7 acciai popolari per la forgiatura: Una guida completa

1. Forgiatura di acciaio strutturale al carbonio

Il contenuto di carbonio nell'acciaio strutturale al carbonio è basso, con un ampio intervallo di temperature di forgiatura; quando viene riscaldato ad alte temperature, ha una bassa resistenza alla deformazione, una buona plasticità ed è facile da forgiare. Sia che si forgi da lingotti di acciaio o da billette, non ci sono problemi nel garantire la forma richiesta dei forgiati. La negligenza e la disattenzione nelle operazioni di produzione sono le cause principali degli scarti di questo tipo di forgiatura dell'acciaio.

2. Forgiatura di acciaio strutturale legato

Gli acciai strutturali legati, grazie al loro basso contenuto di carbonio e al non elevato contenuto di elementi di lega, hanno una buona plasticità, conducibilità termica, bassa resistenza alla deformazione e un'ampia temperatura di forgiatura senza requisiti speciali per il riscaldamento e la forgiatura.

Requisiti speciali. La resistenza alla deformazione ad alta temperatura di molti acciai basso-legati è uguale a quella degli acciai strutturali al carbonio. Tuttavia, nella forgiatura iniziale, poiché la struttura iniziale non è stata distrutta, la forza di forgiatura deve essere minore. Una volta che l'acciaio ha una maggiore plasticità, è possibile utilizzare una forza di forgiatura maggiore.

Il fenomeno dell'adesione delle scaglie di ossido sulla superficie degli acciai strutturali al nichel-cromo è molto grave, soprattutto per quelli a basso contenuto di carbonio, e talvolta può comparire uno strato di ossido sottile e tenace, che deve essere accuratamente rimosso durante il processo di forgiatura.

 3. Forgiatura di acciaio da utensili al carbonio

I comuni acciai da utensili al carbonio includono T7, T8, T10, T12, ecc. con un contenuto di carbonio compreso tra 0,7% e 1,2% (frazione di massa), adatti alla produzione di punzoni, scalpelli, brocce, punzoni per stampi e lame da taglio. Questi Gli acciai hanno una durezza maggiore e resistenza, ma una plasticità e una forgiabilità generale più scarse. Pertanto, è necessaria la pre-formazione, soprattutto per quelli con un contenuto di carbonio più elevato. La plasticità di questo acciaio si deteriora notevolmente con la diminuzione della temperatura.

La temperatura iniziale di forgiatura è generalmente compresa tra 1100 e 1150°C, e l'intervallo di temperatura di forgiatura dell'acciaio per utensili al carbonio è inferiore a quello dell'acciaio strutturale al carbonio. Più alto è il contenuto di carbonio, più bassa deve essere la temperatura di riscaldamento, altrimenti è facile che si verifichino surriscaldamenti o bruciature. Pertanto, a volte è necessario aumentare il numero di riscaldamenti durante la billettatura di questo acciaio. La temperatura iniziale di forgiatura dell'acciaio T12 non deve superare i 1100°C, altrimenti i grani si coagulano ed è facile che si creino cricche durante la forgiatura.

Quando si forgia l'acciaio per utensili al carbonio, il martellamento deve andare da leggero a pesante, con un rapporto di forgiatura appropriato (in genere, Y=2~4): il capovolgimento deve essere uniforme, gli spigoli vivi devono essere appiattiti in qualsiasi momento per evitare cricche d'angolo: quando la temperatura è troppo bassa, la forgiatura deve essere interrotta, riscaldata e poi forgiata di nuovo. Dopo la forgiatura, raffreddare ad aria a circa 700°C, quindi seppellire in cenere di sabbia per il raffreddamento, per evitare che la forgiatura precipiti carburi a rete grossolani.

Quando si forgia l'acciaio da utensili al carbonio, se il martello viene fermato a lungo, provocando un riscaldamento prolungato dell'acciaio ad alta temperatura, la profondità dello strato di decarburazione aumenta. Se l'acciaio viene raffreddato lentamente dopo il riscaldamento ad alta temperatura, i carburi possono grafitizzare, diventando punti deboli all'interno dell'acciaio e causando scarti.

4. Forgiatura di acciai legati per utensili

La forgiatura dell'acciaio da utensili a bassa lega è identica a quella dell'acciaio da utensili al carbonio. Per evitare la formazione di carburi in rete, è preferibile che la temperatura finale di forgiatura sia tanto più bassa (vicina alla temperatura critica inferiore), assicurandosi che la forgiatura venga raffreddata rapidamente al di sotto della temperatura critica per evitare la riaggregazione e la crescita dei carburi.

Raffreddare rapidamente al di sotto della temperatura critica per l'isolamento, per evitare che il carburo si riaggreghi e cresca.

Acciaio per utensili legato ad alto contenuto di carbonio e composizione di lega, la sua billetta e la forgiatura dell'acciaio sono uguali a quelle dell'acciaio ad alta velocità.

5. Forgiatura di acciaio per molle

L'acciaio per molle è utilizzato per la forgiatura di varie molle. Gli acciai per molle si dividono in acciai per molle al carbonio (frazione di massa di carbonio compresa tra 0,6% e 0,9%) e acciai per molle legati (frazione di massa di carbonio compresa tra 0,5% e 0,7%).

L'acciaio per molle ha un elevato contenuto di carbonio e contiene elementi di lega come cromo, manganese e silicio, con una scarsa plasticità, un'elevata resistenza alla deformazione e un intervallo di temperature di forgiatura e forgiabilità simile all'acciaio per utensili al carbonio. Le fasi generali di lavorazione delle molle comprendono la forgiatura finale dei materiali laminati e l'avvolgimento delle molle.

Durante il riscaldamento, per evitare difetti come l'ingrossamento dei grani e la decarburazione, la temperatura di riscaldamento e il tempo di mantenimento devono essere strettamente controllati, con una temperatura di riscaldamento non superiore a 950°C. La superficie del pezzo forgiato non deve presentare difetti quali cricche, pieghe e decarburazione, per garantire alla molla un'elevata resistenza alla fatica.

6. Forgiatura di acciaio per cuscinetti

Gli acciai comuni per cuscinetti includono i gradi GCr4, GCr15 e GCr15SiMn. La frazione media di carbonio dell'acciaio per cuscinetti è di circa 1% e la frazione di cromo è compresa tra 0,6% e 1,5%.

A causa dell'elevato contenuto di carbonio dell'acciaio per cuscinetti, allo stato fuso esistono carburi di cromo in forma di rete, con una forte segregazione; di conseguenza, la plasticità è bassa, la forza è elevata e la resistenza alla deformazione è grande, rendendo facile la fessurazione durante la forgiatura. L'acciaio per cuscinetti ha una scarsa conducibilità termica, con una temperatura di forgiatura massima di circa 1100°C. Durante il riscaldamento, deve essere caricato a bassa temperatura e riscaldato lentamente fino a 800°C prima di poter essere riscaldato rapidamente.

L'obiettivo della forgiatura dell'acciaio per cuscinetti è quello di rompere i carburi, omogeneizzare la struttura e affinare i grani. Il processo richiede un rapporto di forgiatura più elevato (Y = 4-6) e comporta da 1 a 2 volte il sollevamento. L'ultimo calore deve evitare la deformazione critica: a 1100°C, la quantità di deformazione deve essere superiore a 20%; a 900-1000°C, la quantità di deformazione deve essere > 15%; a 800-850°C durante la finitura, la quantità di deformazione < 10%. La temperatura finale di forgiatura dovrebbe essere controllata tra 800 e 850°C.

Dopo la forgiatura, raffreddare rapidamente (a spruzzo) a 600-650°C, quindi raffreddare in sabbia per evitare la formazione di macchie bianche o strutture di carburo a rete grossolana. Per ottenere corpi carburati sferoidi, è necessaria una ricottura di sferoidizzazione dopo la forgiatura. Se nella forgiatura compaiono carburi a rete, è necessario normalizzare prima della ricottura di sferoidizzazione.

7. Forgiatura di acciai alto legati

A causa della presenza di più elementi di lega (frazione di massa totale superiore a 10%) e di un contenuto di carbonio più elevato (escluso l'acciaio inossidabile), gli acciai alto legati hanno una struttura complessa, una conducibilità termica inferiore rispetto agli acciai legati generici e agli acciai al carbonio, una scarsa plasticità e sono soggetti a cricche. Alcuni acciai altolegati tendono inoltre ad accrescere i grani durante il riscaldamento, causando surriscaldamenti e bruciature. Quando si forgiano acciai alto legati, è necessario tenere conto delle seguenti caratteristiche:

1) I difetti superficiali devono essere rimossi prima di riscaldare il lingotto per evitare un ulteriore allargamento dei difetti durante il riscaldamento e la forgiatura. I difetti superficiali possono essere generalmente rimossi mediante molatura con mola e, per alcuni tipi di acciaio, sono necessari anche metodi come la tornitura e la piallatura.

2) Il riscaldamento deve essere rigorosamente conforme alle specifiche di riscaldamento. Poiché l'acciaio alto legato ha una conducibilità termica particolarmente bassa alle basse temperature e una scarsa plasticità, deve essere riscaldato lentamente durante le basse temperature e le transizioni strutturali; alle alte temperature, poiché la conducibilità termica è aumentata e la plasticità è aumentata, può essere riscaldato rapidamente.

3) Controllare rigorosamente l'intervallo di temperatura di forgiatura. La temperatura iniziale di forgiatura degli acciai alto legati è generalmente inferiore a quella degli acciai strutturali al carbonio, mentre la temperatura finale di forgiatura è superiore a quella degli acciai strutturali al carbonio. L'intervallo di temperatura di forgiatura selezionabile per gli acciai al carbonio generici è compreso tra 350 e 400°C, mentre per alcuni acciai altolegati è di soli 100-200°C.

Pertanto, l'intervallo di temperatura di forgiatura degli acciai alto legati è relativamente ridotto e le azioni durante la forgiatura devono essere rapide. Per evitare cricche, non bisogna mai forgiare al di sotto della temperatura finale di forgiatura. Per controllare con precisione la temperatura finale di forgiatura, utilizzare un calibro per alte temperature da misurare in qualsiasi momento.

4) La struttura fusa dell'acciaio altamente legato presenta gravi cristalli colonnari e scarsa plasticità alle alte temperature. Pertanto, quando si inizia a forgiare i lingotti di acciaio, si dovrebbe usare una martellatura leggera e veloce, seguita da colpi pesanti per rompere i carburi grossolani e i cristalli colonnari, migliorando la plasticità; la forgiatura leggera dovrebbe essere ripetuta vicino alla temperatura finale di forgiatura.

5) Durante l'allungamento dell'acciaio altamente legato, l'alimentazione deve essere uniforme, partendo dall'estremità dell'alzata del lingotto, controllando ogni colpo di forgiatura in modo da avanzare di 3/5 - 4/5 della larghezza dell'incudine; si devono praticare alimentazioni e rotazioni frequenti, evitando la forgiatura ripetuta in un punto. Se la quantità di alimentazione varia, la deformazione non è uniforme e si producono facilmente cricche.

6) La distribuzione dei carburi di rete negli acciai altolegati è estremamente disomogenea e i grani sono grossolani, per cui è necessario utilizzare attrezzature di forgiatura di grande tonnellaggio e un rapporto di forgiatura più elevato, e applicare i metodi di forgiatura di sollevamento e allungamento alternati per affinare e distribuire uniformemente i carburi.

7) Se durante il processo di forgiatura compaiono delle cricche, queste devono essere prontamente rimosse per evitare un'ulteriore espansione delle cricche. Se le cricche sono gravi, la forgiatura deve essere interrotta immediatamente.

8) Quando si allungano billette di acciaio altamente legato su un'incudine piatta, il nucleo spesso si strappa. Pertanto, la billetta può essere allungata in un'incudine inferiore a forma di V e in stampi superiori e inferiori (drop forging) per cambiare il nucleo da tensione a compressione.

9) Quando si punzonano billette di acciaio altamente legato, per evitare che le pareti dei fori si fessurino, il punzone deve essere prima preriscaldato a circa 300°C.

10) L'acciaio altamente legato deve essere raffreddato lentamente dopo la forgiatura.