzame toepassing van druksmeden verwerkt de binnenkant van onderdelen vaak beter dan hameren, en wordt doorgaans toegepast op grote hoogwaardige onderdelen zoals titanium vliegtuigschotten. Andere gespecialiseerde smeedmethoden variëren afhankelijk van deze basisthema's: lagerringen en grote tandwielringen worden bijvoorbeeld gemaakt door middel van een proces dat rolringsmeden wordt genoemd, waarmee naadloze cirkelvormige onderdelen kunnen worden geproduceerd.
Heet smeden
Wanneer een stuk metaal heet wordt gesmeed, moet het aanzienlijk worden verwarmd. De gemiddelde smeedtemperatuur die nodig is voor het warm smeden van verschillende metalen is:
Staal tot 1150 graden C
360 tot 520 graden C voor aluminiumlegeringen
700 tot 800 graden C (koperlegering)
In het hete smeedproces worden stalen knuppels of knuppels inductieverhit of verwarmd tot een temperatuur boven het herkristallisatiepunt van het metaal in een smeedoven of oven. Deze extreme hitte is nodig om spanningsharden van metalen tijdens vervorming te voorkomen. Vanwege de plastische staat van metaal kan het in vrij complexe vormen worden gemaakt. Metaal handhaaft ductiliteit en ductiliteit.
Om bepaalde metalen, zoals superlegeringen, te smeden, wordt een vorm van heet smeden gebruikt, genaamd isotherm smeden. Hier wordt de mal verwarmd tot ongeveer de temperatuur van de knuppel om oppervlaktekoeling van de onderdelen tijdens het smeedproces te voorkomen. Smeden wordt soms uitgevoerd in een gecontroleerde atmosfeer om de vorming van oxidehuid te minimaliseren.
Traditioneel kiezen fabrikanten voor warm smeden om onderdelen te vervaardigen, omdat het materiaal hierdoor plastisch kan vervormen, waardoor het metaal gemakkelijker te bewerken is. Heet smeden wordt ook aanbevolen voor metaalvervorming met hoge vervormbaarheid, wat een indicatie is van hoeveel vervorming een metaal kan weerstaan zonder defecten te veroorzaken. Andere overwegingen voor warm smeden zijn:
Productie van discrete onderdelen
Gemiddelde tot lage precisie
Lage spanning of lage werkverharding
Homogene korrelstructuur
Vergroot de ductiliteit
Elimineer chemische onverenigbaarheid en porositeit
Mogelijke nadelen van warm smeden zijn:
Minder nauwkeurige toleranties
Tijdens het koelproces kan het materiaal kromtrekken
Verschillende metaalkorrelstructuren
Mogelijke reacties tussen de omringende atmosfeer en metalen (schaalvorming)
Koud smeden (of koudvormen)
Koud smeden zorgt ervoor dat metaal vervormt onder het herkristallisatiepunt. Koud smeden verbetert de treksterkte en vloeigrens aanzienlijk, terwijl de ductiliteit wordt verminderd. Koud smeden wordt meestal uitgevoerd bij kamertemperatuur. Het meest voorkomende metaal in koudsmeedtoepassingen is meestal standaard staal of koolstofgelegeerd staal. Koud smeden is meestal een gesloten matrijsproces.
Wanneer het metaal al een zacht metaal is (zoals aluminium), heeft koud smeden meestal de voorkeur. Dit proces is meestal goedkoper dan warm smeden en het eindproduct vereist nauwelijks precisiebewerking. Soms, wanneer het metaal koud in de gewenste vorm wordt gesmeed, wordt een warmtebehandeling uitgevoerd nadat de resterende oppervlaktespanning is verwijderd. Vanwege de verbetering van de metaalsterkte door koud smeden, kunnen soms materialen van lagere kwaliteit worden gebruikt om bruikbare onderdelen te produceren die niet van hetzelfde materiaal kunnen worden gemaakt door machinale bewerking of warm smeden.
Fabrikanten kunnen om verschillende redenen koud smeden verkiezen boven warm smeden - omdat koud gesmede onderdelen weinig of geen precisiebewerking vereisen, en deze stap in het fabricageproces is meestal optioneel, waardoor geld wordt bespaard. Koud smeden is ook minder gevoelig voor vervuiling, wat resulteert in een betere algehele oppervlakteafwerking van de componenten. Andere voordelen van koud smeden zijn:
Gemakkelijker om directionele kenmerken toe te wijzen
Verbeter de reproduceerbaarheid
Verhoog de controle over de grootte
Omgaan met hoge spanning en hoge vormbelastingen
Productie van schone of bijna schone onderdelen
Enkele mogelijke nadelen zijn:
Het metalen oppervlak moet vóór het smeden schoon en vrij van oxidehuid zijn
Slechte ductiliteit van metalen
Er kan restspanning optreden
Zwaardere en krachtigere apparatuur nodig
Heb krachtigere tools nodig
Warm smeden
Warm smeden wordt uitgevoerd bij temperaturen lager dan de herkristallisatietemperatuur maar hoger dan kamertemperatuur om tekortkomingen te verhelpen en de voordelen van warm en koud smeden te benutten. De vorming van een oxidehuid is geen probleem en in vergelijking met warm smeden kan de tolerantie kleiner zijn. In vergelijking met koud smeden zijn de kosten van de matrijs lager en is de kracht die nodig is voor de productie ook lager. Vergeleken met koud bewerken vermindert het de rekverharding en verbetert het de vervormbaarheid.
Sollicitatie
In de auto-industrie wordt smeden gebruikt om ophangingsonderdelen te vervaardigen, zoals tussenarm en as, en aandrijflijnonderdelen zoals drijfstang en transmissietandwiel. Smeedstukken worden vaak gebruikt voor pijpleidingklepstelen, klephuizen en flenzen, soms gemaakt van een koperlegering om de corrosieweerstand te vergroten. Handgereedschap zoals sleutels is meestal gesmeed, met veel staalkabels