Rèn nóng và rèn nguội là hai quy trình tạo hình kim loại khác nhau có thể mang lại kết quả tương tự nhau. Rèn là quá trình sử dụng một số công cụ và thiết bị nhất định để biến dạng kim loại thành hình dạng định trước - quá trình biến dạng được thực hiện bằng cách rèn nóng, rèn nguội hoặc thậm chí là rèn nóng. Cuối cùng, các nhà sản xuất sẽ xem xét nhiều tiêu chuẩn trước khi chọn loại rèn phù hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể. Trong trường hợp sự sắp xếp của cấu trúc hạt mang lại cho bộ phận các đặc tính định hướng, quá trình rèn được sử dụng để căn chỉnh các hạt sao cho chúng có thể chống lại ứng suất cao nhất mà bộ phận sẽ gặp phải. Ngược lại, đúc và gia công cơ khí thường ít kiểm soát hơn đối với việc sắp xếp các cấu trúc hạt.
quá trình rèn
Rèn được định nghĩa là sự hình thành hoặc biến dạng của kim loại ở trạng thái rắn. Nhiều quy trình rèn được hoàn thành thông qua quá trình đảo lộn, trong đó búa hoặc búa di chuyển theo chiều ngang để ấn vào đầu thanh hoặc thanh để mở rộng và thay đổi hình dạng của đầu. Trước khi đạt được hình dạng cuối cùng, bộ phận thường đi qua các máy trạm liên tục. Bu lông cường độ cao là 'đầu nguội' theo cách này. Van động cơ cũng được hình thành bằng cách đảo lộn.
Trong quá trình rèn búa thả, bộ phận được rèn thành hình dạng của bộ phận đã hoàn thiện trong khuôn, rất giống với quá trình rèn khuôn mở của thợ rèn. Trong trường hợp này, kim loại được rèn thành hình dạng mong muốn trên đe. Có một sự khác biệt giữa rèn khuôn hở và rèn khuôn kín. Trong quá trình rèn khuôn, kim loại không bao giờ bị khuôn ép hoàn toàn. Trong khuôn kín hoặc khuôn ép, kim loại rèn được giới hạn giữa các nửa khuôn. Việc đập khuôn nhiều lần sẽ ép kim loại vào hình dạng của nó và cuối cùng hai nửa của khuôn gặp nhau. Năng lượng của búa có thể được cung cấp bằng hơi nước hoặc khí nén, cơ khí hoặc thủy lực. Trong quá trình rèn búa thả thực sự, chỉ riêng trọng lực sẽ đẩy búa xuống dưới, nhưng nhiều hệ thống sử dụng trợ lực kết hợp với trọng lực. Búa cung cấp một loạt các đòn với tốc độ tương đối cao, lực thấp để đóng khuôn.
Trong quá trình rèn áp lực, áp suất cao thay thế tốc độ cao và một nửa khuôn được đóng lại trong một hành trình, thường được cung cấp bởi vít trợ lực hoặc xi lanh thủy lực. Rèn búa thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận nhỏ hơn, trong khi rèn ép thường được sử dụng để sản xuất hàng loạt và tự động hóa. Ứng dụng rèn áp lực chậm thường xử lý phần bên trong của các bộ phận tốt hơn so với rèn búa và thường được áp dụng cho các bộ phận lớn chất lượng cao như vách ngăn máy bay bằng titan. Các phương pháp rèn chuyên dụng khác khác nhau tùy thuộc vào các chủ đề cơ bản này: ví dụ: vòng bi và vành bánh răng lớn được thực hiện thông qua quy trình gọi là rèn vòng lăn, có thể tạo ra các bộ phận hình tròn liền mạch.
rèn nóng
Khi một miếng kim loại được rèn nóng, nó phải được nung nóng đáng kể. Nhiệt độ rèn trung bình cần thiết để rèn nóng các kim loại khác nhau là:
Thép lên đến 1150 độ C
360 đến 520 độ C cho hợp kim nhôm
700 đến 800 độ C (hợp kim đồng)
Trong quá trình rèn nóng, phôi thép hoặc phôi thép được nung nóng cảm ứng hoặc nung nóng đến nhiệt độ trên điểm kết tinh lại của kim loại trong lò rèn hoặc lò nướng. Nhiệt độ cực cao này là cần thiết để tránh làm cứng kim loại trong quá trình biến dạng. Do trạng thái dẻo của kim loại, nó có thể được tạo thành các hình dạng khá phức tạp. Kim loại duy trì tính dẻo và tính dễ uốn.
Để rèn một số kim loại, chẳng hạn như siêu hợp kim, người ta sử dụng một kiểu rèn nóng gọi là rèn đẳng nhiệt. Tại đây, khuôn được nung nóng đến xấp xỉ nhiệt độ của phôi để tránh làm nguội bề mặt của các bộ phận trong quá trình rèn. Quá trình rèn đôi khi được thực hiện trong môi trường có kiểm soát để giảm thiểu sự hình thành cặn oxit.
Theo truyền thống, các nhà sản xuất chọn rèn nóng để sản xuất các bộ phận vì nó cho phép vật liệu biến dạng ở trạng thái dẻo, làm cho kim loại dễ gia công hơn. Rèn nóng cũng được khuyến nghị cho biến dạng kim loại có khả năng định dạng cao, đây là chỉ số cho biết mức độ biến dạng mà kim loại có thể chịu được mà không tạo ra khuyết tật. Các cân nhắc khác đối với rèn nóng bao gồm:
Sản xuất các bộ phận rời rạc
Độ chính xác trung bình đến thấp
Căng thẳng thấp hoặc làm việc chăm chỉ thấp
Cấu trúc hạt đồng nhất
tăng độ dẻo
Loại bỏ sự không tương thích hóa học và độ xốp
Hạn chế có thể có của rèn nóng bao gồm:
Dung sai ít chính xác hơn
Vật liệu có thể cong vênh trong quá trình làm mát
Cấu trúc hạt kim loại khác nhau
Các phản ứng có thể xảy ra giữa khí quyển xung quanh và kim loại (co giãn)
Rèn nguội (hoặc tạo hình nguội)
Rèn nguội làm cho kim loại biến dạng dưới điểm kết tinh lại của nó. Rèn nguội cải thiện đáng kể độ bền kéo và độ bền năng suất trong khi giảm độ dẻo. Rèn nguội thường được thực hiện gần nhiệt độ phòng. Kim loại phổ biến nhất trong các ứng dụng rèn nguội thường là thép tiêu chuẩn hoặc thép hợp kim cacbon. Rèn nguội thường là một quy trình khuôn khép kín.
Khi kim loại đã là kim loại mềm (chẳng hạn như nhôm), rèn nguội thường được ưu tiên hơn. Quá trình này thường rẻ hơn rèn nóng và sản phẩm cuối cùng hầu như không yêu cầu gia công chính xác. Đôi khi, khi kim loại được rèn nguội thành hình dạng mong muốn, quá trình xử lý nhiệt được thực hiện sau khi loại bỏ ứng suất bề mặt dư. Do sự cải thiện độ bền của kim loại bằng cách rèn nguội, đôi khi các vật liệu cấp thấp hơn có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận có thể sử dụng được mà không thể làm từ cùng một vật liệu thông qua gia công hoặc rèn nóng.
Các nhà sản xuất có thể chọn rèn nguội thay vì rèn nóng vì nhiều lý do - bởi vì các bộ phận rèn nguội yêu cầu ít hoặc không cần gia công chính xác và bước này trong quy trình sản xuất thường là tùy chọn, do đó tiết kiệm tiền. Rèn nguội cũng ít bị ảnh hưởng bởi các vấn đề ô nhiễm, dẫn đến bề mặt hoàn thiện tổng thể của các bộ phận tốt hơn. Các lợi ích khác của rèn nguội bao gồm:
Dễ dàng hơn để gán các đặc điểm định hướng
Cải thiện khả năng tái sản xuất
Tăng kiểm soát kích thước
Xử lý ứng suất cao và tải trọng khuôn cao
Sản xuất các bộ phận sạch hoặc gần như sạch
Một số nhược điểm có thể bao gồm:
Bề mặt kim loại phải sạch và không có cặn oxit trước khi rèn
Độ dẻo kém của kim loại
Ứng suất dư có thể xảy ra
Cần thiết bị nặng hơn và mạnh hơn
Cần nhiều công cụ mạnh mẽ hơn
rèn ấm
Quá trình rèn ấm được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại nhưng cao hơn nhiệt độ phòng để khắc phục những nhược điểm và đạt được những ưu điểm của quá trình rèn nóng và lạnh. Sự hình thành của da oxit không phải là một vấn đề và so với rèn nóng, dung sai có thể nhỏ hơn. So với rèn nguội, chi phí của khuôn thấp hơn và lực lượng cần thiết cho sản xuất cũng thấp hơn. So với gia công nguội, nó làm giảm quá trình biến cứng và cải thiện độ dẻo.
Ứng dụng
Trong ngành công nghiệp ô tô, rèn được sử dụng để sản xuất các bộ phận của hệ thống treo như tay đòn và trục dẫn động, và các bộ phận của Hệ thống truyền lực như thanh nối và bánh răng truyền động. Vật rèn thường được sử dụng cho thân van đường ống, thân van và mặt bích, đôi khi được làm bằng hợp kim đồng để tăng khả năng chống ăn mòn. Các dụng cụ cầm tay như cờ lê thường được rèn, có nhiều dây buộc