La forja en calent i la forja en fred són dos processos diferents de conformació de metalls que poden proporcionar resultats similars. La forja és el procés d'utilitzar determinades eines i equips per deformar un metall en una forma predeterminada; la deformació s'aconsegueix mitjançant processos de forja en calent, forja en fred o fins i tot processos de forja en calent. En última instància, els fabricants tindran en compte molts estàndards abans de seleccionar el tipus de forja més adequat per a una aplicació específica. En el cas en què la disposició de l'estructura del gra dota a la peça de característiques direccionals, s'utilitza la forja per alinear els grans de manera que puguin resistir la màxima tensió que trobarà la peça. En canvi, la fosa i el processament mecànic solen tenir menys control sobre la disposició de les estructures de gra.
Procés de forja
La forja es defineix com la formació o deformació d'un metall en estat sòlid. Molts processos de forja es completen mitjançant el revolt, en el qual el martell o el percutor es mou horitzontalment per pressionar l'extrem de la vareta o vareta per eixamplar i canviar la forma de l'extrem. Abans d'arribar a la forma final, la peça sol passar per estacions de treball contínues. D'aquesta manera, els cargols d'alta resistència tenen un "cap fred". La vàlvula del motor també es forma per revolt.
En la forja amb martell de gota, la peça es martelleja en la forma de la peça acabada al motlle, que és molt semblant a la forja amb matriu obert d'un ferrer. En aquest cas, el metall es martelleja amb la forma desitjada contra l'enclusa. Hi ha una diferència entre la forja de matriu oberta i la forja de matriu tancada. A la forja de matrius, el metall mai està completament restringit pel motlle. En motlles tancats o premsats, el metall forjat es limita entre mig motlle. El martell repetit del motlle obliga el metall a adoptar la seva forma i les dues meitats del motlle finalment es troben. L'energia d'un martell pot ser proporcionada per vapor o mitjans pneumàtics, mecànics o hidràulics. En la forja de martell de caiguda real, la gravetat per si sola empeny el martell cap avall, però molts sistemes utilitzen l'assistència elèctrica combinada amb la gravetat. El martell proporciona una sèrie de cops de baixa força i velocitat relativament alta per tancar el motlle.
En la forja a pressió, l'alta pressió substitueix l'alta velocitat, i la meitat del motlle es tanca en una sola carrera que normalment proporciona un cargol de potència o un cilindre hidràulic. La forja amb martell s'utilitza normalment per produir peces més petites, mentre que la forja a premsa s'utilitza normalment per a la producció en massa i l'automatització. L'aplicació lenta de la forja a pressió sovint processa l'interior de les peces millor que el martell, i normalment s'aplica a peces grans d'alta qualitat, com ara mampares d'avions de titani. Altres mètodes de forja especialitzats varien en funció d'aquests temes bàsics: per exemple, les curses de coixinets i els grans anells d'engranatge es fabriquen mitjançant un procés anomenat forja amb anells de rodament, que pot produir peces circulars sense costures.
Forja en calent
Quan una peça de metall està forjada en calent, s'ha d'escalfar significativament. La temperatura mitjana de forja necessària per a la forja en calent de diferents metalls és:
Acer fins a 1150 graus C
De 360 a 520 graus C per als aliatges d'alumini
700 a 800 graus C (aliatge de coure)
En el procés de forja en calent, les palanxes o palanxes d'acer s'escalfen per inducció o s'escalfen a una temperatura superior al punt de recristal·lització del metall en un forn o forn de forja. Aquesta calor extrema és necessària per evitar l'enduriment per deformació dels metalls durant la deformació. A causa de l'estat plàstic del metall, es pot fer en formes força complexes. El metall manté la ductilitat i la ductilitat.
Per tal de forjar determinats metalls, com els superaliatges, s'utilitza un tipus de forja en calent anomenada forja isotèrmica. Aquí, el motlle s'escalfa a aproximadament la temperatura de la palangana per evitar el refredament superficial de les peces durant el procés de forja. La forja de vegades es porta a terme en una atmosfera controlada per minimitzar la formació d'escala d'òxid.
Tradicionalment, els fabricants trien la forja en calent per fabricar peces perquè permet que el material es deformi en estat plàstic, facilitant la mecanització del metall. La forja en calent també es recomana per a la deformació de metalls amb alta conformabilitat, que és un indicador de quanta deformació pot suportar un metall sense produir defectes. Altres consideracions per a la forja en calent inclouen:
Producció de peces discretes
Precisió mitjana a baixa
Baix estrès o baix enduriment per treball
Estructura de gra homogènia
Augmentar la ductilitat
Eliminar la incompatibilitat química i la porositat
Els possibles inconvenients de la forja en calent inclouen:
Toleràncies menys precises
El material es pot deformar durant el procés de refrigeració
Diferents estructures de gra metàl·lic
Possibles reaccions entre l'atmosfera circumdant i els metalls (escala)
Forja en fred (o conformació en fred)
La forja en fred fa que el metall es deformi per sota del seu punt de recristal·lització. La forja en fred millora significativament la resistència a la tracció i la resistència a la fluència alhora que redueix la ductilitat. La forja en fred es realitza generalment a temperatura ambient. El metall més comú en aplicacions de forja en fred sol ser l'acer estàndard o l'acer d'aliatge al carboni. La forja en fred sol ser un procés de matriu tancat.
Quan el metall ja és un metall tou (com l'alumini), normalment es prefereix la forja en fred. Aquest procés sol ser més barat que la forja en calent, i el producte final gairebé no requereix mecanitzat de precisió. De vegades, quan el metall es forja en fred en la forma desitjada, el tractament tèrmic es realitza després d'eliminar l'estrès superficial residual. A causa de la millora de la resistència del metall mitjançant la forja en fred, de vegades es poden utilitzar materials de grau inferior per produir peces utilitzables que no es poden fer del mateix material mitjançant mecanitzat o forja en calent.
Els fabricants poden triar la forja en fred sobre la forja en calent per diverses raons, perquè les peces forjades en fred requereixen poca o cap mecanitzat de precisió, i aquest pas del procés de fabricació sol ser opcional, estalviant-se així diners. La forja en fred també és menys susceptible a problemes de contaminació, donant lloc a un millor acabat de la superfície general dels components. Altres avantatges de la forja en fred inclouen:
Més fàcil d'assignar característiques direccionals
Millorar la reproductibilitat
Augmenta el control de mida
Maneig de fortes tensions i altes càrregues de motlle
Producció de peces netes o gairebé netes
Alguns possibles inconvenients inclouen:
La superfície metàl·lica ha d'estar neta i lliure d'escala d'òxid abans de forjar
Poca ductilitat dels metalls
Es pot produir estrès residual
Necessiteu equips més pesats i potents
Necessites eines més potents
Forja calenta
La forja calenta es realitza a temperatures inferiors a la temperatura de recristal·lització però superiors a la temperatura ambient per superar les mancances i obtenir els avantatges de la forja en fred i en calent. La formació de pell d'òxid no és un problema i, en comparació amb la forja en calent, la tolerància pot ser menor. En comparació amb la forja en fred, el cost del motlle és menor i la força necessària per a la fabricació també és menor. En comparació amb el treball en fred, redueix l'enduriment per deformació i millora la ductilitat.
Aplicació
A la indústria de l'automòbil, la forja s'utilitza per fabricar peces de suspensió, com ara el braç i l'eix rodó, i peces del tren de propulsió com ara la biela i l'engranatge de transmissió. Les forjades s'utilitzen habitualment per a tiges de vàlvules de canonades, cossos de vàlvules i brides, de vegades fetes d'aliatge de coure per augmentar la resistència a la corrosió. Les eines manuals com les claus solen ser forjades, amb moltes cordes de filferro