Defeitos e Prevenção de Aços Forjados para Ferramentas

Nossa empresa, Aço Aobo, fornece principalmente aço forjado para ferramentas. Este artigo discutirá os problemas que enfrentamos ao forjar aço e como evitá-los. Geralmente, forja-se barras redondas de aço com 70 mm ou mais. Barras menores que 70 mm são laminadas a quente. O forjamento é usado para chapas com espessuras de 30 mm ou mais, e a laminação a quente é usada para espessuras abaixo de 30 mm.

O processo de produção de aço forjado para ferramentas

O aço líquido é vazado em lingotes e solidificado em lingotes de aço. Os lingotes de aço para ferramentas normalmente pesam entre 0,5 e 10 toneladas. Quando são necessários refusão e refino, esses lingotes servem como material base para processos como ESR (Refusão por Eletroescória). Em seguida, uma máquina de forjamento os forja. Saiba mais sobre O que é ESR

Engenheiros referem-se à razão entre a área da seção transversal inicial de um lingote de aço e sua área após o forjamento como razão de forjamento. À medida que a razão de forjamento aumenta, o processo decompõe a microestrutura em grãos mais finos e elimina pequenos defeitos, melhorando a tenacidade e a ductilidade. De modo geral, quando a razão de forjamento excede 5, a tenacidade quase se satura. Consideramos uma razão de forjamento de 5 como o valor mínimo.

Defeitos e Prevenção

Defeitos de lingotes

1. Segregação

A segregação ocorre quando a composição química e as impurezas de um lingote de aço se distribuem de forma desigual durante a solidificação. Cristalização seletiva, alterações na solubilidade, diferenças de densidade e variações na vazão causam essa distribuição desigual.

Diferentes elementos se dissolvem de forma diferente em temperaturas variáveis, tanto na fase sólida quanto na líquida. Gradientes de temperatura variáveis causam cristalizações diferentes. A contração durante a solidificação e as reações químicas também leva à segregação. Esses fatores resultam em uma distribuição não uniforme dos componentes em escalas macro e micro.

A segregação causa propriedades mecânicas não uniformes e pode levar a defeitos de trinca. Forjamento, recristalização, difusão em alta temperatura e tratamento térmico pós-forjamento eliminam a segregação dendrítica em lingotes de aço. No entanto, a segregação zonal resiste à eliminação por tratamento térmico. Os engenheiros só conseguem homogeneizá-la por meio de repetidos processos de recalque e deformação por repuxo.

2. Inclusões

Compostos não metálicos que não se dissolvem na matriz metálica são chamados de inclusões não metálicas. Inclusões não metálicas comuns incluem sulfetos, óxidos e silicatos. Podemos classificar as inclusões em dois tipos: internas e externas. As inclusões internas se formam durante a fundição e a fundição a partir de reações químicas. As inclusões externas vêm de fontes externas. Elas incluem areia, materiais refratários e fragmentos de forno. Sua presença prejudica o processo de forjamento a quente. Também reduz a qualidade da peça forjada. As inclusões interrompem a continuidade do metal. Sob tensão, elas causam concentrações de tensão. Essas concentrações levam a trincas microscópicas. Elas podem até se tornar a fonte de falha por fadiga na peça forjada.

3. Gases e Bolhas

O aço líquido dissolve muitos gases, incluindo hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Sua solubilidade é muito maior no aço líquido do que no aço sólido. Quando o lingote se solidifica, ele libera a maior parte do gás. No entanto, um pouco de gás permanece dentro ou abaixo da superfície do lingote. Esse gás forma bolhas.

As bolhas dentro do lingote podem ser forjadas e soldadas se permanecerem fechadas ou se suas paredes internas permanecerem inoxidáveis. Em contraste, bolhas sob a superfície frequentemente causam rachaduras.

Os gases residuais comuns em lingotes de aço são oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. Oxigênio e nitrogênio formam óxidos e nitretos à medida que o aço solidifica. Esses compostos criam inclusões. O hidrogênio é o gás mais nocivo do aço.

4. Cavidade de retração e porosidade

Durante a solidificação do lingote, ocorre retração física e vazios se formam em algumas áreas sem a reposição do aço líquido. Uma cavidade de retração surge no centro axial da cabeça do lingote, onde a solidificação ocorre por último; esse defeito é inevitável, pois o aço líquido não consegue preencher o vazio. A estrutura do molde e o processo de vazamento afetam o tamanho e a localização da cavidade, e um molde inadequado ou um isolamento superior inadequado podem permitir que uma cavidade secundária (tubulação) se estenda para dentro do corpo do lingote.

Os forjadores geralmente cortam a cavidade de contração e o riser durante o forjamento, pois, se deixados, a cavidade não pode ser soldada, causando trincas internas e sucata. A porosidade se forma a partir de vazios intergranulares criados pela contração da solidificação final e por microporos produzidos pela precipitação de gás. Esses poros aumentam de tamanho nas áreas de segregação e permanecem como pequenos furos nas regiões dendríticas, o que reduz a densidade do lingote, interrompe a continuidade do metal e reduz as propriedades mecânicas da peça forjada. Consequentemente, os forjadores precisam aplicar grandes deformações durante o forjamento para eliminar a porosidade.

Forjamento impróprio

1. Trincas de forjamento causadas por aquecimento inadequado

O superaquecimento ou aquecimento irregular faz com que o forjado superaqueça ou queime localmente ou como um todo, fazendo com que os grãos fiquem mais grossos e os contornos dos grãos oxidem ou derretam, resultando em rachaduras no forjado ou rachaduras na superfície;
Se a taxa de aquecimento for muito rápida, a diferença de temperatura entre a superfície e o interior do forjamento será muito grande, resultando em um grande estresse térmico e causando rachaduras;
Suponha que a temperatura de aquecimento seja muito baixa ou o tempo de espera seja muito curto. Nesse caso, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior é grande, resultando em grande tensão térmica. Essa tensão leva a fissuras centrais ou transversais nas bordas ou superfícies planas do forjado devido à alta resistência à deformação e à plasticidade reduzida.

2. Rachaduras causadas por deformação de forjamento inadequada

Suponha que a força de martelamento seja muito forte, a quantidade de deformação em um único golpe seja muito grande e a velocidade de deformação seja muito rápida. Nesse caso, a tensão de tração interna aumentará devido à grande diferença de deformação entre a superfície e o núcleo do forjado. Isso tende a formar trincas transversais nas faces internas ou nas faces frontal e traseira. Deformações grandes e excessivas podem causar o aumento da temperatura do núcleo e o superaquecimento, resultando em trincas.

3. O impacto da temperatura final inadequada do forjamento na qualidade do forjamento

A temperatura final de forjamento impacta diretamente a qualidade dos forjados em matriz. Se a temperatura final de forjamento for muito alta, os grãos continuarão a crescer durante o processo de resfriamento, reduzindo assim as propriedades mecânicas do aço. Se a temperatura final de forjamento for muito baixa, sob a condição de baixa plasticidade em baixas temperaturas, golpes excessivos de martelo podem causar trincas imediatas no forjamento. Geralmente, a temperatura final de forjamento deve ser ligeiramente superior à temperatura do Ar ou Ar para garantir que o forjamento ocorra em uma região monofásica com plasticidade e estado de tensão relativamente uniformes.

4. Impacto do resfriamento inadequado na qualidade da peça forjada

Certos aços para ferramentas de trabalho a frio, como Aço ferramenta D3, possuem alto teor de liga e boa permeabilidade. Podem sofrer transformação martensítica mediante resfriamento ao ar a partir de altas temperaturas. Sob a ação combinada de tensões internas e residuais da deformação, esses aços são propensos a trincas longitudinais se não forem resfriados lentamente após o forjamento. Para esses aços-ferramenta, são necessários métodos de resfriamento lento, como resfriamento em areia, resfriamento em cinzas, resfriamento em forno ou recozimento imediato após o forjamento.

5. Manchas brancas aparecendo após o forjamento

Isso ocorre principalmente em módulos de seção grande de baixa liga e médio carbono, como Aço para ferramentas 1.2714, e às vezes também em aços de média liga de baixo carbono endurecíveis por precipitação. A principal razão é o excesso de hidrogênio no aço, juntamente com o resfriamento rápido a baixas temperaturas (150-250°C) após o forjamento, levando à fratura frágil e à formação de pontos brancos (trincas) no aço. A presença de pontos brancos reduz as propriedades mecânicas do aço e pode levar à formação de trincas de têmpera. Se pontos brancos forem detectados, a taxa de forjamento deve ser aumentada e a seção maior deve ser reforjada em uma seção menor para tentar soldar as trincas. Caso contrário, o aço com pontos brancos deve ser rejeitado.

Sobre aços forjados para ferramentas da Aobo Steel

A Aobo Steel possui mais de vinte anos de experiência na produção de aço para ferramentas forjadas, localizada em Huangshi, a principal produtora de aço para matrizes na China. Possuímos vasta experiência na produção de aço para ferramentas comuns, como Aço para ferramentas D2 , Aço ferramenta D3 , Aço para ferramentas A2 , Aço para ferramentas H11 , Aço para ferramentas H13 , e assim por diante. Também temos capacidade de P&D para aço para ferramentas personalizado.