Qu'est-ce que le forgeage ? - Définition, processus et types

Cet article vous plongera dans tout ce que vous devez savoir surforger, y compris ce que c'est, comment il est fabriqué et comment un produit forgé se compare aux produits fabriqués par d'autres méthodes, notamment les pièces moulées, les soudures et les fabrications, les barres/plaques usinées, les pièces métalliques en poudre et les plastiques/composites renforcés.

Tout d’abord, nous définirons ce qu’est le forgeage.

Qu’est-ce que le forgeage ?

Le forgeage est un processus de fabrication dans lequel le métal solide est façonné par des forces de compression localisées provenant du martelage ou du pressage.

Le forgeage de l'acier est souvent classé selon la température à laquelle il est réalisé : forgeage à froid, forgeage à chaud et forgeage à chaud. Il est important de noter que le forgeage n’est pas la même chose que le moulage, car le métal à forger n’est jamais fondu ni coulé.

Pourquoi utiliser des pièces forgées ?

Les pièces forgées sontfort . Au fur et à mesure que le métal est façonné au cours du processus de forgeage, sa structure interne de grains se déforme pour épouser la forme générale de la pièce. En comprimant la structure des grains et en créant un flux de grains, les caractéristiques de résistance de la pièce sont augmentées.

Les pièces forgées sont utilisées dans des endroits où la fiabilité et la sécurité sont essentielles. Les pièces forgées sont souvent des pièces utilisées à l’intérieur de machines, d’automobiles, d’avions, de tracteurs, de navires, d’équipements de forage pétrolier, de moteurs et de missiles, pour n’en nommer que quelques-uns.

À quelle température les pièces forgées sont-elles fabriquées ?

Les procédés de forgeage sont généralement classés selon que la température du métal est supérieure ou inférieure à la température de recristallisation de la microstructure métallique. Le forgeage de l'acier peut être divisé en :

Forgeage à chaud de l'acier

• Températures de forgeage supérieures à la température de recristallisation entre 1 742 et 2 300 °F

• Bonne formabilité

• Faibles forces de formage

• Résistance à la traction constante des pièces

Forgeage à chaud de l'acier

• Températures de forgeage comprises entre 1 200 et 1 742 °F

• Moins ou pas de calamine à la surface de la pièce

• Tolérances plus étroites réalisables que dans le forgeage à chaud

• Formabilité limitée et forces de formage plus élevées que pour le forgeage à chaud

• Forces de formage inférieures à celles du formage à froid

Forgeage à froid de l'acier

• Températures de forgeage aux conditions ambiantes, auto-échauffement jusqu'à 300 °F en raison de l'énergie de formage

• Tolérances les plus étroites possibles

• Pas de calamine à la surface de la pièce

• Augmentation de la résistance et diminution de la ductilité dues à l'écrouissage

• Une faible formabilité et des forces de formage élevées sont nécessaires

Chez Edgerton Forge, nous forgeons l'acier à chaud.

Comment forger ?

Il existe essentiellement trois méthodes (ou processus) pour fabriquer une pièce forgée : le forgeage par empreinte, le forgeage par matrice ouverte et le forgeage par anneaux laminés sans soudure.

Ici à Edgerton Forge, nous utilisonsForgeage par empreinte.

Le forgeage par impression martèle ou force le métal entre deux matrices (appelées outillage) qui ont une forme spécifique (cavité) découpée dans celles-ci.

Le métal s'écoule sous force dans la cavité pour créer la forme spécifique de la pièce. Ce processus peut créer des pièces allant de formes simples à des formes non symétriques très complexes.

Le forgeage par empreinte peut être réalisé avec une variété de machines, notamment des presses hydrauliques, des presses mécaniques, des marteaux et des refouleurs. Nous utilisons des refouleurs et des presses mécaniques à Edgerton Forge.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux pièces moulées ?

Les pièces forgées sont plus solides. Le moulage ne peut pas obtenir les effets de renforcement du travail à chaud et à froid. Le forgeage surpasse le moulage en termes de propriétés de résistance prévisibles – produisant une résistance supérieure assurée, pièce par pièce.

Le forgeage affine les défauts des lingots coulés ou des barres de coulée continue. Une pièce moulée n'a ni écoulement des grains ni résistance directionnelle et le processus ne peut pas empêcher la formation de certains défauts métallurgiques. Le stock de forge de pré-travail produit un flux de grains orienté dans des directions nécessitant une résistance maximale. Les structures dendritiques, la ségrégation des alliages et les imperfections similaires sont affinées lors du forgeage.

Les pièces forgées sont plus fiables et moins coûteuses. Les défauts de coulée se présentent sous diverses formes. Parce que le travail à chaud affine le motif des grains et confère des propriétés de résistance, de ductilité et de résistance élevées, les produits forgés sont plus fiables. Et ils sont fabriqués sans les coûts supplémentaires liés aux contrôles de processus et aux inspections plus stricts requis pour le moulage.

Les pièces forgées offrent une meilleure réponse au traitement thermique. Les pièces moulées nécessitent un contrôle étroit des processus de fusion et de refroidissement car une ségrégation de l'alliage peut se produire. Il en résulte une réponse non uniforme au traitement thermique qui peut affecter la rectitude des pièces finies. Les pièces forgées réagissent de manière plus prévisible au traitement thermique et offrent une meilleure stabilité dimensionnelle.

Les pièces forgées sont flexibles, la production rentable s'adapte à la demande. Certaines pièces moulées, telles que les pièces moulées à performances spéciales, nécessitent des matériaux et des contrôles de processus coûteux, ainsi que des délais de livraison plus longs. Les filières ouvertes et le laminage à anneaux sont des exemples de procédés de forgeage qui s'adaptent à différentes longueurs de production et permettent de raccourcir les délais de livraison.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux soudures et aux fabrications ?

Les pièces forgées offrent des économies de production, des économies de matière. Les fabrications soudées sont plus coûteuses dans les séries de production à grand volume. En fait, les pièces fabriquées constituent une source traditionnelle de conversions en forgeage à mesure que le volume de production augmente. Les coûts initiaux d'outillage pour le forgeage peuvent être absorbés par le volume de production et les économies de matériaux, tandis que l'économie de production intrinsèque du forgeage réduit les coûts de main-d'œuvre, les réductions des rebuts et des reprises et la réduction des coûts d'inspection.

Les pièces forgées sont plus solides. Les structures soudées ne sont généralement pas exemptes de porosité. Tout avantage en termes de résistance obtenu grâce au soudage ou à la fixation de produits laminés standard peut être perdu en raison de mauvaises pratiques de soudage ou d'assemblage. L’orientation des grains obtenue lors du forgeage permet d’obtenir des pièces plus solides.

Les pièces forgées offrent des conceptions/inspections rentables. Un assemblage soudé à plusieurs composants ne peut pas égaler les économies réalisées grâce à un forgeage monobloc correctement conçu. De telles consolidations de pièces peuvent entraîner des économies considérables. De plus, les constructions soudées nécessitent des procédures d'inspection coûteuses, en particulier pour les composants fortement sollicités. Les pièces forgées ne le font pas.

Les pièces forgées offrent des propriétés métallurgiques plus cohérentes et meilleures. Le chauffage sélectif et le refroidissement non uniforme qui se produisent lors du soudage peuvent produire des propriétés métallurgiques indésirables telles qu'une structure de grain incohérente. En cours d'utilisation, un joint soudé peut agir comme une encoche métallurgique pouvant entraîner la défaillance d'une pièce. Les pièces forgées ne présentent aucun vide interne susceptible de provoquer une défaillance inattendue sous contrainte ou impact.

Les pièces forgées offrent une production simplifiée. Le soudage et la fixation mécanique nécessitent une sélection minutieuse des matériaux d'assemblage, des types et des tailles de fixation, ainsi qu'une surveillance étroite des pratiques de serrage, ce qui augmente les coûts de production. Le forgeage simplifie la production et garantit une meilleure qualité et cohérence pièce après pièce.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux barres/plaques usinées ?

Les pièces forgées offrent une gamme de tailles plus large de qualités de matériaux souhaitées. Les tailles et formes des produits fabriqués à partir de barres et de tôles d'acier sont limitées aux dimensions dans lesquelles ces matériaux sont fournis. Souvent, le forgeage peut être le seul procédé de travail des métaux disponible avec certaines nuances dans les tailles souhaitées. Les pièces forgées peuvent être produites de manière économique dans une large gamme de tailles, depuis les pièces dont la plus grande dimension est inférieure à 1 pouce jusqu'aux pièces pesant plus de 450 000 lb.

Les pièces forgées ont un grain orienté vers la forme pour une plus grande résistance. Les barres et les plaques usinées peuvent être plus sensibles à la fatigue et à la corrosion sous contrainte, car l'usinage coupe les motifs de grains du matériau. Dans la plupart des cas, le forgeage donne une structure de grain orientée vers la forme de la pièce, ce qui se traduit par une solidité, une ductilité et une résistance optimales aux chocs et à la fatigue.

Les pièces forgées permettent une utilisation meilleure et plus économique des matériaux. Les plaques d'oxycoupage sont un processus inutile, l'une des nombreuses étapes de fabrication qui consomment plus de matériaux que nécessaire pour fabriquer des pièces telles que des bagues ou des moyeux. Il y a encore plus de perte lors de l'usinage ultérieur.

Les pièces forgées produisent moins de rebuts ; une production plus importante et plus rentable. Les pièces forgées, en particulier les formes proches du filet, font un meilleur usage du matériau et génèrent peu de rebuts. Dans les séries de production en grande série, les pièces forgées présentent un avantage décisif en termes de coûts.

Les pièces forgées nécessitent moins d’opérations secondaires. À l'état fourni, certaines qualités de barres et de tôles nécessitent des opérations supplémentaires telles que le tournage, le meulage et le polissage pour éliminer les irrégularités de surface et obtenir la finition, la précision dimensionnelle, l'aptitude à l'usinage et la résistance souhaitées. Souvent, les pièces forgées peuvent être mises en service sans opérations secondaires coûteuses.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux pièces en métal en poudre (P/M) ?

Les pièces forgées sont plus solides. Des propriétés mécaniques de faible standard (par exemple, résistance à la traction) sont typiques des pièces P/M. Le flux de grains d'une pièce forgée assure la résistance aux points de contrainte critiques.

Les pièces forgées offrent une plus grande intégrité. Une modification coûteuse de la densité des pièces ou une infiltration est nécessaire pour éviter les défauts P/M. Les deux processus ajoutent des coûts. L'affinage du grain des pièces forgées assure la solidité du métal et l'absence de défauts.

Les pièces forgées nécessitent moins d’opérations secondaires. Les formes, filetages et trous spéciaux P/M ainsi que les tolérances de précision peuvent nécessiter un usinage approfondi. Les opérations de forgeage secondaire peuvent souvent être réduites à l’usinage de finition, au perçage de trous et à d’autres étapes simples. La solidité inhérente des pièces forgées conduit à des finitions de surface usinées constantes et excellentes.

Les pièces forgées offrent une plus grande flexibilité de conception. Les formes P/M sont limitées à celles qui peuvent être éjectées dans le sens du pressage. Le forgeage permet des conceptions de pièces qui ne se limitent pas aux formes dans cette direction.

Les pièces forgées utilisent des matériaux moins coûteux.Les matières premières pour les pièces P/M de haute qualité sont généralement des poudres atomisées à l'eau, pré-alliées et recuites qui coûtent beaucoup plus cher au kilo que les barres d'acier.

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