Forja de Carbono y Aleaciones Aceros y Aluminio

7/24/2019 Forja de Carbono y Aleaciones Aceros y Aluminio

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Traduccin Handbook volumen 15 Forming and Forging, pgina 470

Forja de carbono aleacione! "cero!

In#roduccin

Carbono y aceros aleados son con mucho los materiales forjados mscomunes, y se forjan fcilmente en una amplia variedad de formas utilizando

caliente, calentamiento, o procesos y equipos estndar (ver las secciones fro

forja "Forjando rocesos "y" !quipamiento de forja y muere "en este volumen#

$ pesar de la %ran cantidad de composiciones disponibles, todos los materiales

de esta cate%ora presentan caractersticas esencialmente forja similar# &as

e'cepciones a esto son aceros que contienen aditivos de maquinado libre tales

como sulfuros estos materiales son ms difciles de falsi)car que son %rados

de mecanizado que no son libres#

!n %eneral, la capacidad de forjado en caliente de aceros al carbono y de

aleaci*n de mejora a medida que aumenta la tasa de deformaci*n# &a mejoraen trabajabilidad se ha atribuido principalmente a la aumento de calor de la

deformaci*n %enerada a altas velocidades de deformaci*n#

+elecci*n de forjar temperaturas para aceros al carbono y de aleaci*n se basa

en el contenido de carbono, composici*n de la aleaci*n, el ran%o de

temperatura *ptima para la plasticidad, y la cantidad de reducci*n requerida

para forjar la pieza de trabajo# e estos factores, contenido de carbono tiene la

mayor in-uencia sobre las temperaturas de forja con lmite superior# &a .abla /

muestra el forjado en caliente tpico temperaturas para una variedad de aceros

al carbono y de aleaci*n se puede observar que, en %eneral, las temperaturas

de forja disminuyen con el aumento de contenido de carbono y aleaci*n#


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Fuente0 1ef /


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$ceros se han forjado en cantidad ya que cerca del comienzo de la 1evoluci*n

Industrial# $ pesar de (o quizs debido a esta lar%a historia , la forja de aceros

es un proceso intuitivo , emprico, y la literatura sobre el tema es relativamente

escasa# !n este artculo trataremos de presentar los datos de forjabilidad para

aceros al carbono y aleados siempre que sea posible , y proporcionar al%una

lineamientos %enerales para la forja de estos materiales# !l procesamientotermomecnico de alta resistencia y baja aleaci*n ( microaleados aceros de

forja tambi2n se discutirn

$ompor#amien#o de %orja en calien#e

&a forja en caliente de aceros al carbono y de aleaci*n en formas intrincadas

rara vez limitado por aspectos forjabilidad con la e'cepci*n de los %rados de

maquinado libre mencionadas anteriormente # e espesor de corte , forma la

complejidad y el tama3o de la forja se limitan principalmente por el

enfriamiento que se produce cuando la pieza de trabajo calentada entra en

contacto con los troqueles fros# or esta raz*n el equipo que tiene tiempos decontacto de matriz relativamente cortos , tales como martillos , a menudo se

pre)ere para forjar formas intrincadas en de acero #

Forjabilidad

4ot 5.6ist ruebas# 7na forma com8n de medir la capacidad de forjado deaceros es la prueba en caliente %iro# Como su nombre implica, esta prueba

implica la torsi*n de la barra de muestras calentadas a la fractura en un

n8mero de diferentes temperaturas seleccionadas para cubrir el posible ran%o

de temperatura de trabajo en caliente del material de ensayo# !l n8mero de

%iros a la fractura, as como la par necesario para mantener la torsi*n a una

velocidad constante, se inform*# &a temperatura a la cual el n8mero de

torsiones es la ms %rande, si e'iste un m'imo tal, se supone que es la

temperatura de trabajo en caliente *ptima del material de ensayo# Fi%ura /

muestra forjabilidad de varios aceros al carbono se%8n las pruebas realizadas

en caliente %iro# 9s informaci*n sobre la prueba en caliente %iro es disponible

en 1ef# :, ;, y


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Fi%# / For%eabilities de diversos aceros al carbono como determinaron

utilizando pruebas en caliente torsi*n # Fuente0 1ef : #

ra! prueba! %orjabilidad'=umerosas otras pruebas se utilizan para

evaluar la capacidad de forjado de aceros, incluyendo0

> &a prueba de cu3a forja, en el que se forja un esp2cimen forma de cu3a entre

matrices planas y la vertical deformaci*n que causa a%rietamiento se establece

> &a prueba de presi*n lateral, que consiste en comprimir una muestra de barra

cilndrica entre plana, paralela muere con el eje del cilindro paralelo a los

troqueles# &os e'tremos del cilindro son sin restricciones, y forjabilidad se mide

por la cantidad de deformaci*n obtenido antes de craqueo

> &a prueba molesto, en el que un cilindro se comprime entre matrices planas y

las cepas de la super)cie de rotura en el ecuador del cilindro se miden

> &a prueba de malestar5bar con muescas, que es similar a la prueba de

malestar la e'cepci*n de que las muescas a'iales se mecanizan en la muestra

de ensayo para introducir altos niveles de esfuerzos locales# !stas tensiones

ms altas pueden ser ms indicativo de las tensiones e'perimentadas durante

las operaciones de forja reales que los producidos en la prueba estndar de

malestar

> &a prueba de tracci*n en caliente, que a menudo se utiliza un aparato de

prueba especial para variar ambas velocidades de deformaci*n y temperaturas

en un amplio ran%o

Informaci*n ms detallada sobre estos procedimientos de ensayo, as como

otras t2cnicas utilizadas para evaluar la viabilidad de mayor materiales, est

disponible en los artculos de la secci*n "!valuaci*n de viabilidad" en este

volumen y en 1ef ? y @#


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(%ec#o de la velocidad de de%ormacin en %orjabilidad# Como se ha

indicado anteriormente, la capacidad de forjado de aceros %eneralmente

aumenta con el aumento de la velocidad de deformaci*n# !ste efecto ha sido

demostrado para el acero bajo en carbono en las pruebas en caliente %iro (Fi%#

: , donde el n8mero de %iros a los aumentos de fracaso con el aumento de

velocidad de %iro # +e cree que esta mejora en la capacidad de forjado enmayor cepa tasas es debido al aumento de calor de la deformaci*n producida

en altas velocidades de deformaci*n # &os aumentos de temperatura e'cesivos

de calor de la deformaci*n , sin embar%o , puede conducir a la fusi*n incipiente

, lo que puede reducir forjabilidad y propiedades mecnicas

Fi%# : In-uencia de la velocidad de deformaci*n en las caractersticas encaliente de la torcedura de aceros bajos en carbono en /AB? C (:AAA F #

Fuente0 1ef D #

Flujo e!#r)! la pre!in de %orja

!l -ujo tensiones y las presiones de forja se pueden obtener de las curvas de

par de torsi*n %enerado en las pruebas en caliente de torsi*n o de

hotcompression o probar la tensi*n# &a Fi%ura ; muestra el par frente a las

curvas de temperatura para varios aceros al carbono y de aleaci*n

obtenida de las pruebas en caliente %iro # !stos datos muestran que los

requisitos de presi*n de forja relativas para este %rupo de aleaciones hacen no

variar ampliamente a temperaturas de forja en caliente normales# 7na curva

de $I+I tipo ;A< acero ino'idable se incluye para ilustrar la efecto del contenido

de mayor aleaci*n en la fuerza de -ujo#


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Fi%# ; 1esistencia de la deformaci*n frente a la temperatura para varios aceros

al carbono y de aleaci*n# Fuente0 1ef D #

&a )%ura < muestra las mediciones de presi*n de forja reales para /A:A y


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Fi%# < Forjar presi*n frente a la temperatura para tres aceros# &os datos se

muestran para las reducciones de /A y ?A E# elocidad de deformaci*n se

mantuvo constante a A,D s 5 / # Fuente0 1ef B

(%ec#o de la velocidad de de%ormacin en la %orja de pre!in

Forja presiones requeridas para un aumento dado de acero con el aumento

velocidad de deformaci*n# !studios de acero de bajo carbono (1ef G indican

que la in-uencia de la velocidad de deformaci*n es ms pronunciada en mayor

forjar temperaturas# !ste efecto se ilustra en la Fi%# ?, lo que da curvas tensi*n5

deformaci*n para un acero de bajo carbono forjado en temperaturas y

velocidades de deformaci*n diferentes #


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Fi%# ? presi*n de forja de acero de bajo carbono molestar a varias temperaturas

y dos velocidades de deformaci*n# Fuente0 1ef G# !fectos similares se hanobservado en los aceros de aleaci*n#

&a Fi%ura @ muestra las presiones de forja requieren malestar de acero


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Fi%# @ forja de presi*n para $I+I


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Fi%# Hancho forjado D acero


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Fi%# B !fecto de la reducci*n de trabajo en caliente en la fuerza de impacto de

acero 5 nquel5cromo con tratamiento t2rmico # relaci*n Forjando es la relaci*ndel rea de secci*n transversal inicial al rea de secci*n transversal )nal#

Fuente 0 1ef /: #

&as propiedades mecnicas lon%itudinales tpicos de piezas forjadas de acero

de bajo y medio carbono en el recocido , normalizado , y apa%aron y

condiciones templado se enumeran en la .abla :# Como era de esperar , la

fuerza aumenta con el aumentocontenido de carbono , mientras que la

ductilidad disminuye#

.abla : propiedades lon%itudinales de piezas forjadas de acero al carbono en

cuatro contenidos de carbono


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+e debe reconocer que las piezas de forja cerrada morir por la mayor parte son

de palanquillas forjado que han recibido considerable trabajo previo# Forjas

Kpen5die, sin embar%o, se pueden hacer ya sea de palanquillas forjado o como

fundido en lin%otes# 9etal -uye en varias direcciones durante la forja cerrada5

matriz# or ejemplo, en la forja de una forma de costilla y 6eb tal como unacomponente de fuselaje, casi todo el -ujo de metal es en la direcci*n

transversal# icho -ujo transversal mejora la ductilidad en ese direcci*n con

poca o nin%una reducci*n en la ductilidad lon%itudinal# uctilidad transversal

posiblemente podra i%ualar o superar ductilidad lon%itudinal si las reducciones

de forja eran lo su)cientemente %rande y si el -ujo de metal fueron

principalmente en la direcci*n transversal# !fectos similares se observan en el


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atropello de palanquillas forjado# !n este caso, sin embar%o, el eje lon%itudinal

ori%inal de la el material se acorta por recalcado, y el desplazamiento lateral de

metal es en la direcci*n radial# 1educciones cuando est alterado e'ceda de

apro'imadamente ?AE, la ductilidad en la direcci*n radial e'cede

%eneralmente que en la direcci*n a'ial (Fi%# /A

Fi%# /A in-uencia tpica de la reducci*n de malestar en la ductilidad a'ial y

radial de aceros forjados


+ubrican#e! de %orja(1ef# /


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Criterio e +elecci*n# +elecci*n de lubricante para la forja se basa en varios

factores, como la temperatura de forja, die la temperatura, la creaci*n de

equipos, el m2todo de aplicaci*n del lubricante, la complejidad de la pieza que

se forj* y ambiental y las consideraciones de se%uridad# $ temperaturas de

forja en caliente normales para aceros al carbono y de aleaci*n, lubricantes de

%ra)to a base de a%ua se utilizan casi e'clusivamente, aunque al%unas tiendas

de martillo todava pueden emplear %ra)to a base de aceite# !l ran%o de

temperatura5caliente formando ms com8n para aceros al carbono y de

aleaci*n es ?


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"condicionamien#o de !uper/cie!#

roductos de acero semiterminados para la forja pueden estar condicionados

por escarpado, picar o moler a eliminar o minimizar imperfecciones de la

super)cie# ebe tenerse en cuenta que, independientemente de

acondicionamiento de la super)cie , el producto todava es probable que

conten%a al%unas imperfecciones de la super)cie#

*e!o #olerancia! para palanuilla! , #oco!, y losas son a menudo M ? E

para piezas individuales o por lotes que pesan menos de /G 9% ( :A toneladas

# 7n mont*n de peso superior a que con frecuencia son objeto de ponderar las

tolerancias de M :,? E #

$u##ing# roductos de acero semiterminados para la forja en %eneral se cortan

a la lon%itud de esquila caliente# ependiendo del acero composici*n ,

aserrado o corte con llama caliente tambi2n se pueden utilizar #

$alidad, como el t2rmino se aplica a los productos de acero semiterminadospara la forja , depende de muchos factores diferentes , incluyendo el %rado de

solidez interna , relativa uniformidad de la composici*n qumica y la libertad

relativa de imperfecciones de la super)cie #

+a %orja de acero !emiacabadocalidad se utiliza en aplicaciones de forjado

en caliente que pueden implicar el tratamiento t2rmico posterior operaciones

de mecanizado # .ales aplicaciones requieren relativamente cerca de control de

la composici*n qumica y la fabricaci*n de acero #roductos de acero al

carbono y de aleaci*n de calidad de forja se producen a las pautas descritas en

la referencia /?

2e#alurgia de polvo!(9 L aceros estn tambi2n forj* desde ambos

preformas sinterizadas y verdes preformas ( no sinterizados # &a informaci*n

detallada de la forja de aceros L 9 y las propiedades de los productos

resultantes est disponible en el artculo" &a forja de polvo " en este volumen #


Tra#amien#o #)rmico de carbono aleacione! de acero de %orja 3 e%

1 6

=ormalmente piezas forjadas de acero son especi)cados por el comprador enuna de cuatro condiciones principales 0 como forjado sin ms t2rmica

procesamiento con tratamiento t2rmico para maquinabilidad con

tratamiento t2rmico para las propiedades mecnicas L fsicas )nales o

especialmente tratado t2rmicamente para mejorar la estabilidad dimensional,

particularmente en con)%uraciones de piezas ms complejas#


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$omo %orjado# $unque la %ran mayora de piezas forjadas de acero son

tratados con calor antes de su uso , un %ran tonelaje de acero de bajo carbono

(A,/A a A,:?E C se utiliza en la condici*n como forjado # !n tales piezas

forjadas , maquinabilidad es buena, y poco se %ana en t2rminos de la fuerza

por tratamiento t2rmico# e hecho, un n8mero de $+.9 ampliamente utilizado

y las especi)caciones federales permite este econ*mica opci*n# .ambi2n esinteresante observar que , en comparaci*n con las propiedades producidas por

la normalizaci*n , la fuerza y la maquinabilidad

Tra#ado! #)rmicamen#e para mauinabilidad# Cuando un componente

mecanizado acabado debe ser producido a partir de una ms o menos

dimensionado de forja , la maquinabilidad se convierte en una consideraci*n

vital para optimizar la vida de la herramienta, aumentar la productividad, o

ambos# &a comprar especi)caci*n o forjar dibujo puede especi)car el

tratamiento t2rmico# +in embar%o , cuando las especi)caciones dan s*lo

m'ima dureza o especi)caciones microestructurales , deben seleccionar el

ciclo t2rmico ms econ*mica y e)caz #.ratamientos t2rmicos disponiblesincluyen recocido completo , recocido spheroidize , recocido subcrtico ,

normalizar o normalizan y temperamento #!l tratamiento t2rmico ele%ido

depende de la composici*n del acero y las operaciones de la mquina que se

realizar# al%unos de acero las cali)caciones son intrnsecamente suave , otros

se vuelven bastante duro en el enfriamiento de la temperatura de acabado

despu2s de forja en caliente # al%unos tipo de recocido se requiere

%eneralmente o especi)cados para mejorar la maquinabilidad son li%eramente

mejor, que es ms probablemente atribuible al hecho de que el tama3o de

%rano es al%o ms %ruesa que en el normalizada condici*n#

Tra#amien#o #)rmico a /nale! *ropiedade! F!ica!#

&a normalizaci*n o normalizaci*n y revenido puede producir el requerido

dureza mnima y resistencia mnima a la rotura por tracci*n# +in embar%o, para

la mayora de los aceros, un endurecimiento (austenitize y enfriamiento rpido

(en aceite, a%ua, o al%8n otro medio, dependiendo del tama3o de secci*n y

templabilidad se emplea ciclo, se%uido de un revenido para producir las

propiedades de dureza, resistencia, ductilidad y de impacto adecuadas# ara

piezas forjadas de acero sean de calor tratada por encima del /,A;< 9a (/?A

Jsi nivel de fuerza y que tiene variaciones de tama3o de secci*n, es prctica

%eneral para normalizar antes de austenizaci*n para producir un tama3o de%rano uniforme y minimizar las tensiones residuales internas# !n al%unos

casos, es prctica com8n de utilizar el calor para forjar como el ciclo de

austenizaci*n y para saciar a la unidad de forja# &a forja es entonces templado

para completar el ciclo de tratamiento t2rmico# $unque hay limitaciones obvias

de este procedimiento, las economas son de)nitivas posible cuando el

procedimiento es aplicable (por lo %eneral para las formas sim2tricas de aceros


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al carbono que requieren poca de)nitiva mecanizado# .ratamientos t2rmicos

especiales son a veces

Tra#amien#o! #)rmico! e!peciale!

$ veces se utilizan para controlar la distorsi*n dimensional, aliviar tensiones

residuales antes o despu2s operaciones de mecanizado, evitar enfriamientoa%rietamiento o prevenir los choques t2rmicos o super)cie (caso de

endurecimiento# $unque la mayor parte de los ciclos de tratamiento t2rmico

discutidos anteriormente se puede aplicar, pueden ser necesarios tratamientos

muy espec)cos# !stos tratamientos suelen aplicar a con)%uraciones complejas

de forja con diferencias adyacentes en el espesor de corte, o con los aceros de

muy alta templabilidad y aleaciones# Cuando la estabilidad de las piezas

acabadas dimensionados crticamente permite s*lo la luz de mecanizado de la

forja despu2s de calor tratamiento a las propiedades )nales, tratamientos

especiales estn disponibles, incluyendo marquenchin% (martemple, aliviar el

estr2s, y m8ltiple de templado# 9uchas aplicaciones, como los ci%Ne3ales,rboles de levas, en%ranajes, cilindros forjados, anillos, al%unos cojinetes, y

otras mquinas componentes, requieren una mayor dureza de la super)cie de

resistencia al des%aste# &as super)cies importantes son %eneralmente

endurecen despu2s de mecanizado por llama o endurecimiento por inducci*n,

cementaci*n, carbonitruraci*n, o nitruraci*n# !stos procesos se enumeran en la

orden apro'imada de costo creciente y la disminuci*n de la temperatura

m'ima# !sta 8ltima consideraci*n es importante en que distorsi*n

dimensional %eneralmente disminuye con la disminuci*n de la temperatura#

!sto es particularmente cierto de nitruraci*n, que es %eneralmente se realiza

por debajo de la temperatura de revenido para el acero utilizado en la forja# &a

informaci*n detallada de calor las prcticas de tratamiento de aceros al

carbono y de aleaci*n est disponible en .ratamiento de calor, olumen < del

9anual de $+9#

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