Forjamento a quente e forjamento a frio são dois processos diferentes de conformação de metal que podem fornecer resultados semelhantes. Forjamento é o processo de usar certas ferramentas e equipamentos para deformar um metal em uma forma predeterminada - a deformação é realizada usando processos de forjamento a quente, forjamento a frio ou mesmo forjamento a quente. Em última análise, os fabricantes considerarão muitos padrões antes de selecionar o tipo de forjamento mais adequado para uma aplicação específica. No caso em que a disposição da estrutura dos grãos confere à peça características direcionais, o forjamento é utilizado para alinhar os grãos de forma que resistam ao maior esforço que a peça irá encontrar. Em contraste, a fundição e o processamento mecânico normalmente têm menos controle sobre o arranjo das estruturas dos grãos.
processo de forjamento
O forjamento é definido como a formação ou deformação de um metal em seu estado sólido. Muitos processos de forjamento são concluídos por recalque, no qual o martelo ou percutor se move horizontalmente para pressionar a extremidade da haste ou haste para alargar e alterar o formato da extremidade. Antes de atingir a forma final, a peça geralmente passa por estações de trabalho contínuas. Parafusos de alta resistência são 'cabeça fria' desta forma. A válvula do motor também é formada por perturbação.
No forjamento com martelo, a peça é martelada na forma da peça acabada no molde, que é muito semelhante ao forjamento em matriz aberta de um ferreiro. Nesse caso, o metal é martelado na forma desejada contra a bigorna. Há uma diferença entre o forjamento em matriz aberta e o forjamento em matriz fechada. No forjamento, o metal nunca é completamente constrangido pelo molde. Em moldes fechados ou prensados, o metal forjado é limitado entre meios moldes. Martelar repetidamente o molde força o metal em sua forma, e as duas metades do molde acabam se encontrando. A energia de um martelo pode ser fornecida por vapor ou meios pneumáticos, mecânicos ou hidráulicos. No verdadeiro forjamento com martelo de queda, a gravidade sozinha empurra o martelo para baixo, mas muitos sistemas usam assistência de força combinada com a gravidade. O martelo fornece uma série de golpes de velocidade relativamente alta e baixa força para fechar o molde.
No forjamento por pressão, a alta pressão substitui a alta velocidade, e a metade do molde é fechada em um único golpe normalmente fornecido por um parafuso de força ou cilindro hidráulico. O forjamento por martelo é geralmente usado para produzir peças menores, enquanto o forjamento por prensa é geralmente usado para produção em massa e automação. A aplicação lenta de forjamento por pressão geralmente processa o interior das peças melhor do que o martelamento e é normalmente aplicada a peças grandes de alta qualidade, como anteparas de aeronaves de titânio. Outros métodos de forjamento especializados variam de acordo com esses temas básicos: por exemplo, pistas de rolamentos e grandes anéis de engrenagem são feitos por meio de um processo chamado forjamento de anel rolante, que pode produzir peças circulares sem costura.
forjamento a quente
Quando uma peça de metal é forjada a quente, ela deve ser significativamente aquecida. A temperatura média de forjamento necessária para o forjamento a quente de diferentes metais é:
Aço até 1150 graus C
360 a 520 graus C para ligas de alumínio
700 a 800 graus C (liga de cobre)
No processo de forjamento a quente, os tarugos ou tarugos de aço são aquecidos por indução ou aquecidos a uma temperatura acima do ponto de recristalização do metal em um forno ou fornalha de forjamento. Este calor extremo é necessário para evitar o encruamento dos metais durante a deformação. Devido ao estado plástico do metal, ele pode ser feito em formas bastante complexas. O metal mantém a ductilidade e a ductilidade.
Para forjar certos metais, como as superligas, é utilizado um tipo de forjamento a quente chamado forjamento isotérmico. Aqui, o molde é aquecido aproximadamente à temperatura do tarugo para evitar o resfriamento da superfície das peças durante o processo de forjamento. Às vezes, o forjamento é realizado em atmosfera controlada para minimizar a formação de incrustações de óxido.
Tradicionalmente, os fabricantes escolhem o forjamento a quente para fabricar peças porque permite que o material se deforme em um estado plástico, tornando o metal mais fácil de usinar. O forjamento a quente também é recomendado para deformação de metal com alta conformabilidade, que é um indicador de quanta deformação um metal pode suportar sem produzir defeitos. Outras considerações para forjamento a quente incluem:
Produção de peças discretas
Precisão média a baixa
Baixa tensão ou baixo endurecimento de trabalho
Estrutura de grão homogênea
Aumentar a ductilidade
Elimine a incompatibilidade química e a porosidade
As possíveis desvantagens do forjamento a quente incluem:
Tolerâncias menos precisas
O material pode deformar durante o processo de resfriamento
Diferentes estruturas de grãos de metal
Possíveis reações entre a atmosfera circundante e os metais (descamação)
Forjamento a frio (ou conformação a frio)
O forjamento a frio faz com que o metal se deforme abaixo de seu ponto de recristalização. O forjamento a frio melhora significativamente a resistência à tração e resistência ao escoamento, reduzindo a ductilidade. O forjamento a frio geralmente é realizado próximo à temperatura ambiente. O metal mais comum em aplicações de forjamento a frio geralmente é o aço padrão ou o aço de liga de carbono. O forjamento a frio é geralmente um processo de matriz fechada.
Quando o metal já é um metal macio (como o alumínio), geralmente é preferível o forjamento a frio. Esse processo costuma ser mais barato que o forjamento a quente, e o produto final dificilmente requer usinagem de precisão. Às vezes, quando o metal é forjado a frio na forma desejada, o tratamento térmico é realizado após a remoção da tensão superficial residual. Devido à melhoria da resistência do metal pelo forjamento a frio, materiais de qualidade inferior às vezes podem ser usados para produzir peças utilizáveis que não podem ser feitas do mesmo material por meio de usinagem ou forjamento a quente.
Os fabricantes podem escolher o forjamento a frio em vez do forjamento a quente por vários motivos - porque as peças forjadas a frio requerem pouca ou nenhuma usinagem de precisão, e esta etapa no processo de fabricação geralmente é opcional, economizando dinheiro. O forjamento a frio também é menos suscetível a problemas de poluição, resultando em melhor acabamento superficial geral dos componentes. Outros benefícios do forjamento a frio incluem:
Mais fácil de atribuir características direcionais
Melhorar a reprodutibilidade
Aumentar controle de tamanho
Manuseio de alta tensão e altas cargas de molde
Produção de peças limpas ou quase limpas
Algumas possíveis desvantagens incluem:
A superfície do metal deve estar limpa e livre de incrustações de óxido antes do forjamento
Baixa ductilidade dos metais
Estresse residual pode ocorrer
Necessita de equipamentos mais pesados e potentes
Precisa de ferramentas mais poderosas
Forjamento a quente
O forjamento a quente é realizado a temperaturas inferiores à temperatura de recristalização, mas superiores à temperatura ambiente para superar as deficiências e obter as vantagens do forjamento a quente e a frio. A formação de película de óxido não é um problema e, em comparação com o forjamento a quente, a tolerância pode ser menor. Comparado ao forjamento a frio, o custo do molde é menor e a força necessária para a fabricação também é menor. Comparado ao trabalho a frio, reduz o encruamento e melhora a ductilidade.
Aplicativo
Na indústria automotiva, o forjamento é usado para fabricar peças de suspensão, como braço intermediário e eixo, e peças de powertrain, como biela e engrenagem de transmissão. Peças forjadas são comumente usadas para hastes de válvulas de tubulações, corpos de válvulas e flanges, às vezes feitos de liga de cobre para aumentar a resistência à corrosão. Ferramentas manuais como chaves são geralmente forjadas, com muitos cabos de aço