L'impact du forgeage sur la structure métallique, les propriétés et les défauts des pièces forgées

L'impact du forgeage sur la structure et les propriétés métalliques

Lors de la production de forgeage, il est nécessaire de s'assurer non seulement que le forgeage répond à la forme et aux dimensions requises, mais également qu'il satisfait aux exigences de performance exigées par les pièces lors de l'utilisation. Ces exigences comprennent principalement des indicateurs de résistance, des indicateurs de plasticité, la ténacité aux chocs, la résistance à la fatigue, la ténacité initiale à la rupture et la résistance à la corrosion sous contrainte. Pour les pièces fonctionnant à des températures élevées, des propriétés telles que la résistance à la traction instantanée à haute température, les performances à long terme, la résistance au fluage et les performances de fatigue thermique sont également cruciales.

Les matières premières utilisées pour le forgeage comprennent les lingots, les matériaux laminés, les matériaux extrudés et les flans de forgeage. Les matériaux laminés, les matériaux extrudés et les flans de forgeage sont des produits semi-finis formés à partir de lingots par laminage, extrusion et forgeage. Dans la production de forgeage, l'adoption de processus et de paramètres raisonnables peut améliorer la structure et les propriétés des matières premières de la manière suivante:

(1) Briser les cristaux colonnaires, améliorer la ségrégation macroscopique, transformer la structure coulée en une structure forgée et souder les pores internes dans des conditions de température et de contrainte appropriées, augmentant ainsi la densité du matériau.

(2) Former une structure fibreuse dans le lingot par forgeage, et affiner davantage la distribution de la direction fibreuse par laminage, extrusion et forgeage de matrice.

(3) Contrôler la taille et l'uniformité des grains.

(4) Améliorer la distribution de la deuxième phase (par exemple, les carbures d'alliage dans l'acier ledeburite).

(5) Amélioration de la structure par le travail de durcissement ou d'autres formes de renforcement.

Ces améliorations de la structure conduisent à une plasticité améliorée, à une ténacité aux chocs, à une résistance à la fatigue et à des performances à long terme des pièces forgées. Le traitement thermique final des pièces permet alors d'obtenir la combinaison souhaitée de dureté, de résistance et de plasticité, répondant aux exigences de performance complètes.

Cependant, si la qualité des matières premières est médiocre ou si le processus de forgeage est inapproprié, des défauts de forgeage peuvent survenir, notamment des défauts de surface, des défauts internes ou un non-respect des normes de performance.

L'impact des matières premières sur la qualité du forgeage

Les matières premières de haute qualité sont une condition préalable pour assurer la qualité des pièces forgées. Si les matières premières présentent des défauts, elles affecteront le processus de forgeage et la qualité finale des pièces forgées.

Par exemple, si les éléments chimiques dans les matières premières dépassent des limites spécifiées ou s'il y a une quantité excessive d'éléments d'impureté, cela peut avoir un impact significatif sur la formation et la qualité des pièces forées. Des éléments tels que le soufre (S), le bore (B), le cuivre (Cu) et l'étain (Sn) ont tendance à former des phases à faible fusion, ce qui peut provoquer une fragilité à chaud dans les pièces forées. Pour obtenir de l'acier à grain fin, la teneur résiduelle en aluminium dans l'acier doit être contrôlée dans une certaine plage, telle que la 0.02%-0.04% (en masse). Si la teneur en aluminium est trop faible, elle ne parvient pas à contrôler la croissance des grains, ce qui entraîne souvent une granulométrie intrinsèque insatisfaisante dans les pièces forgées. Si la teneur en aluminium est trop élevée, cela peut entraîner des fractures en forme de bois ou de déchirure lors du traitement sous pression dans des conditions qui forment une structure fibreuse. De même, dans l'acier inoxydable austénitique, plus il y a d'azote (N), de silicium (Si), d'aluminium (Al) et de molybdène (Mo), plus la phase de ferrite est formée, rendre le matériau sujet à la formation de fissures en bandes pendant le forgeage et conférer des propriétés magnétiques à la pièce.

Si les matières premières contiennent un rétrécissement résiduel des tuyaux, des cloques sous-cutanées, une ségrégation sévère du carbure ou des inclusions non métalliques grossières (scories), le forgeage peut entraîner des fissures. Défauts tels que cristaux dendritiques, porosité sévère, inclusions non métalliques, taches blanches, films d'oxyde, bandes de ségrégation, et les métaux étrangers mélangés dans les matières premières peuvent entraîner une diminution des performances des pièces forgées. Les défauts de surface tels que les fissures, les plis, les cicatrices et les anneaux à gros grains sur les matières premières peuvent provoquer des fissures de surface dans les pièces forgées.

L'impact du processus de forgeage sur la qualité de forgeage

Le forgLe processus de pose comprend généralement les étapes suivantes: découpage, chauffage, formage, refroidissement post-forgeage, décapage et traitement thermique post-forgeage. Si le processus est inapproprié, une série de défauts de forgeage peuvent survenir.

Le processus de chauffage implique la température de chargement du four, la température de chauffage, la vitesse de chauffage, le temps de maintien et la composition de l'atmosphère du four. Un chauffage inapproprié, tel qu'une température excessive ou un temps de chauffage prolongé, peut provoquer des défauts tels que la décarburation, la surchauffe ou la surchauffe.

Pour les matériaux avec de grandes dimensions transversales, une faible conductivité thermique et une faible plasticité, si la vitesse de chauffage est trop rapide ou si le temps de maintien est trop court, cela peut entraîner une répartition inégale de la température, entraînant une contrainte thermique et provoquant la fissuration du stock de forgeage.

Le processus de formage de forgeage comprend les méthodes de déformation, le degré de déformation, la température de déformation, la vitesse de déformation, l'état de contrainte, l'état de l'outillage et les conditions de lubrification. Si le processus de formage est inapproprié, il peut entraîner des défauts tels que des grains secondaires, une granulométrie inégale, diverses fissures, plis, écoulement transversal, écoulement de Foucault et structure en fonte résiduelle.

Pendant le refroidissement post-forgeage, des processus inappropriés peuvent provoquer des défauts tels que des fissures de refroidissement, des taches blanches et des carbures en réseau.

L'impact de la structure de forgeage sur la structure et les propriétés après le traitement thermique final

Pour les matériaux sans transformations polymorphes pendant le chauffage et le refroidissement, tels que l'acier inoxydable austénitique et ferritique résistant à la chaleur, les alliages à haute température, les alliages d'aluminium, les alliages de magnésium et certains alliages de cuivre et d'alliages de titane, les défauts structurels formés pendant le forgeage ne peuvent pas être améliorés par traitement thermique.

Pour les matériaux qui subissent des transformations polymorphes pendant le chauffage et le refroidissement, tels que l'acier structurel et l'acier inoxydable martensitique, certains défauts structurels causés par des processus de forgeage inappropriés ou des défauts résiduels dans les matières premières peuvent affecter de manière significative la qualité des pièces forgées après traitement thermique. Voici quelques exemples:

(1) Certains défauts structurels des pièces forgées peuvent être améliorés lors du traitement thermique post-forgeage, et une structure et des propriétés satisfaisantes peuvent encore être obtenues après traitement thermique final. Par exemple, les grains secondaires et les structures de Widmanstätten dans des pièces forgées en acier de construction généralement surchauffées, et de légers carbures en réseau causés par un mauvais refroidissement dans l'acier hypereutectoïde et l'acier à roulement.

(2) Certains défauts structurels des pièces forgées sont difficiles à éliminer avec un traitement thermique normal et nécessitent une normalisation à haute température, une normalisation répétée, une décomposition à basse température, un recuit de diffusion à haute température, et d'autres mesures à améliorer.

(3) Certains défauts structurels des pièces forgées ne peuvent pas être éliminés par des procédés généraux de traitement thermique, ce qui entraîne des performances dégradées ou même des pièces forgées finales traitées thermiquement non conformes. Par exemple, de graves fractures en forme de pierre et des fractures à facettes, une combustion excessive, des bandes de ferrite en acier inoxydable et des réseaux et des bandes de carbure en acier à outils fortement allié à la ledeburite.

(4) Certains défauts structurels des pièces forgées peuvent se développer davantage lors du traitement thermique final, conduisant même à des fissures. Par exemple, les gros grains dans les pièces forgées en acier de construction allié, s'ils ne sont pas améliorés lors du traitement thermique post-forgeage, se traduisent souvent par de la martensite grossière et des propriétés non conformes après carburation, nitrotation et trempe; les carbures à bandes grossières dans l'acier à grande vitesse provoquent souvent des fissures pendant la trempe.

Différentes méthodes de formage, en raison de leurs conditions de contrainte variables et de leurs caractéristiques de contrainte-déformation, peuvent entraîner différents défauts primaires. Par exemple, le principal défaut de bouleversement des billettes est la formation de fissures longitudinales ou à angle de 45 ° sur la surface latérale, le déracinement du lingot laissant souvent des structures coulées résiduelles aux extrémités supérieure et inférieure. Lors de l'allongement des billettes de section rectangulaire, les principaux défauts sont des fissures transversales et d'angle sur la surface et des fissures diagonales et transversales à l'intérieur. Dans le forgeage à matrice ouverte, les principaux défauts comprennent le sous-remplissage, le pliage,Et désalignement.

Différents types de matériaux, en raison de leurs compositions et structures variables, présentent différents changements structurels et comportements mécaniques pendant le chauffage, le forgeage et le refroidissement. Par conséquent, des défauts spécifiques peuvent résulter de processus de forgeage inappropriés. Par exemple, les principaux défauts des pièces forgées en acier à outils fortement allié par ledeburite sont les grosses particules de carbure, la distribution inégale et les fissures; dans les pièces forgées en alliage à haute température, ce sont des grains grossiers et des fissures; dans les pièces forgées en acier inoxydable austénitique, ils comprennent des régions intergranulaires appauvries en chrome conduisant à une résistance à la corrosion intergranulaire réduite, à des bandes de ferrite et à des fissures; Et dans les pièces forgées en alliage d'aluminium, les principaux défauts comprennent les gros grains, le pliage, l'écoulement de Foucault et l'écoulement transversal.