Defectos y prevención del acero forjado para herramientas

Nuestra empresa, Acero AoboSuministra principalmente acero forjado para herramientas. Este artículo analizará los problemas que encontramos al forjar acero y cómo evitarlos. Generalmente, se forjan barras redondas de acero de 70 mm o más. Las barras inferiores a 70 mm se laminan en caliente. El forjado se utiliza para placas con espesores de 30 mm o más, y el laminado en caliente para espesores inferiores a 30 mm.

El proceso de producción de acero forjado para herramientas

El acero líquido se vierte en lingotes y se solidifica formando lingotes de acero. Los lingotes de acero para herramientas suelen pesar entre 0,5 y 10 toneladas. Cuando se requiere la refusión y el refinado, estos lingotes sirven como material base para procesos como la refusión por electroescoria (ESR). Posteriormente, se forjan en una máquina de forja. Más información. ¿Qué es la VSG?

Los ingenieros denominan relación de forjado a la relación entre el área de la sección transversal inicial de un lingote de acero y su área después del forjado. A medida que aumenta la relación de forjado, el proceso descompone la microestructura en granos más finos y elimina pequeños defectos, mejorando así la tenacidad y la ductilidad. En general, una vez que la relación de forjado supera 5, la tenacidad prácticamente se satura. Consideramos una relación de forjado de 5 como el valor mínimo.

Defectos y prevención

Defectos de lingotes

1. Segregación

La segregación se produce cuando la composición química y las impurezas de un lingote de acero se distribuyen de forma desigual durante la solidificación. La cristalización selectiva, los cambios de solubilidad, las diferencias de densidad y las variaciones del caudal causan esta distribución desigual.

Los distintos elementos se disuelven de forma distinta a distintas temperaturas, tanto en fase sólida como líquida. Los gradientes de temperatura variables provocan una cristalización distinta. La contracción durante la solidificación y las reacciones químicas también provoca segregación. Estos factores resultan en una distribución no uniforme de los componentes tanto a escala macro como micro.

La segregación causa propiedades mecánicas no uniformes y puede provocar defectos de agrietamiento. El forjado, la recristalización, la difusión a alta temperatura y el tratamiento térmico posterior al forjado eliminan la segregación dendrítica en los lingotes de acero. Sin embargo, la segregación zonal resiste la eliminación mediante tratamiento térmico. Los ingenieros solo pueden homogeneizarla mediante repetidos procesos de recalcado y embutición.

2. Inclusiones

Los compuestos no metálicos que no se disuelven en la matriz metálica se denominan inclusiones no metálicas. Entre las inclusiones no metálicas más comunes se encuentran los sulfuros, óxidos y silicatos. Podemos clasificar las inclusiones en dos tipos: internas y externas. Las inclusiones internas se forman durante la fundición y la colada a partir de reacciones químicas. Las inclusiones externas provienen de fuentes externas, como arena, materiales refractarios y fragmentos de horno. Su presencia perjudica el proceso de forja en caliente y reduce la calidad de la pieza forjada. Las inclusiones alteran la continuidad del metal. Bajo tensión, causan concentraciones de tensión. Estas concentraciones provocan grietas microscópicas. Incluso pueden provocar fallos por fatiga en la pieza forjada.

3. Gases y burbujas

El acero líquido disuelve muchos gases, como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Su solubilidad es mucho mayor en el acero líquido que en el acero sólido. Al solidificarse, el lingote libera la mayor parte del gas. Sin embargo, queda algo de gas dentro o debajo de su superficie. Este gas forma burbujas.

Las burbujas dentro del lingote pueden forjarse y soldarse si permanecen cerradas o si sus paredes internas no se oxidan. Por el contrario, las burbujas bajo la superficie suelen causar grietas.

Los gases residuales comunes en los lingotes de acero son oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. El oxígeno y el nitrógeno forman óxidos y nitruros a medida que el acero se solidifica. Estos compuestos crean inclusiones. El hidrógeno es el gas más dañino del acero.

4. Cavidad de contracción y porosidad

Durante la solidificación del lingote, se produce una contracción física y se forman huecos en algunas zonas sin reposición de acero líquido. Una cavidad por contracción aparece en el centro axial de la cabeza del lingote, donde ocurre la solidificación en último lugar. Este defecto es inevitable porque el acero líquido no puede llenar el hueco. La estructura del molde y el proceso de vertido afectan el tamaño y la ubicación de la cavidad, y un molde inadecuado o un aislamiento superior deficiente pueden permitir que una cavidad secundaria (tubería) se extienda hacia el cuerpo del lingote.

Los forjadores suelen cortar la cavidad de contracción y la mazarota durante el forjado, ya que, si se dejan, la cavidad no se puede soldar, lo que provoca grietas internas y desechos. La porosidad se forma a partir de los huecos intergranulares creados por la contracción de solidificación final y de los microporos producidos por la precipitación de gas. Estos poros se agrandan en las zonas de segregación y permanecen como pequeños orificios en las regiones dendríticas, lo que reduce la densidad del lingote, altera la continuidad del metal y reduce las propiedades mecánicas de la pieza forjada. Por consiguiente, los forjadores deben aplicar grandes deformaciones durante el forjado para eliminar la porosidad.

Forja inadecuada

1. Grietas en la forja causadas por un calentamiento inadecuado.

El sobrecalentamiento o el calentamiento desigual provocan que la forja se sobrecaliente o se queme localmente o en su totalidad, lo que hace que los granos se engrosen y que los límites de los granos se oxiden o se fundan, lo que da como resultado el agrietamiento de la forja o de la superficie;
Si la velocidad de calentamiento es demasiado rápida, la diferencia de temperatura entre la superficie y el interior de la pieza forjada es demasiado grande, lo que genera una gran tensión térmica y provoca grietas;
Supongamos que la temperatura de calentamiento es demasiado baja o el tiempo de mantenimiento es demasiado corto. En ese caso, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior es grande, lo que genera una gran tensión térmica. Esta tensión provoca grietas centrales o transversales en los bordes o superficies planas de la pieza forjada debido a la alta resistencia a la deformación y la menor plasticidad.

2. Grietas causadas por una deformación inadecuada en la forja

Supongamos que la fuerza de martilleo es excesiva, la deformación es excesiva en un solo golpe y la velocidad de deformación es demasiado rápida. En ese caso, la tensión de tracción interna aumentará debido a la gran diferencia de deformación entre la superficie y el núcleo de la pieza forjada. Esto tiende a la formación de grietas transversales en el interior o en las caras frontal y posterior. Una deformación grande y excesiva puede provocar un aumento de la temperatura del núcleo y un sobrecalentamiento, lo que provoca grietas.

3. El impacto de una temperatura de forjado final inadecuada en la calidad del forjado

La temperatura final de forja afecta directamente la calidad de las piezas forjadas en matriz. Si es demasiado alta, los granos continuarán creciendo durante el enfriamiento, reduciendo así las propiedades mecánicas del acero. Si es demasiado baja, en condiciones de baja plasticidad a baja temperatura, los golpes excesivos con martillo pueden causar grietas inmediatas. Generalmente, la temperatura final de forja debe ser ligeramente superior a la temperatura del Ar o del Ar para garantizar que el forjado se realice en una región monofásica con una plasticidad y un estado de tensión relativamente uniformes.

4. Impacto de una refrigeración inadecuada en la calidad de las piezas forjadas

Ciertos aceros para herramientas de trabajo en frío, como Acero para herramientas D3Presentan un alto contenido de aleación y buena permeabilidad. Pueden experimentar transformación martensítica al enfriarse al aire desde altas temperaturas. Debido a la acción combinada de las tensiones internas y residuales derivadas de la deformación, estos aceros son propensos a agrietarse longitudinalmente si no se enfrían lentamente después del forjado. Para estos aceros para herramientas, se requieren métodos de enfriamiento lento, como el enfriamiento con arena, el enfriamiento con cenizas, el enfriamiento en horno o el recocido inmediato después del forjado.

5. Manchas blancas que aparecen después de la forja.

Esto ocurre principalmente en módulos de sección grande, de baja aleación y con contenido medio de carbono, como 1.2714 acero para herramientasY, a veces, también en aceros de baja aleación y baja emisión de carbono, de endurecimiento por precipitación. La principal causa es el exceso de hidrógeno en el acero, sumado al enfriamiento rápido a bajas temperaturas (150-250 °C) tras el forjado, lo que provoca fractura frágil y la formación de puntos blancos (grietas). La presencia de puntos blancos reduce las propiedades mecánicas del acero y puede provocar grietas por temple. Si se detectan puntos blancos, se debe aumentar la relación de forjado y reforjar la sección grande en una sección más pequeña para intentar soldar las grietas. De lo contrario, el acero con puntos blancos debe rechazarse.

Acerca de los aceros para herramientas forjados de Aobo Steel

Aobo Steel cuenta con más de veinte años de experiencia en la producción de acero para herramientas de forja, y está ubicada en Huangshi, el principal productor de acero para matrices de China. Contamos con una amplia experiencia en la producción de acero para herramientas común, como... Acero para herramientas D2 , Acero para herramientas D3 , Acero para herramientas A2 , Acero para herramientas H11 , Acero para herramientas H13 , Y así sucesivamente. También contamos con capacidad de I+D para aceros para herramientas personalizados.