Átkovácsolás
Átkovácsoláson azt a műveletet értjük, amikor egy öntecset vagy bugát a megfelelő kovácsolási hőfokon, az eredeti keresztmetszetnél kisebbre kovácsolunk. Ezzel az öntecs, ill. a buga kiinduló keresztmetszetét csökkentettük.
A csökkentett keresztmetszetek szemcseszerkezete is megváltozott, a mechanikai tulajdonságok javultak. Az átkovácsolt kovácsdarabok a gyakorlati felhasználásnak jobban megfelelnek, mint a nyers öntecsből vagy bugából közvetlenül gyártott darabok. Ezért az átkovácsolás nélkülözhetetlen kovácsoló művelet. Az átkovácsolás mértékétől függ a gyártott darabok finomsága, szerkezetének és szálelrendeződésének helyzete.
Az átkovácsolás célja és hatása
Az átkovácsolás célja: az acél szemcse- és szálszerkezetének kialakítása, mechanikai tulajdonságainak javítása.
Az öntött acél szemcsézete durvább, mint a hengerelt vagy kovácsolt acélé. A szemcseszerkezet annál durvább, minél lassúbb volt a lehűlés. Legszembetűnőbb ez az öntecsnél, mert nagy tömege csak lassan képes lehűlni.
Ha a kovácsolási hőfokra hevített durva szemcsézetű acélt (öntecs, buga) kovácsoljuk, a nagy kristályszemcséket szétzúzzuk. A kovácsoló ütés vagy nyomás rövid ideig tart. E rövid idő alatt a kristályképződés alig indulhat meg, ezért csak igen finom, kis szemcséjű kristályosodás léphet fel. Ez meg is marad, ez képezi az átkovácsolt acél finomabb szemcsézetét.
Az átkovácsolás hatása: feltűnően változik az acél makrostruktúrája az átkovácsolás mértékének fokával, míg ez a mikrostruktúrára nincs hatással. Az acél mikrostruktúráját a kovácsolás hőfokértékei határozzák meg.
Az acél (öntecs) az átkovácsolás következtében vonalas (szálas) elrendezésű lesz. A szálas elrendeződés arra vezethető vissza, hogy az öntecs átkovácsolásakor az acélszemcsék az anyag folyásának irányában megnyúlnak. Az öntecs durva szemcsés szerkezete a kristályok széttöredezése következtében apró szemcséjűvé változik.
A kovácsolt darabban csak akkor nyerünk finom szemcsés szövetszerkezetet, ha az átkovácsolást megfelelő hőfokon, megfelelő alakítási mértékkel végezzük. Ezért szükséges, hogy a kovácsolás technológiai műveleteit úgy válasszuk meg, hogy az alakító műveletekkel a kovácsolás hőfokhatárait teljesen kihasználjuk. A kovácsolás tehát a felső hőfokhatáron nagy alakításokkal kezdődjék (természetesen öntecsnél előbb a dendrid-zóna óvatos átnyújtása szükséges). Az alakítás mértéke a hőfokeséssel arányosan csökkenjen. Az alsó hőfokhatárnál már csak a kis alakításokat, ún. simítómunkát végezzük. Fontos, hogy a kovácsolás alakító műveleteit úgy irányítsuk, hogy minden új melegítésnél (utánmelegítésnél) a munkadarab minden része kovácsolva legyen. Nem szabad a darab egyik részét készre kovácsolni, a másik részét új meleggel kovácsolni.
Mind a kézi, mind a gépi szabadalakító kovácsolásnál a szemcsefinomodás az ún. nyomókúpok irányában történik. Az ütőfejek (alsó-felső) felületei a kristályszemcséket felfogják, és a kristályzúzódás csak ezeken a szemcséken belül jön létre. Az ütő- vagy nyomóhatás a kristályszemcséket 45 fokos szögben téríti el, közben a kúpon belül összemorzsolódnak, a kúpon kívül kitérnek, így meg is maradnak az elforgatásig, majd az új ütésekig.
Ahhoz, hogy a kiinduló acélt jól átkovácsoljuk, az szükséges, hogy az ütőfejek között úgy üttessük vagy nyomassuk, az erőhatárok szünetében úgy forgassuk, hogy a keletkező nyomókúpok a darab teljes keresztmetszetében záródjanak.
Ha nem szabályos (90–180 fok) az öntecs vagy buga elforgatása, a nyomókúpok sem záródnak, egymáson elcsúsznak, a darab alakja torzult négyzet (csámpás) lesz. A nyomókúpok nagymérvű elcsúszása az anyagban szakadást idéz elő. Ez hossztengely irányú repedést okoz.
Az átkovácsolással elérhető szálas szövetszerkezet. A kovácsdarabok jó minőségét az alapanyag vegyi összetétele nem biztosítja. Ehhez a helyes átkovácsolás szükséges.
Az acél szívóssági tulajdonságai a szálasság hosszirányában kb. 8-12 átkovácsolási mértékig javulnak. A szálak keresztirányban a 3-4 nyújtottsági értékig javulnak, ezután az acél szívóssága romlik.
A szálakra keresztirányú zömítés kissé javítja az acél szívósságát. Gyakorlatilag a 4-es értéknek megfelelő átkovácsolási mérték a legkedvezőbb.
Az átkovácsolás minőségét befolyásolják a darabban levő szennyeződések is. Ilyen a kén, a foszfor. Ezek a szennyezők természetesen csak bizonyos mennyiségen felül károsak. A nagyobb mennyiségű kén vöröstörést okoz, meleg állapotban beálló szakadozást eredményez. Ez a kovácsolhatóságot teljesen lehetetlenné teheti. Hogy a kovácsüzemekben elkerüljük a fenti veszélyt, szabványok biztosítják (előírják) a megengedhető kéntartalom-értékeket.
A kereskedelmi acélminőségeknél a kéntartalom legfeljebb 0,05%, a jobb minőségű acéloknál legfeljebb 0,04% lehet.
Az acélban a megengedettnél nagyobb mennyiségben előforduló foszfortartalom hidegtörést okoz.
Az átkovácsolás művelete és módja
Az átkovácsolás célját és hatását ismerve tudjuk, hogy az átkovácsolás mértéke meghatározza a kovácsdarab szemcseszerkezetét és szálassági tulajdonságait. Az átkovácsolás mértékszámának nagyságát az egyes munkadarabok elkészítéséhez felhasznált kiinduló anyag minősége, a darab felhasználása közben fellépő igénybevételek határozzák meg.
Az öntecs durva szemcsézetű, ezért a kovácsolás kezdetekor óvatosan kell az átkovácsolást végezni. A hengerelt bugánál, amelynek szemcseszerkezetét a hengerek már megfinomították, a kovácsolás kevésbé igényel óvatosságot.
Az öntecs felületét laza, dendrides kristályszerkezet borítja. Ezért nyújtáskor, zömítéskor tartsuk be az alábbi szabályokat:
1. Az öntecs egész felületén kis ütésekkel vagy nyomással végezzük az átkovácsolást. Ezalatt a repedezésre hajlamos dendrides zónát átkristályosítjuk. Ezután már növelhetjük az alakítóerő nagyságát.
2. Az átkovácsolásra kerülő darab (öntecs-buga) méreteihez megfelelő ütőerővel rendelkező kovácsológép álljon rendelkezésünkre. A kellő szélességű ütőfejek biztosítják a teljes mélységű és szélességű nyomókúpok záródását. A gyenge munkagép kis mélységű, és csak felszínes nyomókúpképződést eredményez.
A kisebb darabok átkovácsolásánál ütések közben 90-90 fokkal fordítunk vagy körbeforgatunk csigavonal irányban. A nagyméretű, nehéz daraboknál csak egyirányú, hossznyújtás után fordítunk. Az erős, egyirányú, nyújtó átkovácsoláskor a kovácsdarabban létrejön a szálas szövetelrendeződés.
Ha tudjuk, hogy a kovácsdarab keresztmetszete milyen méretű, és azt, hogy a jó szemcse- és szálszerkezet kialakításához legalább 3,5- 4-szeres átkovácsolás kell, akkor könnyen kiválasztható a szükséges öntecstípus, mely ezeket az értékeket adja.
Nem minden esetben gazdaságos az átkovácsolásnak megfelelő nagy átmérőjű öntecsből kiindulni. Minél nagyobb az öntecs, annál több középrészén a dúsulás. Az egyik darab (nagyméretű gyűrű) megkapja a szükséges (3,5-szeres) átkovácsolást, de a másik (vékony tengely) darab esetleg 10-14-szeres átkovácsolást is kaphat (az túl nagy érték). Ekkor a vékony részen erősen dúsult lesz, szövetszerkezete rostos, kedvezőtlen mechanikai tulajdonságokat mutat. Az ilyen esetekben az öntecs zömítéséhez folyamodunk. Ezt a műveletet nagy teljesítményű hidraulikus sajtókon végezzük, az öntecs méretének megfelelően.
Az öntecs felületi átnyújtása után a felöntést a már ismert vágási móddal (négy oldalról) levágjuk. Az így előkészített öntecset utánmelegítve, csapjával lefelé fordítva alátétgyűrűre helyezzük. Tetejére homorú zömítőlapot téve összenyomjuk. Az alátétgyűrű azért szükséges, hogy biztosítsa a csap megmaradását. Erre szükség van a nyújtó vagy simító műveleteknél, a fogóval ezt fogjuk meg.
A zömítés után az öntecs átmérője növekszik. A zömítés mértékét a készre kovácsolandó darab legnagyobb méretének átkovácsolási értéke határozza meg. Általában 1/4-ig zömített öntecsnél 3,5-szeres átkovácsolási érték helyett elegendő 3-szoros, 1/3-ig zömítettnél 2,5-szeres, és 1/2 magasságig zömítettnél 2-szeres átkovácsolással számolunk. A zömítés is szemcsefinomító művelet. Itt is figyelembe kell venni a darabok esetleges kihajlási veszélyét.
Buga átkovácsolásánál hengerlésének mértékét félig tekintetbe kell venni. Például, ha 3-szoros volt az áthengerlés mértéke, abból 1,5-szereset tekintetbe veszünk. A jó átkristályosításhoz elegendő 3,5-szeres helyett a 2-szeres átkovácsolás, ha ebből a bugából kovácsoljuk a darabot. Ha 2-es értéket veszünk, akkor az áthengerlés mértéke 4-szeres volt stb., és így végezzük a további számításokat.