Forjare – ce presupune acest proces și care este rolul său în industria metalurgică

Sursa foto: shutterstock.com

De milenii, arta forjării fierului și a altor metale a fost esențială pentru dezvoltarea civilizațiilor umane. Încă din epocile bronzului și ale fierului, capacitatea de a prelucra și modela metalele prin forjare a reprezentat un salt uriaș în progresul tehnologic. Astăzi, acest proces rămâne la fel de vital pentru obținerea materialelor și a echipamentelor de bază pentru industrii cheie precum energia, industria petrolului și a gazelor, în construcții sau pentru industria chimică și petrochimică.

Forjarea este adesea considerată ”inima” sau centrul industriei metalurgice, oferind o gamă largă de produse indispensabile precum țevile metalice și fitingurile, dar și tabla și profilele necesare în diverse alte sectoare industriale. Aceste componente rezistente și durabile obținute prin deformarea plastică controlată a metalelor sunt elemente fundamentale în infrastructura industrială modernă.

De la conductele de țiței și de gaze care traversează continente, la scheletele metalice ale clădirilor înalte și ale obiectivelor industriei chimice, produsele rezultate în urma forjării metalelor sunt omniprezente în jurul nostru. Prin urmare, înțelegerea aprofundată a acestui proces este esențială pentru toți profesioniștii implicați în achiziția și utilizarea acestor produse și echipamente.

În acest articol vom explora în mod telegrafic domeniul forjării, dezvăluind secretele esențiale și elementele de nuanță care stau la baza transformării metalelor în componente de înaltă calitate. De la definirea procesului, la diferitele tehnici și materiale utilizate, acest articol îți va oferi o perspectivă de ansamblu asupra importanței vitale a forjării în industria modernă.

Cuprins 

1. Forjarea fierului și a altor metale – tipuri de forjare, avantaje și dezavantaje

2. Forjarea la cald, la rece, liberă sau în matriță – principalele etape de realizare a acestei operațiuni metalurgice

3. Forjarea – procesul tehnologic și principalele produse obținute prin forjare 

1. Forjarea fierului și a altor metale – tipuri de forjare, avantaje și dezavantaje

Sursa foto: shutterstock.com

Procesul de forjare al fierului poate fi clasificat în funcție de temperatura la care se desfășoară și de metoda specifică utilizată. Cele două mari categorii ale acestui proces sunt forjarea la cald și forjarea la rece, fiecare cu propriile avantaje și limitări.

• Forjarea la cald

Această metodă implică încălzirea metalului la temperaturi ridicate, de obicei peste punctul de recoacere (punctul de deasupra temperaturii de recristalizare dar aflat sub punctul de topire al metalului cu care se lucrează), înainte de a fi deformat. Avantajele principale ale forjării la cald includ:

• Deformarea mai ușoară a metalului de lucru datorită scăderii rezistenței la curgere;
• Posibilitatea de a obține deformări mai complexe și mai accentuate;
• Reducerea forțelor necesare pentru deformare;
• Îmbunătățirea calității suprafețelor forjate.

Pe de altă parte, dezavantajele forjării la cald sunt:

• Necesitatea folosirii echipamentelor speciale pentru încălzire;
• Apariția posibilelor defecte cauzate de oxidare sau decarburare în special în cazul oțelului;
• Necesitatea operațiunilor suplimentare de finisare după forjare.

• Forjarea la rece

În cazul acestei metode, metalul este deformat la temperaturi aproape de temperatura camerei sau sub punctul de recoacere. Avantajele forjării la rece includ:

• Toleranțe dimensionale îmbunătățite și finisaje superioare;
• Proprietăți mecanice excelente, datorită deformării în rece;
• Costuri de operare reduse, datorită absenței încălzirii;
• Productivitate ridicată și posibilitate de automatizare a proceselor de lucru.

Dezavantajele forjării la rece sunt:

• Limitări în ceea ce privește gradul și complexitatea deformării;
• Forțe mult mai mari necesare pentru deformare;
• Riscul fisurării sau ruperii pieselor metalice la deformări excesive.

Pe lângă distincția dintre rece și cald, forjarea metalelor poate fi, de asemenea, clasificată în forjare în matriță și forjare liberă, în funcție de utilizarea sau nu a unei matrițe care are scopul de a da forma dorită piesei prelucrate.

Alegerea tipului specific de forjare depinde de mai mulți factori, precum materialul, geometria piesei, proprietățile dorite și considerentele economice. Experții în domeniu evaluează acești parametri pentru a selecta metoda optimă de forjare care să îndeplinească cerințele de fabricație și performanță ale produsului final.

2. Forjarea la cald, la rece, liberă sau în matriță – principalele etape de realizare a acestei operațiuni metalurgice

Sursa foto: shutterstock.com

Procesul de forjare este capabil să transforme o gamă largă de materiale metalice în produse de înaltă calitate. Printre cele mai frecvent forjate se numără oțelurile carbon, oțelurile aliate, aliajele de aluminiu, aliajele de titan și aliajele de cupru.

Fiecare material are propriile caracteristici unice care influențează parametrii de forjare ideali. De exemplu, forjarea fierului și a oțelurilor carbon necesită temperaturi de lucru mai ridicate comparativ cu aliajele de aluminiu sau cupru. Compoziția chimică și proprietățile mecanice inițiale joacă, de asemenea, un rol important.

Indiferent de materialul utilizat, procesul de forjare implică întotdeauna o serie de etape bine definite:

• Pregătirea materialului inițial (lingou, bară etc.);
• Încălzirea controlată a materialului până la temperatura de forjare dorită;
• Transferul materialului încălzit către echipamentul de forjare;
• Aplicarea forței de deformare necesare, fie prin lovire cu un ciocan, fie prin presare într-o matriță;
• Menținerea temperaturii optime pe parcursul procesului de forjare;
• Operațiuni de finisare precum tratamente termice, prelucrări mecanice etc.

Pentru a pune în aplicare aceste etape sunt necesare diverse echipamente și ustensile specializate, cum ar fi cuptoare de încălzire, ciocane de forjare (acționate manual, pneumatic sau cu acționare mecanică), matrițe de forjare, prese mecanice și multe altele.

Factorii cheie care determină rezultatul final al forjării includ temperatura, viteza de deformare, gradul de deformare și proiectarea adecvată a matriței sau sculelor de forjare. Controlul riguros al acestor parametri asigură obținerea produselor cu proprietățile mecanice, dimensiunile și finisajele dorite.

Prin optimizarea procesului de transformare, forjarea permite realizarea unor componente rezistente, precise și fiabile, esențiale pentru infrastructura critică a multor industrii importante.

3. Forjarea – procesul tehnologic și principalele produse obținute prin forjare

Sursa foto: shutterstock.com

Datorită versatilității sale, procesul de forjare este utilizat pe scară largă pentru producția unei game impresionante de componente și ansambluri metalice. Printre cele mai frecvent întâlnite produse obținute prin forjare se numără:

• Țevile. Conductele sau țevile forjate sunt esențiale în industria petrolieră și de gaze naturale, acestea transportând hidrocarburi pe distanțe uriașe. Datorită rezistenței și siguranței sporite, țevile forjate sunt, de asemenea, utilizate în petrochimie, rafinării, construcții navale și alte aplicații industriale.

• Tablă și profile. Procesul de forjare permite obținerea tablei și a profilelor metalice utilizate în construcții, poduri, construcții navale și multe alte structuri. Calitatea superioară a acestor produse asigură o rezistență ridicată la sarcini grele.

• Fitinguri. Diversele varietăți de fitinguri forjate, cum ar fi coturi, reductori, capace oarbe, sunt componente cheie în sistemele de conducte și instalațiile industriale. Datorită forjării prin deformare plastică, aceste fitinguri oferă o rezistență mecanică excepțională la presiune și coroziune.

• Arbori și osii. Forjarea este metoda preferată pentru producția arborilor și osiilor utilizate în motoare, turbine și diverse transmisii mecanice, datorită proprietăților mecanice excelente.

• Piese auto. Multe componente critice din industria auto, precum biela, arborele cotit, butucii de roți, sunt forjate pentru a asigura o rezistență ridicată la solicitările mecanice și la oboseală.

• Piese aerospațiale. Industria aerospațială depinde de componente forjate de înaltă rezistență și fiabilitate, cum ar fi paletele de turbină, discurile de frână ale aeronavelor și piesele structurale din aliaje speciale.

Această listă reprezintă doar o mică parte din multitudinea de produse obținute prin forjare. Indiferent de aplicație, componentele forjate își găsesc locul oriunde sunt necesare rezistență, durabilitate și performanțe excepționale în condiții extreme.

Așadar, de-a lungul istoriei, forjarea a avut un impact profund asupra dezvoltării civilizației umane. De la uneltele și armele antice până la infrastructura industrială modernă, acest proces a permis transformarea metalelor brute în componente indispensabile pentru progresul tehnologic și prosperitatea economică.

Astăzi, forjarea rămâne la fel de vitală în industrii esențiale precum industria energetică, industria extractivă a hidrocarburilor, construcții și în industria chimică.

Prin controlul riguros al parametrilor de forjare, precum temperatura, forța aplicată și viteza de deformare, metalele pot fi transformate în componente de înaltă calitate, cu proprietăți mecanice excepționale, finisaje superioare și o durabilitate remarcabilă. Acest lucru face ca produsele forjate să fie alegerea preferată în aplicații unde fiabilitatea și siguranța sunt primordiale.