Cast vs. acciaio forgiato: Differenze chiave

I prodotti in acciaio possono essere fabbricati mediante fusione o forgiatura di acciaio. La fusione di acciaio è il processo mediante il quale un metallo viene riscaldato fino a raggiungere uno stato liquido e quindi versato in uno stampo che modella il prodotto desiderato. La forgiatura dell’acciaio implica l’applicazione di forze meccaniche a blocchi solidi riscaldati di acciaio (come lingotti e/o billette) che vengono modellati in modo permanente nei prodotti desiderati.

FORGIATURA DELL’ACCIAIO VS. CASTING

Entrambi i processi produttivi richiedono l’applicazione di alte temperature alle materie prime dell’acciaio (per liquefarlo o renderlo malleabile) e l’esecuzione di lavorazioni CNC a fine processo per ottenere il prodotto finale.

I prodotti finali possono anche essere sottoposti a trattamento di finitura superficiale, come verniciatura, verniciatura a polvere, lucidatura, vari tipi di rivestimento (ad esempio zincatura) e protezione dall’usura/indurimento (applicazione di sovrapposizione di carburo di tungsteno).

Ultimo ma non meno importante, le parti fuse e forgiate possono essere assemblate, saldate, brasate, dure prima di essere spedite come prodotti finali.

I prodotti risultanti dai processi di fusione e forgiatura hanno proprietà diverse in termini di porosità superficiale (generalmente migliore per i prodotti forgiati rispetto ai prodotti fusi), struttura del grano (più fine per i prodotti forgiati), resistenza alla trazione (generalmente superiore per i prodotti forgiati) e resistenza alla fatica.

Questi processi di produzione alternativi sono quindi utilizzati (e adatti per) diverse circostanze e applicazioni.

Il processo di fusione è preferito per:

• parti e componenti che sarebbe troppo complesso o costoso per la produzione di acciaio forgiatura (esempio: grandi corpi valvola);
• parti di cavità interne;
• grandi dimensioni delle parti (non ci sono praticamente senza limiti di dimensione, in termini di peso delle parti che possono essere prodotte con il processo di fusione);
• parti in leghe speciali (alcune leghe specifiche sono più difficili da forgiare rispetto alla fusione, ad esempio quelle con un alto contenuto di nichel e molibdeno, che hanno una notevole resistenza alle forze meccaniche);
• parti che richiedono produzione di massa e piccoli lotti.

Il processo di forgiatura è preferito per:

• parti che richiedono estremamente alta resistenza, tenacità e resistenza (infatti, durante il processo di forgiatura dell’acciaio la struttura del grano viene modificato per conformarsi alla forma del prodotto finale – con elevata uniformità di composizione metallurgica e ricristallizzazione);
• parti che devono resistere a forti urti e sollecitazioni meccaniche;
• parti in cui la porosità, il rischio di un gas, vuoto, tasche e la possibile formazione di cavità (anche micro-granulare) non sono accettabili;
• produzione di meccanicamente resistenti parti senza l’utilizzo di costose leghe;
• parti che richiedono un’elevata resistenza all’usura;
• parti soggette a carichi e sollecitazioni elevate;
• applicazioni di fascia alta quando l’integrità e la qualità della parte sono l’obiettivo principale nel processo di produzione, piuttosto che tempi e costi.

L’evoluzione delle tecnologie di fusione ha ridotto il divario tra le proprietà fisiche dei prodotti fusi rispetto ai prodotti forgiati, rendendo i moderni prodotti fusi molto competitivi in termini di qualità, resistenza e resistenza all’usura: tuttavia, in molti campi, la forgiatura dell’acciaio rimane, ancora, l’opzione di produzione preferita (esempio: valvole di piccole dimensioni, cioè valvole forgiate o valvole ad alta pressione).

Leggi di forgiare l’acciaio su Wikipedia.

COLATA IN ACCIAIO

I principali tipi di processi di fusione sono:

COLATA in SABBIA

La colata in sabbia è il metodo di fusione più tradizionale e consiste nel versare metallo liquido in leganti che resistono al metallo fuso (come argilla legata/sabbia verde incollata/resina, sabbia di resina termoindurente e guscio).

MICROFUSIONE

Questo termine si riferisce allo stampaggio di precisione eseguito iniettando il metallo liquido in una matrice metallica e un rivestimento ceramico. Il materiale dello stampo può essere cera dura, cera persa, schiuma persa e simili.

Questi processi vengono utilizzati per diverse applicazioni in termini di dimensioni delle parti (la colata in sabbia viene utilizzata per pezzi di grandi dimensioni, la colata di investimento per pezzi di piccole dimensioni fino a 100 chilogrammi e 1,5 metri di max. lunghezza), tolleranze consentite (la fusione di investimento crea parti più precise) e obiettivi di costo (i getti di investimento tendono ad essere più economici della colata in sabbia).

FORGIATURA in ACCIAIO

La forgiatura in acciaio è apparsa in Cina nelle epoche antiche per produrre vari tipi di prodotti in metallo.

Mentre le procedure e gli strumenti utilizzati per produrre parti forgiate sono cambiati nel corso dei secoli (dall’uso di incudini, martelli e manodopera a macchine automatizzate come presse idrauliche) il processo di forgiatura dell’acciaio di base si basa ancora sull’applicazione dell’energia termica ai blocchi solidi di acciaio e sulla loro ulteriore trasformazione in prodotti finiti mediante l’applicazione di forze meccaniche (martellanti).

PROCESSO DI FORGIATURA

Il processo di base di forgiatura consiste in alcuni passaggi tradizionali:

1. la materia prima (blocchi di acciaio, lingotti, billette) viene tagliata in pezzi più piccoli, se necessario
2. il materiale viene riscaldato per raggiungere la necessaria temperatura di forgiatura (l’applicazione di calore è necessario per rendere il materiale duttile e malleabile); temperatura di forgiatura, dipende dal tipo di metallo e si ottiene posizionando il materiale in un forno/forno;
3. il metallo riscaldato è di forma in forma richiesta dall’applicazione di forze meccaniche (pressione).
4. il semilavorato viene sottoposto a lavorazione, finitura e trattamento termico

Al termine del processo, il prodotto risultante presenta un’estrema resistenza, resistenza agli urti e resistenza all’usura grazie alla ricristallizzazione metallurgica e alla raffinazione delle venature derivanti dal trattamento termico e meccanico applicato.

A seconda della temperatura applicata alla materia prima durante il processo di forgiatura, la forgiatura è classificata in:

• Acciaio di pezzo fucinato freddo: quando nessun riscaldamento è applicato, cioè. il processo di forgiatura avviene a temperatura ambiente (superiore a forze meccaniche sono necessari in questo caso, e il metallo è inferiore formabilità vs calda o stampaggio a caldo metodi)
• stampaggio a Caldo di acciaio: il materiale viene riscaldato a temperature comprese tra 800 e 950/1000 C°
• stampaggio a Caldo di acciaio: quando la temperatura di riscaldamento è al di sopra di 950/1000 C° (e più in generale al di sotto di 1300 C°) per dare il metallo ad alta duttilità e rendere la forgiatura possibile anche con l’applicazione di modeste pressioni meccaniche.

TIPI DI FORGIATURA IN ACCIAIO

FORGIATURA A STAMPO CHIUSO

L ‘ “Acciaio per forgiatura a stampo chiuso” è un processo di forgiatura in cui gli stampi si muovono l’uno verso l’altro e coprono il pezzo in lavorazione in tutto o in parte. La materia prima riscaldata, che è approssimativamente la forma o la dimensione della parte forgiata finale, viene posizionata nella matrice inferiore.

FORGIATURA A STAMPO APERTO

L ‘ “Acciaio per forgiatura a stampo aperto” è il processo di deformazione di un pezzo di metallo tra più matrici che non incapsulano completamente il materiale. Il metallo è modellato dall’azione delle matrici che “martellano” o “stampano” il materiale attraverso una serie di movimenti fino a raggiungere la forma richiesta.

OPEN-DIE VS. CLOSED-DIE

CAMPI DI APPLICAZIONE DELLA FUSIONE E DELLA FORGIATURA DELL’ACCIAIO

La fusione e la forgiatura dell’acciaio vengono utilizzate per produrre parti per le seguenti industrie:

• impianti petrolchimici (esempio forgiato valvole, raccordi forgiati, flange, ecc)
• la generazione di energia e di trattamento di rifiuti
• estrazione e lavorazione dei minerali
• agricoltura e allevamento gestione
• trattamento dell’acqua
• aeronautica
• industria automobilistica (pulegge e ruote dentate)
• movimentazione materiali
• fabbrica
• impianti per conglomerato
• acque meteoriche di parti
• rendering piante
• ferrovie