Los productos de acero pueden fabricarse mediante fundición o forja de acero. La fundición de acero es el proceso mediante el cual se calienta un metal hasta que alcanza un estado líquido y luego se vierte en un molde que da forma al producto deseado. La forja de acero implica la aplicación de fuerzas mecánicas a bloques sólidos de acero calentados (como lingotes y/o palanquillas) que se moldean en productos deseados de forma permanente.
FORJA DE ACERO VS. FUNDICIÓN
Ambos procesos de fabricación requieren la aplicación de altas temperaturas a las materias primas de acero (para licuarlas o hacerlas maleables) y la ejecución de trabajos de mecanizado CNC al final del proceso para obtener el producto final.
Los productos finales también pueden someterse a un tratamiento de acabado superficial, como pintura, recubrimiento en polvo, pulido, varios tipos de recubrimiento (por ejemplo, galvanizado) y protección contra el desgaste/endurecimiento (aplicación de recubrimiento de carburo de tungsteno).
Por último, pero no menos importante, las piezas fundidas y forjadas pueden ensamblarse, soldarse, soldarse con autógena, revestidas duras antes de enviarse como productos finales.
Los productos resultantes de los procesos de fundición y forja tienen diferentes propiedades en términos de porosidad de la superficie (generalmente mejor para productos forjados que fundidos), estructura de grano (más fina para productos forjados), resistencia a la tracción (generalmente superior para productos forjados) y resistencia a la fatiga.
Por lo tanto, estos procesos de fabricación alternativos se utilizan (y son adecuados para) diferentes circunstancias y aplicaciones.
El proceso de fundición se prefiere para:
- piezas y componentes que serían demasiado complejos o costosos de fabricar forjando acero (ejemplo: cuerpos de válvula grandes);
- piezas que tienen cavidades internas;
- piezas de gran tamaño (prácticamente no hay límites de tamaño en términos de peso de las piezas que se pueden producir con el proceso de fundición);
- piezas en aleaciones especiales (algunas aleaciones específicas son más difíciles de forjar que fundir, por ejemplo, aquellas con un alto contenido de níquel y molibdeno, que tienen una resistencia considerable a las fuerzas mecánicas);
- piezas que requieren producción en masa y lotes pequeños.
El proceso de forja se prefiere para:
- piezas que requieren una resistencia, dureza y resistencia extremadamente altas (de hecho, durante el proceso de forja, la estructura de grano de acero se modifica para ajustarse a la forma del producto final, con una alta uniformidad de composición y recristalización metalúrgica);
- piezas que deben soportar impactos y fuerzas mecánicas más fuertes;
- piezas donde la porosidad, el riesgo de un vacío de gas, las bolsas y la posible formación de cavidades (incluso microgranulares) no son aceptables;
- producción de piezas mecánicamente resistentes sin usar aleaciones costosas;
- piezas que requieren una alta resistencia al desgaste;
- piezas sujetas a altas cargas y tensiones;
- aplicaciones de gama alta cuando la integridad y la calidad de la pieza son el objetivo principal en el proceso de producción, en lugar de tiempo y costo.
La evolución de las tecnologías de fundición ha reducido la brecha entre las propiedades físicas de los productos fundidos y los productos forjados, lo que hace que los productos fundidos modernos sean muy competitivos en términos de calidad, resistencia y resistencia al desgaste: sin embargo, en muchos campos, la forja de acero sigue siendo la opción de fabricación preferida (por ejemplo, válvulas de pequeño tamaño, es decir, válvulas forjadas o válvulas de alta presión).
Lea sobre el acero forjado en Wikipedia.
FUNDICIÓN DE ACERO
Los principales tipos de procesos de fundición son:
FUNDICIÓN EN ARENA
La fundición en arena es el método de fundición más tradicional y consiste en verter metal líquido en aglutinantes que resisten el metal fundido (como arcilla adherida/arena verde adherida/resina, arena de resina termoendurecible y cáscara).
FUNDICIÓN DE INVERSIÓN
Este término se refiere al moldeo de precisión ejecutado inyectando el metal líquido en una matriz metálica y un revestimiento cerámico. El material del molde puede ser cera dura, cera perdida, espuma perdida y similares.
Estos procesos se utilizan para diferentes aplicaciones en términos de dimensión de piezas (la fundición en arena se utiliza para piezas grandes, la fundición de inversión para piezas pequeñas de hasta 100 kilogramos y 1,5 metros de máx. longitud), tolerancias permitidas (la fundición de inversión crea piezas más precisas) y objetivos de costos (las fundiciones de inversión tienden a ser más económicas que la fundición en arena).
FORJA DE ACERO
La forja de acero apareció en China en la antigüedad para producir varios tipos de productos metálicos.
Mientras que los procedimientos y las herramientas utilizadas para producir piezas forjadas han cambiado a través de los siglos (desde el uso de yunques, martillos y mano de obra hasta máquinas automatizadas como prensas hidráulicas), el proceso básico de forja de acero todavía se basa en la aplicación de energía térmica a bloques sólidos de acero y su procesamiento posterior en productos terminados mediante la aplicación de fuerzas mecánicas (martilleo).
PROCESO DE FORJA
El proceso básico de forja consta de unos pocos pasos tradicionales:
- la materia prima (bloques de acero, lingotes, palanquillas) se corta en piezas más pequeñas si es necesario
- la materia prima se calienta para alcanzar la temperatura de forja requerida (la aplicación de calor es necesaria para hacer que el material sea dúctil y maleable); la temperatura de forja depende del tipo de metal y se logra colocando el material en un horno/horno;
- el metal calentado se forma en la forma requerida aplicando fuerzas (presión).
- la pieza semielaborada se somete a mecanizado, acabado y tratamiento térmico
Al final del proceso, el producto resultante presenta una resistencia extrema, resistencia al impacto y resistencia al desgaste gracias a la recristalización metalúrgica y al refinamiento del grano resultante del tratamiento térmico y mecánico aplicado.
Dependiendo de la temperatura aplicada a la materia prima durante el proceso de forja, la forja se clasifica en:
- Acero forjado en frío: cuando no se aplica calentamiento, p. ej. el proceso de forja ocurre a temperatura ambiente (se necesitan fuerzas mecánicas más altas en este caso y el metal tiene una conformabilidad menor que los métodos de forja en caliente o caliente)
- Acero de forja en caliente: la materia prima se calienta a temperaturas entre 800 y 950/1000 C°
- Acero de forja en caliente: cuando la temperatura de calentamiento es superior a 950/1000 C° (y generalmente inferior a 1300 C°) para dar al metal una alta ductilidad y hacer posible la forja incluso con la aplicación de presiones mecánicas modestas.
TIPOS DE FORJA DE ACERO
FORJA DE MATRIZ CERRADA
El «Acero de forja de matriz cerrada» es un proceso de forja en el que las matrices se mueven entre sí y cubren la pieza de trabajo en su totalidad o en parte. La materia prima calentada, que tiene aproximadamente la forma o el tamaño de la pieza forjada final, se coloca en la matriz inferior.
FORJA A TROQUEL ABIERTO
El «acero de forja a troquel abierto» es el proceso de deformar una pieza de metal entre múltiples troqueles que no encapsulan completamente el material. El metal se moldea por la acción de las matrices que «martillan» o «estampan» el material a través de una serie de movimientos hasta lograr la forma requerida.
TROQUEL ABIERTO VS. TROQUEL CERRADO
LOS CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA FUNDICIÓN Y FORJA DE ACERO
La fundición y la forja de acero se utilizan para producir piezas para las siguientes industrias:
- plantas petroquímicas (por ejemplo, válvulas forjadas, accesorios forjados, bridas, etc.)
- generación de energía y tratamiento de residuos
- minería y procesamiento de minerales
- agricultura y manipulación de ganado
- tratamiento de aguas
- aeronáutica
- industria del automóvil (poleas y ruedas dentadas)
- manipulación de materiales
- fábricas de ladrillos
- plantas de asfalto
- partes de aguas pluviales
- plantas de renderizado
- ferrocarriles
