Qu'est-ce qui rend l'acier si indispensable au forgeage ? Il existe une grande variété de types d'acier, chacun offrant des propriétés uniques adaptées à des applications spécifiques. Cet article se penche sur sept aciers populaires utilisés pour le forgeage, en soulignant leurs caractéristiques, leurs avantages et leurs utilisations typiques. De l'acier de construction au carbone à l'acier fortement allié, les lecteurs découvriront les choix optimaux pour divers besoins de forgeage. Ils découvriront les avantages et les limites de chaque type d'acier et s'assureront que leur prochain projet utilise le meilleur matériau en termes de résistance, de durabilité et de performance.
La teneur en carbone de l'acier de construction au carbone est faible, avec une large plage de températures de forgeage ; lorsqu'il est chauffé à haute température, il présente une faible résistance à la déformation, une bonne plasticité et est facile à forger. Qu'il s'agisse de forger à partir de lingots ou de billettes d'acier, il n'y a aucun problème pour garantir la forme requise des pièces forgées. La négligence et le manque de soin dans les opérations de production sont les principales causes des déchets de ce type de forgeage de l'acier.
L'acier de construction allié, en raison de sa faible teneur en carbone et de sa faible teneur en éléments d'alliage, présente une bonne plasticité, une bonne conductivité thermique, une faible résistance à la déformation et un large éventail de caractéristiques. température de forgeage sans exigences particulières en matière de chauffage et de forgeage.
Exigences particulières. La résistance à la déformation à haute température de nombreux aciers faiblement alliés est la même que celle des aciers de construction au carbone. Cependant, lors du forgeage initial, la force de forgeage doit être plus faible car la structure initiale n'a pas été détruite. Une fois que l'acier a une plasticité plus élevée, une force de forgeage plus importante peut être utilisée pour le forgeage.
Le phénomène d'adhérence des écailles d'oxyde à la surface des aciers de construction au nickel-chrome est très grave, en particulier pour ceux à faible teneur en carbone, et il arrive qu'une couche d'oxyde mince et tenace apparaisse, qui doit être soigneusement éliminée au cours du processus de forgeage.
Les aciers à outils au carbone courants comprennent les aciers T7, T8, T10, T12, etc., avec une teneur en carbone de 0,7% à 1,2% (fraction de masse), adaptés à la fabrication de poinçons, de burins, de broches, de matrices et de lames de cisaillement. Ces les aciers ont une dureté plus élevée et la résistance, mais la plasticité et la forgeabilité générale sont moins bonnes. C'est pourquoi un préforgeage est nécessaire, en particulier pour les aciers à forte teneur en carbone. La plasticité de cet acier se détériore considérablement avec la diminution de la température.
La température initiale de forgeage est généralement comprise entre 1100 et 1150°C, et la plage de température de forgeage de l'acier à outils au carbone est inférieure à celle de l'acier de construction au carbone. Plus la teneur en carbone est élevée, plus la température de chauffe doit être basse, sinon il est facile de provoquer une surchauffe ou une brûlure. Par conséquent, il est parfois nécessaire d'augmenter le nombre de chauffages lors du billage de cet acier. La température initiale de forgeage de l'acier T12 ne doit pas dépasser 1100°C, sinon les grains deviennent grossiers et il est facile de se fissurer pendant le forgeage.
Lors du forgeage de l'acier à outils au carbone, le martelage doit aller de léger à lourd, avec un rapport de forgeage approprié (généralement, Y=2~4) : le retournement doit être régulier, les arêtes vives doivent être aplanies à tout moment pour éviter les fissures d'angle : lorsque la température est trop basse, le forgeage doit être interrompu, réchauffé, puis forgé à nouveau. Après le forgeage, l'air doit être refroidi à environ 700°C, puis enfoui dans des cendres de sable pour le refroidissement afin d'éviter que le forgeage ne précipite des carbures de réseau grossiers.
Lors du forgeage d'un acier à outils au carbone, si le marteau est arrêté pendant une longue période, ce qui entraîne un chauffage prolongé de l'acier à haute température, la profondeur de la couche de décarburation augmente. Si l'acier est lentement refroidi après avoir été chauffé à haute température, les carbures peuvent se graphiter et devenir des points faibles dans l'acier, ce qui entraîne des rebuts.
Le forgeage des aciers à outils faiblement alliés est le même que celui des aciers à outils au carbone. Pour éviter la formation de carbures en réseau, il est préférable d'abaisser la température finale du forgeage (proche de la température critique inférieure), tout en veillant à ce que le forgeage soit rapidement refroidi en dessous de la température critique pour éviter la réagrégation et la croissance des carbures.
Refroidir rapidement à une température inférieure à la température critique pour l'isolation afin d'empêcher le carbure de s'agréger à nouveau et de croître.
Acier à outils allié à haute teneur en carbone et composition d'alliage, ses billettes et le forgeage de l'acier sont les mêmes que le forgeage de l'acier à haute vitesse.
L'acier à ressorts est utilisé pour forger divers ressorts. Les aciers à ressorts sont divisés en aciers à ressorts au carbone (fraction de masse de carbone de 0,6% à 0,9%) et en aciers à ressorts alliés (fraction de masse de carbone de 0,5% à 0,7%).
L'acier à ressorts a une teneur élevée en carbone et contient des éléments d'alliage tels que le chrome, le manganèse et le silicium, avec une faible plasticité, une grande résistance à la déformation, une plage de températures de forgeage et une aptitude au forgeage similaires à celles de l'acier à outils au carbone. Les étapes générales de traitement des ressorts comprennent le forgeage final des matériaux laminés et l'enroulement des ressorts.
Pendant le chauffage, pour éviter les défauts tels que le grossissement du grain et la décarburation, la température de chauffage et le temps de maintien doivent être strictement contrôlés, la température de chauffage ne devant pas dépasser 950°C. La surface de la pièce forgée ne doit pas présenter de défauts tels que des fissures, des plis ou une décarburation, afin de garantir une résistance élevée à la fatigue du ressort.
Les aciers pour roulements les plus courants sont les nuances GCr4, GCr15 et GCr15SiMn. La fraction massique moyenne de carbone de l'acier pour roulements est d'environ 1%, et la fraction massique de chrome de 0,6% à 1,5%, couramment utilisée pour la fabrication de bagues et de billes de roulements.
En raison de la teneur élevée en carbone de l'acier pour roulements, les carbures de chrome existent sous forme de réseau à l'état moulé, avec une ségrégation importante, ce qui fait que la plasticité est faible, la résistance est élevée et la résistance à la déformation est grande, ce qui facilite la fissuration pendant le forgeage. L'acier à roulements a une mauvaise conductivité thermique, la température de forgeage la plus élevée étant d'environ 1100°C. Pendant le chauffage, il doit être chargé à basse température et chauffé lentement jusqu'à 800°C avant d'être chauffé rapidement.
L'objectif du forgeage de l'acier à roulements est de briser les carbures, d'homogénéiser la structure et d'affiner les grains. Le processus nécessite un rapport de forgeage plus important (Y = 4 à 6) et implique 1 à 2 fois le refoulement. La dernière chauffe doit éviter toute déformation critique : à 1100°C, la déformation doit être supérieure à 20% ; entre 900 et 1000°C, la déformation doit être > 15% ; entre 800 et 850°C pendant la finition, la déformation doit être < 10%. La température finale de forgeage doit être contrôlée entre 800 et 850°C.
Après le forgeage, refroidir rapidement (par pulvérisation) à une température de 600 à 650 °C, puis refroidir dans du sable pour éviter la formation de taches blanches ou de structures de carbure à réseau grossier. Pour obtenir des corps cémentés sphéroïdisés, un recuit de sphéroïdisation est nécessaire après le forgeage. Si des carbures en réseau apparaissent dans le forgeage, la normalisation doit être effectuée avant le recuit de sphéroïdisation.
En raison de la présence d'éléments d'alliage multiples (fraction de masse totale supérieure à 10%) et d'une teneur en carbone plus élevée (à l'exclusion de l'acier inoxydable), l'acier fortement allié présente une structure complexe, une conductivité thermique inférieure à celle de l'acier allié général et de l'acier au carbone, une faible plasticité et est susceptible de se fissurer. Certains aciers fortement alliés ont également tendance à présenter une croissance du grain pendant le chauffage, ce qui entraîne une surchauffe et des brûlures. Lors du forgeage d'un acier fortement allié, les caractéristiques suivantes doivent être prises en compte :
1) Les défauts de surface doivent être éliminés avant de chauffer le lingot afin d'éviter qu'ils ne s'agrandissent pendant le chauffage et le forgeage. Les défauts de surface peuvent généralement être éliminés par meulage à l'aide d'une meule, et pour certains types d'acier, des méthodes telles que le tournage et le rabotage sont également nécessaires.
2) Le chauffage doit être strictement conforme aux spécifications de chauffage. L'acier fortement allié ayant une conductivité thermique particulièrement faible à basse température et une mauvaise plasticité, il doit être chauffé lentement pendant les basses températures et les transitions structurelles ; à haute température, la conductivité thermique ayant augmenté et la plasticité s'étant accrue, il peut être chauffé rapidement.
3) Contrôler strictement la plage de température de forgeage. La température initiale de forgeage de l'acier fortement allié est généralement inférieure à celle de l'acier de construction au carbone, et la température finale de forgeage est supérieure à celle de l'acier de construction au carbone. La plage de température de forgeage sélectionnable pour l'acier au carbone général est de 350 à 400°C, alors que pour certains aciers fortement alliés, elle n'est que de 100 à 200°C.
Par conséquent, la plage de température de forgeage des aciers fortement alliés est relativement restreinte, et les actions pendant le forgeage doivent être rapides. Ne jamais forger en dessous de la température de forgeage finale pour éviter les fissures. Pour contrôler avec précision la température finale de forgeage, utilisez une jauge haute température pour la mesurer à tout moment.
4) La structure moulée de l'acier fortement allié présente des cristaux colonnaires importants et une faible plasticité à haute température. Par conséquent, lorsque l'on commence à forger des lingots d'acier, il convient d'utiliser un martelage léger et rapide, suivi de frappes lourdes pour briser les carbures grossiers et les cristaux colonnaires, améliorant ainsi la plasticité ; le forgeage léger doit être effectué à nouveau à proximité de la température de forgeage finale.
5) Lors de l'allongement d'un acier fortement allié, il convient de l'alimenter uniformément, en commençant par l'extrémité du lingot, en contrôlant chaque coup de forge pour avancer de 3/5 à 4/5 de la largeur de l'enclume ; il convient d'alimenter et de tourner fréquemment, en évitant de répéter le forgeage au même endroit. Si la quantité d'alimentation varie, cela entraînera une déformation inégale et produira facilement des fissures.
6) La distribution des carbures en réseau dans l'acier fortement allié est extrêmement inégale, et les grains sont grossiers ; il convient donc d'utiliser un équipement de forgeage à gros tonnage et un rapport de forgeage plus important, et d'appliquer les méthodes de forgeage de refoulement et d'allongement en alternance pour affiner et répartir uniformément les carbures.
7) Lorsque des fissures apparaissent au cours du processus de forgeage, elles doivent être rapidement éliminées afin d'éviter qu'elles ne s'étendent davantage. Si les fissures sont importantes, le forgeage doit être arrêté immédiatement.
8) Lors de l'allongement de billettes d'acier fortement allié sur une enclume plate, le noyau se déchire souvent. Par conséquent, la billette peut être allongée sur une enclume inférieure en forme de V et sur des matrices supérieures et inférieures (forgeage par chute) pour faire passer le noyau d'une situation de tension à une situation de compression.
9) Lors du poinçonnage de billettes d'acier fortement allié, pour éviter que les parois des trous ne se fissurent, le poinçon doit d'abord être préchauffé à environ 300°C.
10) Les aciers fortement alliés doivent être refroidis lentement après le forgeage.
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