Efectos y defectos de la forja en polvo sobre el metal de forja

A finales del siglo pasado, se desarrolló con éxito en el extranjero un nuevo proceso de formación de plástico y metal, la forja en polvo, que ha forjado sucesivamente engranajes planetarios diferenciales de automóviles y piezas forjadas de bielas, y ha construido la primera línea de producción de forja en polvo. Es un método de procesamiento de metales sin corte competitivo desarrollado mediante la combinación orgánica de la tecnología de pulvimetalurgia tradicional con la forja de precisión. Utilizando polvo de metal como materia prima, se preforma y prensa en una atmósfera protectora, se calienta y se sinteriza como una pieza en bruto de forja y se forja en una prensa de una sola vez para lograr una forja de matriz de precisión sin rebabas y obtener piezas forjadas de precisión con la misma densidad y forma compleja que la forja de matriz ordinaria.

No solo tiene las ventajas del buen rendimiento de conformado de la pulvimetalurgia, sino que también desempeña el papel de deformación por forja en el cambio de la organización y las propiedades de los materiales metálicos, y ha logrado nuevos avances en la producción de pulvimetalurgia y la tecnología de forjado. Es una disciplina profesional marginal, especialmente adecuada para la producción en masa de piezas estructurales de alta resistencia y formas complejas. Por lo tanto, tiene una gran importancia de promoción en varios campos industriales.

Flujo del proceso de forjado de polvo
El proceso general de forjado en polvo consiste en formar un polvo con una fórmula y una mezcla adecuadas de la misma manera que se fabrican las piezas sinterizadas ordinarias, y convertirlo en una preforma de baja densidad, que se utiliza como pieza bruta de forja para el forjado en caliente después de la sinterización. Cuando la preforma contiene un lubricante, se debe añadir un proceso de eliminación de lubricante antes de la sinterización. Si se enfría después de la sinterización, se debe recalentar antes de la forja. Por lo general, se requiere cierto grado de mecanizado antes del tratamiento térmico después de la forja. Durante todo el proceso, excepto en el forjado a corto plazo, todo el calentamiento se lleva a cabo en una atmósfera protectora antioxidante.

En comparación con la forja en matriz, la forja en polvo tiene las siguientes ventajas:

01 Alta tasa de utilización de material, alcanzando más del 90%. La tasa de utilización de material de la forja en matriz es solo de alrededor del 50%.

02 Altas propiedades mecánicas. El material es uniforme y no anisotrópico, con alta resistencia, plasticidad y tenacidad al impacto.

03 Las piezas forjadas tienen una alta precisión y superficies lisas, y se puede lograr poco o ningún corte.

(I) La influencia de la forja en la estructura y el rendimiento del metal
En la producción de forja, además de garantizar la forma y el tamaño requeridos de la pieza forjada, también se deben cumplir los requisitos de rendimiento de las piezas durante el uso, incluidos: índice de resistencia, índice de plasticidad, tenacidad al impacto, resistencia a la fatiga, grado inicial de fractura y resistencia a la corrosión bajo tensión, etc. Para las piezas que funcionan a altas temperaturas, también existen propiedades de tracción instantánea a alta temperatura, rendimiento de resistencia, rendimiento antideformación y rendimiento de fatiga térmica. Las materias primas utilizadas para la forja son lingotes, materiales laminados, materiales extruidos y palanquillas de forja. Los materiales laminados, los materiales extruidos y las palanquillas de forja son productos semiacabados formados por laminación, extrusión y forja de lingotes. En la producción de forja, el uso de procesos y parámetros de proceso razonables puede mejorar la organización y el rendimiento de las materias primas en los siguientes aspectos:
1. Romper los cristales columnares, mejorar la macrosegregación, cambiar la estructura fundida a una estructura forjada y soldar los poros internos en condiciones adecuadas de temperatura y tensión para mejorar la densidad del material;

2. El lingote se forja para formar una estructura fibrosa, y la pieza forjada se lamina, extruye y troquela aún más para obtener una distribución razonable de la dirección de la fibra;
3. Controlar el tamaño y uniformidad de los granos;
4. Mejorar la distribución de la segunda fase (por ejemplo: carburos de aleación en acero ledeburita);
5. Hacer que la organización se deforme o forje. Debido a la mejora de la organización mencionada anteriormente, también se mejoran la plasticidad, la tenacidad al impacto, la resistencia a la fatiga y la resistencia de la forja. Luego, a través del tratamiento térmico final de las piezas, se pueden obtener las buenas propiedades integrales de dureza, resistencia y plasticidad requeridas por las piezas. Sin embargo, si la calidad de las materias primas es mala o el proceso de forjado utilizado no es razonable, pueden ocurrir defectos de forjado, incluidos defectos superficiales, defectos internos o rendimiento no calificado.

(II) La influencia de las materias primas en la calidad de la forja La buena calidad de las materias primas es un requisito previo para garantizar la calidad de las piezas forjadas. Si hay defectos en las materias primas, afectará el proceso de formación de las piezas forjadas y la calidad final de las piezas forjadas. Si los elementos químicos de las materias primas exceden el rango especificado o el contenido de elementos de impureza es demasiado alto, tendrá un gran impacto en la formación y la calidad de las piezas forjadas. Por ejemplo, elementos como S, B, Cu, Sn son fáciles de formar fases de bajo punto de fusión, lo que hace que las piezas forjadas sean propensas a la fragilidad en caliente. Para obtener acero de grano fino intrínseco, el contenido de aluminio residual en el acero debe controlarse dentro de un rango determinado, como 0,02% ~ 0,04% (fracción de masa) de Al. Si el contenido es demasiado pequeño, no desempeñará un papel en el control del agrandamiento de los granos, y es fácil hacer que el tamaño de grano intrínseco de las piezas forjadas no esté calificado; Si el contenido de aluminio es demasiado, es fácil formar fracturas de vetas de madera, fracturas similares a desgarros, etc. bajo la condición de formar tejido fibroso durante el procesamiento a presión. Por ejemplo, en el acero inoxidable austenítico, cuanto más n, Si, Al y Mo contienen, más fases de ferrita hay y más fácil es formar grietas en la banda durante el forjado y hacer que las piezas sean magnéticas. Si hay residuos de contracción, ampollas subcutáneas, segregación severa de carburo, inclusiones no metálicas gruesas (inclusiones de escoria) y otros defectos en las materias primas, es fácil causar grietas en las piezas forjadas durante el forjado. Los defectos como dendritas, holgura severa, inclusiones no metálicas, manchas blancas, películas de óxido, bandas de segregación y mezcla de metales extraños en las materias primas son fáciles de hacer que el rendimiento de las piezas forjadas se deteriore. Las grietas superficiales, los pliegues, las cicatrices, los anillos de cristal grueso, etc. de las materias primas son fáciles de causar grietas superficiales en las piezas forjadas.

(III) El impacto del proceso de forjado en la calidad de las piezas forjadas El proceso de forjado generalmente consta de los siguientes procedimientos, a saber, troquelado, calentamiento, conformado, enfriamiento después del forjado, decapado y tratamiento térmico después del forjado. Si el proceso es inadecuado durante el proceso de forjado, pueden ocurrir una serie de defectos de forjado. El proceso de calentamiento incluye temperatura de carga, temperatura de calentamiento, velocidad de calentamiento, tiempo de mantenimiento, composición del gas del horno, etc. Si el calentamiento es inadecuado, como la temperatura de calentamiento es demasiado alta y el tiempo de calentamiento es demasiado largo, provocará defectos como descarburación, sobrecalentamiento y sobrecombustión. Para materiales malos con gran sección transversal, mala conductividad térmica y baja plasticidad, si la velocidad de calentamiento es demasiado rápida y el tiempo de mantenimiento es demasiado corto, la distribución de la temperatura suele ser desigual, lo que provoca tensión térmica y agrietamiento de la pieza bruta de forja. El proceso de conformado de forjado incluye modo de deformación, grado de deformación, temperatura de deformación, velocidad de deformación, estado de tensión, condiciones de la herramienta y la matriz y condiciones de lubricación. Si el proceso de conformado es inadecuado, puede provocar granos gruesos, granos desiguales, diversas grietas, pliegues, permeabilidad, corrientes parásitas y estructura residual de fundición. Durante el proceso de enfriamiento después del forjado, si el proceso es inadecuado, puede provocar grietas de enfriamiento, manchas blancas, carburos reticulados, etc.

(IV) La influencia de la estructura de forja en la estructura y las propiedades después del tratamiento térmico final Acero inoxidable resistente al calor de austenita y ferrita, aleación de alta temperatura, aleación de aluminio, aleación de magnesio, etc., materiales sin transformación alotrópica durante el calentamiento y enfriamiento, así como algunas aleaciones de cobre y aleaciones de titanio, etc., los defectos estructurales generados durante el proceso de forja no se pueden mejorar mediante tratamiento térmico. Los materiales que experimentan transformaciones alotrópicas durante el calentamiento y enfriamiento, como el acero estructural y el acero inoxidable martensítico, tienen ciertos defectos estructurales causados ​​por procesos de forja inadecuados o ciertos defectos que quedan del material original, que tienen un gran impacto en la calidad de las piezas forjadas después del tratamiento térmico. A continuación se muestran algunos ejemplos:
1. Algunos defectos estructurales de las piezas forjadas se pueden mejorar durante el tratamiento térmico posterior a la forja, y aún se puede obtener una estructura y un rendimiento satisfactorios después del tratamiento térmico final de las piezas forjadas. Por ejemplo, granos gruesos y estructura de Widmanstätten en piezas forjadas de acero estructural sobrecalentadas en general, carburos reticulares leves causados ​​por un enfriamiento inadecuado del acero hipereutectoide y del acero para cojinetes, etc.
2. Algunos defectos estructurales de las piezas forjadas son difíciles de eliminar con un tratamiento térmico normal y solo se pueden mejorar con medidas como la normalización a alta temperatura, la normalización repetida, la descomposición a baja temperatura y el recocido por difusión a alta temperatura. 3. Algunos defectos estructurales de las piezas forjadas no se pueden eliminar con procesos de tratamiento térmico general, lo que da como resultado una disminución en el rendimiento de las piezas forjadas después del tratamiento térmico final, o incluso su falla. Por ejemplo, fracturas graves similares a piedras y fracturas de facetas, sobrecalentamiento, bandas de ferrita en acero inoxidable, redes y bandas de carburo en acero para herramientas de alta aleación de ledeburita, etc.
4. Algunos defectos estructurales de las piezas forjadas se desarrollarán aún más durante el tratamiento térmico final e incluso causarán grietas. Por ejemplo, si la estructura de grano grueso en las piezas forjadas de acero estructural de aleación no se mejora durante el tratamiento térmico posterior a la forja, a menudo causa martensita gruesa y un rendimiento no calificado después de la co-difusión de carbono y nitrógeno y el temple; los carburos de banda gruesa en acero de alta velocidad a menudo causan grietas durante el temple. Los diferentes métodos de formación tienen diferentes condiciones de tensión y diferentes características de tensión-deformación, por lo que los principales defectos que se pueden producir también son diferentes. Por ejemplo, los principales defectos del recalcado de palanquilla son grietas longitudinales o de 45° en la superficie lateral, y solo los extremos superior e inferior del recalcado del lingote a menudo conservan la estructura de fundición; los principales defectos del alargamiento de la palanquilla de sección transversal rectangular son grietas transversales y grietas en las esquinas en la superficie, grietas diagonales y grietas transversales en el interior; los principales defectos de la forja en matriz abierta son insuficiencia, plegado y desalineación. Los diferentes tipos de materiales tienen diferentes composiciones y estructuras, y sus cambios organizativos y comportamientos mecánicos son diferentes durante el calentamiento, la forja y el enfriamiento. Por lo tanto, si el proceso de forja no es el apropiado, los defectos que pueden ocurrir también son particulares. Por ejemplo, los defectos de las piezas forjadas de acero para herramientas de alta aleación de ledeburita son principalmente partículas de carburo gruesas, distribución desigual y grietas, y los defectos de las piezas forjadas de aleación de alta temperatura son principalmente granos gruesos y grietas; los defectos de las piezas forjadas de acero inoxidable austenítico son principalmente agotamiento de cromo intergranular, resistencia a la corrosión intergranular reducida, estructura de bandas de ferrita y grietas, etc.; los defectos de las piezas forjadas de aleación de aluminio son principalmente granos gruesos, pliegues, corrientes parásitas, flujo pasante, etc.