O que é forjamento? - Definição, processo e tipos

Este artigo abordará tudo o que você precisa saber sobreforjamento, incluindo o que é, como é feito e como um produto forjado se compara a produtos feitos através de outros métodos, incluindo peças fundidas, soldagens e fabricações, barras/placas usinadas, peças de metal em pó e plásticos/compósitos reforçados.

Primeiro, definiremos o que é forjamento.

O que é forjamento?

Forjamento é um processo de fabricação onde o metal sólido é moldado por forças compressivas localizadas de martelamento ou prensagem.

O forjamento de aço é frequentemente classificado de acordo com a temperatura em que é executado: forjamento a frio, forjamento a quente e forjamento a quente. É importante notar que forjar não é o mesmo que fundir, pois o metal a ser forjado nunca é derretido e vazado.

Por que usar forjados?

Forjados sãoforte . À medida que o metal é moldado durante o processo de forjamento, sua estrutura interna de grãos se deforma para seguir o formato geral da peça. Ao comprimir a estrutura do grão e criar um fluxo de grão, as características de resistência da peça são aumentadas.

Os forjados são usados ​​em locais onde a confiabilidade e a segurança são críticas. Forjados são frequentemente peças usadas dentro de máquinas, automóveis, aviões, tratores, navios, equipamentos de perfuração de petróleo, motores e mísseis, para citar alguns.

Em que temperatura são feitas as peças forjadas?

Os processos de forjamento são geralmente classificados dependendo se a temperatura do metal está acima ou abaixo da temperatura de recristalização da microestrutura do metal. O forjamento de aço pode ser dividido em:

Forjamento de aço a quente

• Temperaturas de forjamento acima da temperatura de recristalização entre 1.742–2.300 °F

• Boa formabilidade

• Baixas forças de conformação

• Resistência à tração constante das peças de trabalho

Forjamento a quente de aço

• Temperaturas de forjamento entre 1.200 e 1.742 °F

• Menos ou nenhuma escamação na superfície da peça

• Tolerâncias mais estreitas são possíveis do que no forjamento a quente

• Formabilidade limitada e forças de conformação mais altas do que no forjamento a quente

• Forças de conformação mais baixas do que na conformação a frio

Forjamento a frio de aço

• Temperaturas de forjamento em condições ambientes, autoaquecimento de até 300 °F devido à energia de formação

• Tolerâncias mais estreitas possíveis

• Sem escamação na superfície da peça

• Aumento da resistência e diminuição da ductilidade devido ao endurecimento por deformação

• Baixa conformabilidade e altas forças de conformação são necessárias

Aqui na Edgerton Forge, forjamos aço a quente.

Como você forja?

Existem basicamente três métodos (ou processos) para fazer uma peça forjada: forjamento em matriz de impressão, forjamento em matriz aberta e forjamento de anel laminado sem costura.

Aqui na Edgerton Forge, usamosForjamento de matriz de impressão.

Molde de impressão O forjamento libra ou força o metal entre duas matrizes (chamadas de ferramentas) que possuem um formato específico (cavidade) cortado nelas.

O metal flui sob força para dentro da cavidade para criar o formato específico da peça. Este processo pode criar peças que variam de formas simples a formas assimétricas muito complexas.

O forjamento de matrizes de impressão pode ser feito com uma variedade de máquinas, incluindo prensas hidráulicas, prensas mecânicas, martelos e perturbadores. Usamos perturbadores e prensas mecânicas na Edgerton Forge.

Como os forjados se comparam aos fundidos?

Os forjados são mais fortes. A fundição não pode obter os efeitos de fortalecimento do trabalho a quente e a frio. O forjamento supera a fundição em propriedades de resistência previsíveis – produzindo resistência superior garantida, peça por peça.

O forjamento refina defeitos de lingotes fundidos ou barras fundidas contínuas. Uma peça fundida não possui fluxo de grãos nem resistência direcional e o processo não pode impedir a formação de certos defeitos metalúrgicos. O material de forjamento pré-trabalhado produz um fluxo de grãos orientado em direções que exigem resistência máxima. Estruturas dendríticas, segregação de ligas e imperfeições semelhantes são refinadas no forjamento.

Os forjados são mais confiáveis ​​e menos dispendiosos. Os defeitos de fundição ocorrem de diversas formas. Como o trabalho a quente refina o padrão do grão e confere propriedades de alta resistência, ductilidade e resistência, os produtos forjados são mais confiáveis. E são fabricados sem os custos adicionais de controles de processo e inspeção mais rígidos exigidos para fundição.

Os forjados oferecem melhor resposta ao tratamento térmico. As peças fundidas requerem um controle rigoroso dos processos de fusão e resfriamento porque pode ocorrer segregação da liga. Isso resulta em uma resposta não uniforme ao tratamento térmico que pode afetar a retilineidade das peças acabadas. Os forjados respondem de forma mais previsível ao tratamento térmico e oferecem melhor estabilidade dimensional.

Os forjados são flexíveis e a produção econômica se adapta à demanda. Algumas peças fundidas, como peças fundidas de desempenho especial, exigem materiais e controles de processo caros, além de prazos de entrega mais longos. A laminação em matriz aberta e em anel são exemplos de processos de forjamento que se adaptam a vários comprimentos de produção e permitem prazos de entrega reduzidos.

Como os forjados se comparam às soldagens e às fabricações?

Os forjados oferecem economias de produção e economia de materiais. As fabricações soldadas são mais caras em produções de alto volume. Na verdade, as peças fabricadas são uma fonte tradicional de conversões de forjamento à medida que o volume de produção aumenta. Os custos iniciais de ferramentas para forjamento podem ser absorvidos pelo volume de produção e economia de material e a economia de produção intrínseca do forjamento reduz os custos de mão de obra, reduções de sucata e retrabalho e custos de inspeção reduzidos.

Os forjados são mais fortes. As estruturas soldadas geralmente não estão isentas de porosidade. Qualquer benefício de resistência obtido com a soldagem ou fixação de produtos laminados padrão pode ser perdido por práticas inadequadas de soldagem ou união. A orientação dos grãos obtida no forjamento torna as peças mais resistentes.

Os forjados oferecem projetos/inspeções econômicos. Uma montagem soldada de múltiplos componentes não pode igualar a economia de custos obtida com um forjamento de peça única adequadamente projetado. Essas consolidações de peças podem resultar em economias de custos consideráveis. Além disso, as soldagens exigem procedimentos de inspeção dispendiosos, especialmente para componentes altamente solicitados. Forjados não.

Os forjados oferecem propriedades metalúrgicas melhores e mais consistentes. O aquecimento seletivo e o resfriamento não uniforme que ocorrem na soldagem podem produzir propriedades metalúrgicas indesejáveis, como estrutura de grão inconsistente. Em uso, uma costura soldada pode atuar como um entalhe metalúrgico que pode levar à falha da peça. Os forjados não possuem vazios internos que causem falhas inesperadas sob estresse ou impacto.

Os forjados oferecem produção simplificada. A soldagem e a fixação mecânica exigem uma seleção cuidadosa de materiais de união, tipos e tamanhos de fixação e um monitoramento rigoroso das práticas de aperto, o que aumenta os custos de produção. O forjamento simplifica a produção e garante melhor qualidade e consistência peça após peça.

Como os forjados se comparam às barras/placas usinadas?

Os forjados oferecem uma gama mais ampla de tamanhos de tipos de materiais desejados. Os tamanhos e formatos dos produtos fabricados com barras e chapas de aço estão limitados às dimensões em que esses materiais são fornecidos. Freqüentemente, o forjamento pode ser o único processo de usinagem disponível com determinadas classes e tamanhos desejados. Os forjados podem ser produzidos economicamente em uma ampla variedade de tamanhos, desde peças cuja maior dimensão é inferior a 1 polegada até peças com peso superior a 450.000 libras.

Os forjados têm grãos orientados para moldar para maior resistência. Barras e placas usinadas podem ser mais suscetíveis à fadiga e à corrosão sob tensão porque a usinagem corta os padrões de granulação do material. Na maioria dos casos, o forjamento produz uma estrutura de grãos orientada para o formato da peça, resultando em ótima resistência, ductilidade e resistência ao impacto e à fadiga.

Os forjados proporcionam um uso melhor e mais econômico dos materiais. Placa de corte por chama é um processo dispendioso, uma das várias etapas de fabricação que consome mais material do que o necessário para fazer peças como anéis ou cubos. Ainda mais se perde na usinagem subsequente.

Os forjados rendem menos sucata; produção maior e mais econômica. Os forjados, especialmente os formatos quase retilíneos, aproveitam melhor o material e geram pouca sucata. Em séries de produção de alto volume, os forjados têm a vantagem de custo decisiva.

Os forjados requerem menos operações secundárias. Conforme fornecidos, alguns tipos de barras e chapas requerem operações adicionais, como torneamento, retificação e polimento, para remover irregularidades da superfície e obter o acabamento desejado, precisão dimensional, capacidade de usinagem e resistência. Freqüentemente, as peças forjadas podem ser colocadas em serviço sem operações secundárias dispendiosas.

Como os forjados se comparam às peças de metal em pó (P/M)?

Os forjados são mais fortes. Propriedades mecânicas de baixo padrão (por exemplo, resistência à tração) são típicas de peças P/M. O fluxo de grãos de um forjamento garante resistência em pontos críticos de tensão.

Forjados oferecem maior integridade. Modificação ou infiltração dispendiosa da densidade parcial é necessária para evitar defeitos de P/M. Ambos os processos adicionam custos. O refinamento do grão das peças forjadas garante a solidez do metal e a ausência de defeitos.

Os forjados requerem menos operações secundárias. Formas P/M especiais, roscas e furos e tolerâncias de precisão podem exigir usinagem extensa. As operações secundárias de forjamento muitas vezes podem ser reduzidas a usinagem de acabamento, furação e outras etapas simples. A solidez inerente das peças forjadas leva a acabamentos superficiais usinados excelentes e consistentes.

Os forjados oferecem maior flexibilidade de design. Os formatos P/M são limitados àqueles que podem ser ejetados na direção de prensagem. O forjamento permite projetos de peças que não se restringem a formatos nessa direção.

Os forjados usam materiais menos caros.Os materiais iniciais para peças P/M de alta qualidade são geralmente pós atomizados com água, pré-ligados e recozidos, que custam significativamente mais por quilo do que as barras de aço.

Para iniciar seu próximo projeto de forjamento, entre em contato conosco para solicitar um orçamento e alguém de nossa equipe entrará em contato com você.