6 Tipos de Defeitos de Forjamento na Metalomecânica

1. Rachadura

(1) Rachaduras causadas por queima excessiva na superfície Essas rachaduras são distribuídas principalmente nas bordas dos cantos das peças forjadas da biela, especialmente em áreas sujeitas a tensões de tração durante o forjamento. As características são que as fissuras são curtas e grossas, irregularmente distribuídas de forma densa na superfície do forjamento e estendem-se para dentro ao longo dos limites dos grãos; o interior das fissuras está cheio de óxidos, descarbonetação severa em ambos os lados, grãos grosseiros e a presença da estrutura Widmanstätten.

(2) Fissuras causadas por temperaturas demasiado baixas durante o forjamento final ou a calibragem Estas fissuras distribuem-se principalmente em áreas do forjamento sujeitas a tensões de tração durante o forjamento sob pressão ou nos limites do fluxo de metal. São caracterizadas por serem profundas, longas e relativamente densas.

(3) Fissuração (ver Figura 6-32) A caraterística é que as fissuras são relativamente superficiais e distribuídas em forma de rede na superfície do forjamento. As principais razões para a sua formação são as seguintes:

1) Segregação de cobre e estanho na matéria-prima, ou teor excessivo de cobre e estanho. Como o cobre e o estanho têm pontos de fusão baixos, eles derretem durante o aquecimento do forjamento, causando a diminuição da plasticidade localizada e a formação de fissuras.

2) Teor excessivo de enxofre no combustível, especialmente quando se utiliza gás ou gás natural como combustível, devido à dessulfurização incompleta, o enxofre penetra na camada superficial do lingote ao longo dos limites do grão durante o aquecimento, formando inclusões de sulfureto nos limites do grão, enfraquecendo a ligação entre os grãos, levando a fissuras durante o forjamento.

(4) Fissuras longitudinais ao longo da linha de separação (ver Figura 6-33) Estas fissuras são causadas por inclusões não metálicas. Devido a impurezas não metálicas como o enxofre e o fósforo no aço, bem como a defeitos como a contração e a porosidade que não foram soldados durante o fabrico do lingote ou o forjamento, são espremidos para o flash durante o forjamento e aparecem fissuras na linha de separação durante o corte.

1) Biletes com defeitos severos, os defeitos são espremidos para o flash, aparecendo como fissuras ao longo da superfície de corte do flash, ou o forjamento é dividido em duas metades ao longo da linha de separação da matriz de forjamento (ver Figura 6-34). Devido à presença de encolhimento ou porosidade no lingote de aço, que é alongado durante o estiramento ou forjamento em rolo, as bordas do encolhimento ou da porosidade espremidas durante o forjamento são pressionadas para dentro do flash, e esses defeitos são revelados após o corte do flash.

2) A razão para a formação de fissuras durante o processo de forjamento é a diferente rugosidade da superfície das pontes superior e inferior da ranhura de flash, que causa uma resistência diferente quando o metal flui para a ranhura de flash, resultando na fácil geração de tensão de cisalhamento dentro da superfície de separação,

 provocando a delaminação e a fissuração da superfície de separação.

3) Desalinhamento grave durante o forjamento da matriz, causando a rutura da superfície de separação durante o processo de corte (ver Figura 6-35).

 2. Escama forjada no forjamento

Para além de alterar as dimensões da secção transversal e do comprimento do lingote e de distribuir o metal, a etapa de revolvimento no forjamento com martelo também serve para remover as incrustações. Se a etapa de revolvimento não for operada de acordo com os requisitos do processo e a carepa não for completamente removida, ela será pressionada para dentro do forjamento durante o forjamento final. Depois de a carepa cair do forjamento, formam-se buracos na superfície, deixando carepa preta na superfície maquinada. Os traços deixados após a decapagem e a remoção da escala do forjamento podem ter até 3 mm de profundidade.

Se este defeito exceder a margem de maquinação, pode levar à demolição do forjado. Portanto, é importante remover cuidadosamente a escala para evitar a ocorrência deste defeito.

 As principais razões para este defeito de qualidade são as seguintes:

1) Defeitos de forjamento tais como indentações causadas por incrustações de óxido não limpas nas ranhuras da matriz durante o forjamento. Especialmente nas extremidades dianteira e traseira das ranhuras da matriz, uma ligeira negligência pode levar a ângulos mortos no sopro.

2) Oxidação severa durante o aquecimento do lingote, em que a escala de óxido não pode ser completamente removida durante o pré-forjamento, causando indentações no forjamento devido a partes da escala de óxido que aderem ao lingote. Para resolver este problema, é necessário um controlo rigoroso da qualidade do aquecimento. Se esta escala de óxido for forjada no forjamento, formará buracos e cavidades na superfície, ou reduzirá o tamanho da secção transversal de trabalho da peça.

3) Saltos de matriz durante o processo de forjamento, que provocam a introdução secundária de incrustações de óxido na matriz de forjamento final e resultam em indentações no forjamento. Por conseguinte, é essencial limpar as incrustações de óxido das ranhuras da matriz após o salto da matriz antes de continuar o forjamento.

4) Formação de escória no fundo do forno, onde a escala de óxido adere fortemente ao metal, tornando impossível sacudi-la durante o forjamento e não podendo ser limpa durante a decapagem. Mesmo que este tipo de incrustações de óxido possa ser removido do forjamento, as dimensões do forjamento diminuem frequentemente.

 3. Amolgamento

A caraterística deste tipo de sucata é o dano mecânico. Os danos mecânicos ocorrem no forjado quando este é retirado das ranhuras da matriz de forjamento ou durante o manuseamento de peças forjadas a quente; ou durante o corte, quando objectos não relacionados (tais como folhas finas perfuradas) caem na matriz de corte causando danos mecânicos no forjado. Se a profundidade exceder a margem de maquinagem, o forjado é rejeitado.

 4. Forjamento danificado

O forjado é danificado por impacto antes de ser colocado com segurança na ranhura inferior da matriz ou enquanto se move dentro da ranhura da matriz. As razões para este tipo de sucata são as seguintes:

1) O operador não colocou corretamente a peça bruta na matriz de forjamento final ou na matriz de corte, ou o forjamento sofreu um impacto quando saltou para fora da ranhura da matriz.

2) O martelo de forjar tem fenómenos de impacto sobreposto, ou seja, pisar o pedal uma vez faz com que o martelo bata várias vezes, e o processamento é também efectuado em matrizes de forjar e matrizes de aparar defeituosas.

3) Durante o corte, se o forjamento não for colocado dentro da matriz, também danificará o forjamento. Os danos ao forjamento são causados principalmente pelo descuido do operador, e a única maneira de evitar danos ao forjamento é operar com cuidado.

 5. Fluxo incorreto

Normalmente, a distribuição da linha de fluxo de um forjamento é consistente com a forma do forjamento, como mostrado na Figura 6-36.

No entanto, se a ranhura da matriz de pré-forjamento for concebida de forma inadequada, se o operário trabalhar incorretamente, ou devido ao desgaste da matriz, a métodos inadequados de perturbação do bilete ou à colocação incorrecta do bilete na ranhura da matriz, pode causar um fluxo de metal irregular, resultando potencialmente em linhas de fluxo desordenadas e turbulentas.

As linhas de fluxo desordenadas podem levar a vários graus de declínio em vários indicadores de desempenho mecânico. Por conseguinte, para peças forjadas importantes, existem requisitos para a distribuição das linhas de fluxo.

Correntes parasitas, fluxo de passagem e defeitos de penetração de nervuras são causados pelas mesmas razões que a dobragem, tudo devido à distribuição não razoável de metal na secção transversal do tarugo ou ao volume do tarugo que excede muito o forjamento, causando um fluxo de metal severo e desigual durante o preenchimento da ranhura da matriz. Olhando para as formas de peças forjadas que são propensas a estes três defeitos, a maioria ocorre em peças forjadas com secções transversais em forma de "L", "Π" ou "T".

Embora estes três defeitos sejam causados por um fluxo de metal irregular, o grau de irregularidade varia, levando a consequências diferentes; os casos mais leves formam correntes de Foucault (ver Figura 6-37), os casos mais graves formam um fluxo de passagem (ver Figura 6-38) e os casos mais graves causam fissuras de penetração nas nervuras.

As correntes de Foucault e o fluxo contínuo acompanham frequentemente fenómenos de grão grosseiro, o que se deve ao facto de o metal em fluxo intenso tender a agregar-se e a recristalizar-se. Os resultados experimentais mostram que as correntes de Foucault e o fluxo de passagem têm pouco impacto na resistência da peça, mas têm um impacto significativo na plasticidade e o impacto mais grave no desempenho à fadiga e na resistência à corrosão.

 6. Deformação por forjamento

A deformação refere-se ao desvio da linha central e do plano do forjado em relação à forma correcta no diagrama de forjamento. Este defeito pode ocorrer durante o forjamento, o corte por punção, o transporte ou o tratamento térmico. A deformação produzida nestes casos pode ser remediada por métodos de correção. Existem processos de correção nos processos subsequentes do forjamento, tais como a correção na matriz de forjamento, num prensa hidráulicapor gravação em relevo ou manualmente.

(1) A deformação causada pela desmoldagem pode ser ilustrada comparando-a com o processo de remoção de uma peça fundida de um molde. A desmoldagem de uma peça fundida pode ser conseguida destruindo o molde de areia, enquanto que a desmoldagem de uma peça forjada deve ser feita de forma semelhante à forma como um padrão de madeira é removido de um molde de areia durante a fundição, extraindo a peça forjada da cavidade do molde.

Por conseguinte, para facilitar a desmoldagem de peças forjadas, é necessário aplicar o princípio da "dimensão de remoção de areia" - o cone para remoção de areia, a todas as paredes do molde que são perpendiculares à direção da pressão de forjamento, criando um determinado ângulo de inclinação, conhecido como ângulo de inclinação do forjamento (normalmente entre 5° e 12°).

Caso contrário, a peça forjada macia, espremida na cavidade do molde, só pode ser retirada à força com um alicate, o que deformaria a peça já forjada.

Algumas matrizes de forjamento são mal concebidas, exigindo a utilização de uma ferramenta afiada para retirar as peças forjadas, causando inevitavelmente deformações. Uma melhor abordagem consiste em prestar atenção à conicidade da matriz e minimizar a profundidade da cavidade do molde (o espaço vertical acima e abaixo da superfície de separação) relativamente à sua largura e, idealmente, menos do que o seu comprimento, para permitir que a peça forjada salte automaticamente para fora ou seja removida com um esforço mínimo.

(2) Deformação causada por perfuração ou corte Devido a perfurações de corte imprecisas ou a uma má conceção da matriz, os perfis de corte complexos com secções transversais finas podem deformar-se e as peças forjadas longas ficam frequentemente dobradas devido à deformação do corte.

(3) Deformação causada pelo arrefecimento pós-forjamento ou pelo tratamento térmico Um arrefecimento desigual após o forjamento ou métodos de aquecimento e arrefecimento incorrectos durante o tratamento térmico podem causar deformação. As deformações comuns incluem a flexão de peças forjadas de eixo longo, que podem ser corrigidas por endireitamento.

Para aço de médio e baixo carbono e peças forjadas em aço estrutural de baixa liga, se a curvatura for inferior a 10 mm, pode ser corrigida a frio; grandes deformações em aço forjado ou em vários aços-ferramenta de liga, peças forjadas em aço estrutural de média liga de carbono devem ser corrigidas a quente ou recozidas após o endireitamento para aliviar a tensão.