7 Aços populares para forjar: Um guia completo

1. Forjamento de aço-carbono para construção

O teor de carbono no aço estrutural de carbono é baixo, com uma ampla gama de temperaturas de forjamento; quando aquecido a altas temperaturas, tem baixa resistência à deformação, boa plasticidade e é fácil de forjar. Quer se trate de forjar a partir de lingotes de aço ou de biletes, não há problemas em garantir a forma necessária das peças forjadas. A negligência e a falta de cuidado nas operações de produção são as principais razões para os resíduos deste tipo de forja de aço.

2. Forjamento de ligas de aço estrutural

O aço estrutural de liga, devido ao seu baixo teor de carbono e não ao elevado teor de elementos de liga, tem boa plasticidade, condutividade térmica, baixa resistência à deformação e uma ampla temperatura de forjamento sem requisitos especiais de aquecimento e forjamento.

Requisitos especiais. A resistência à deformação a alta temperatura de muitos aços de baixa liga é a mesma que a dos aços estruturais de carbono. No entanto, no forjamento inicial, porque a estrutura inicial não foi destruída, a força de forjamento deve ser menor. Uma vez que o aço tem maior plasticidade, uma força de forjamento maior pode ser usada para forjar.

O fenómeno de aderência de incrustações de óxido na superfície do aço estrutural de níquel-crómio é muito grave, especialmente para os aços com baixo teor de carbono, e por vezes pode aparecer uma camada de óxido fina e resistente, que deve ser cuidadosamente removida durante o processo de forjamento.

3. Forjamento de aço-carbono para ferramentas

Os aços-ferramenta ao carbono mais comuns incluem os aços T7, T8, T10, T12, etc., com um teor de carbono de 0,7% a 1,2% (fração mássica), adequados para o fabrico de punções, cinzéis, brochas, punções de matriz e lâminas de corte. Estes os aços têm maior dureza e resistência, mas menor plasticidade e forjabilidade geral. Por conseguinte, é necessário efetuar uma pré-forja, especialmente para os aços com maior teor de carbono. A plasticidade deste aço deteriora-se significativamente com a diminuição da temperatura.

A temperatura inicial de forjamento é geralmente entre 1100 e 1150°C, e a faixa de temperatura de forjamento do aço carbono para ferramentas é menor do que a do aço carbono estrutural. Quanto maior o teor de carbono, mais baixa deve ser a temperatura de aquecimento; caso contrário, é fácil causar superaquecimento ou queima. Por conseguinte, por vezes, é necessário aumentar o número de aquecimentos aquando da betonagem deste aço. A temperatura inicial de forjamento do aço T12 não deve exceder os 1100°C, caso contrário, os grãos tornar-se-ão mais grosseiros e é fácil fissurar durante o forjamento.

Ao forjar aço-carbono para ferramentas, o martelamento deve ir de leve a pesado, com uma relação de forjamento adequada (geralmente, Y=2~4): a viragem deve ser uniforme, as arestas vivas devem ser aplanadas em qualquer altura para evitar fissuras nos cantos: quando a temperatura é demasiado baixa, o forjamento deve ser interrompido, reaquecido e depois forjado novamente. Após o forjamento, arrefecer ao ar até cerca de 700°C, depois enterrar em cinzas de areia para arrefecimento para evitar que o forjamento precipite carbonetos de rede grosseiros.

Ao forjar aço-carbono para ferramentas, se o martelo estiver parado durante muito tempo, fazendo com que o aço seja aquecido durante um período prolongado a altas temperaturas, a profundidade da camada de descarbonetação aumentará. Se o aço for arrefecido lentamente após o aquecimento a alta temperatura, os carbonetos podem grafitar, tornando-se pontos fracos dentro do aço, levando à sucata.

4. Forjamento de ligas de aço para ferramentas

O forjamento de aço ferramenta de baixa liga é o mesmo que o de aço ferramenta de carbono. Para evitar a formação de carbonetos em rede, quanto mais baixa for a temperatura final de forjamento, melhor (perto da temperatura crítica inferior), assegurando ao mesmo tempo que o forjamento é rapidamente arrefecido abaixo da temperatura crítica para evitar a re-agregação e crescimento de carbonetos.

Arrefecer rapidamente abaixo da temperatura crítica de isolamento para evitar que o carboneto se volte a agregar e a crescer.

Liga de aço para ferramentas com elevado teor de carbono e composição de liga, o seu bilete e forjamento de aço são os mesmos que o forjamento de aço rápido.

5. Forjamento de aço para molas

O aço para molas é utilizado para forjar várias molas. Os aços para molas dividem-se em aço para molas de carbono (fração de massa de carbono de 0,6% a 0,9%) e aço para molas de liga (fração de massa de carbono de 0,5% a 0,7%).

O aço para molas tem um elevado teor de carbono e contém elementos de liga como o crómio, o manganês e o silício, com fraca plasticidade, elevada resistência à deformação e uma gama de temperaturas de forjamento e de forjabilidade semelhante à do aço-carbono para ferramentas. As etapas gerais de processamento das molas incluem o forjamento final de materiais laminados e o enrolamento de molas.

Durante o aquecimento, para evitar defeitos como o engrossamento do grão e a descarbonetação, a temperatura de aquecimento e o tempo de espera devem ser rigorosamente controlados, com uma temperatura de aquecimento não superior a 950°C. A superfície da peça de trabalho forjada não deve apresentar defeitos como fissuras, dobras e descarbonetação, para garantir que a mola tem uma elevada resistência à fadiga.

6. Forjamento de aço para rolamentos

Os aços comuns para chumaceiras incluem as qualidades GCr4, GCr15 e GCr15SiMn. A fração média de massa de carbono do aço para chumaceiras é de cerca de 1% e a fração de massa de crómio é de 0,6% a 1,5%, normalmente utilizada para o fabrico de anéis e esferas de chumaceiras.

Devido ao elevado teor de carbono do aço para rolamentos, os carbonetos de crómio em forma de rede existem no estado fundido, com segregação severa, pelo que a plasticidade é baixa, a força é elevada e a resistência à deformação é grande, facilitando a fissuração durante o forjamento. O aço para rolamentos tem uma fraca condutividade térmica, com a temperatura de forjamento mais elevada a rondar os 1100°C. Durante o aquecimento, deve ser carregado a baixa temperatura e aquecido lentamente a 800°C antes de poder ser aquecido rapidamente.

O objetivo do forjamento do aço para rolamentos é quebrar os carbonetos, homogeneizar a estrutura e refinar os grãos. O processo requer um rácio de forjamento mais elevado (Y = 4 a 6) e envolve 1 a 2 vezes de revolvimento. O último aquecimento deve evitar a deformação crítica: a 1100°C, a quantidade de deformação deve ser superior a 20%; a 900 a 1000°C, a quantidade de deformação deve ser > 15%; a 800 a 850°C durante o acabamento, a quantidade de deformação < 10%. A temperatura final de forjamento deve ser controlada entre 800 e 850°C.

Após o forjamento, arrefecer rapidamente (por pulverização) até 600 a 650°C, e depois arrefecer em areia para evitar a formação de manchas brancas ou estruturas de carboneto de rede grosseira. Para obter corpos cementados esferoidizados, é necessário um recozimento de esferoidização após o forjamento. Se aparecerem carbonetos de rede no forjamento, a normalização deve ser efectuada antes do recozimento de esferoidização.

7. Forjamento de aço de alta liga

Devido à presença de múltiplos elementos de liga (fração mássica total superior a 10%) e a um teor de carbono mais elevado (excluindo o aço inoxidável), os aços de alta liga têm uma estrutura complexa, uma condutividade térmica inferior à dos aços de liga geral e dos aços ao carbono, uma plasticidade reduzida e são propensos à fissuração. Alguns aços de alta liga também tendem a apresentar crescimento de grão durante o aquecimento, causando sobreaquecimento e queima. Ao forjar aço de alta liga, devem ser observadas as seguintes características:

1) Os defeitos superficiais devem ser removidos antes do aquecimento do lingote para evitar o aumento dos defeitos durante o aquecimento e a forja. Os defeitos de superfície podem geralmente ser removidos por retificação com uma mó e, para alguns tipos de aço, são também necessários métodos como o torneamento e o aplainamento.

2) O aquecimento deve ser efectuado estritamente de acordo com as especificações de aquecimento. Uma vez que o aço de alta liga tem uma condutividade térmica particularmente baixa a baixas temperaturas e pouca plasticidade, deve ser aquecido lentamente durante as baixas temperaturas e as transições estruturais; a altas temperaturas, como a condutividade térmica aumentou e a plasticidade aumentou, pode ser aquecido rapidamente.

3) Controlo rigoroso da gama de temperaturas de forjamento. A temperatura inicial de forjamento do aço de alta liga é geralmente mais baixa do que a do aço estrutural de carbono, e a temperatura final de forjamento é mais alta do que a do aço estrutural de carbono. A faixa selecionável de temperatura de forjamento para o aço carbono geral é de 350 a 400°C, enquanto que para alguns aços de alta liga, é de apenas 100 a 200°C.

Por conseguinte, a gama de temperaturas de forjamento do aço de alta liga é relativamente pequena, e as acções durante o forjamento devem ser rápidas. Nunca forjar abaixo da temperatura final de forjamento para evitar fissuras. Para controlar com precisão a temperatura final de forjamento, use um medidor de alta temperatura para medir a qualquer momento.

4) A estrutura fundida do aço de alta liga tem cristais colunares graves e pouca plasticidade a altas temperaturas. Por conseguinte, quando se começa a forjar lingotes de aço, devem ser utilizados martelamentos ligeiros e rápidos, seguidos de golpes fortes para quebrar carbonetos grosseiros e cristais colunares, melhorando a plasticidade; o forjamento ligeiro deve ser efectuado novamente perto da temperatura final de forjamento.

5) Ao alongar o aço de alta liga, este deve ser alimentado uniformemente, a partir da extremidade do lingote, controlando cada golpe de forjamento para avançar 3/5 a 4/5 da largura da bigorna; deve ser praticada uma alimentação e viragem frequentes, evitando forjar repetidamente num só local. Se a quantidade de alimentação variar, provocará uma deformação desigual e produzirá facilmente fissuras.

6) A distribuição dos carbonetos de rede no aço de alta liga é extremamente desigual e os grãos são grosseiros, pelo que deve ser utilizado equipamento de forjamento de grande tonelagem e um rácio de forjamento maior, devendo ser aplicados os métodos de forjamento de revolvimento e alongamento alternados para refinar e distribuir uniformemente os carbonetos.

7) Quando aparecem fissuras durante o processo de forjamento, estas devem ser imediatamente removidas para evitar uma maior expansão das fissuras. Se as fissuras forem graves, o forjamento deve ser interrompido imediatamente.

8) Ao alongar biletes de aço de alta liga numa bigorna plana, o núcleo fica frequentemente rasgado. Por conseguinte, o bilete pode ser alongado numa bigorna inferior em forma de V e em matrizes superiores e inferiores (forjamento em gota) para mudar o núcleo de tensão para compressão.

9) Ao puncionar biletes de aço de alta liga, para evitar que as paredes do furo se rachem, o punção deve ser pré-aquecido a cerca de 300°C primeiro.

10) O aço de alta liga deve ser arrefecido lentamente após o forjamento.