فورج چیست؟ Open Die، Carbon Steel & Forged vs Cast Explained

فورج چیست؟

آهنگری یک فرآیند فلزکاری است که با اعمال نیروی فشاری - از طریق چکش زدن، فشار دادن یا نورد - در حالی که مواد گرم، گرم یا سرد است، فلز را شکل می‌دهد. بر خلاف ماشینکاری که مواد را برای رسیدن به شکل حذف می کند، آهنگری ساختار دانه فلز را جابجا و فشرده می کند و قطعاتی با خواص مکانیکی برتر نسبت به وزن آنها تولید می کند.

قدمت این فرآیند به هزاران سال به شکل دستی آن برمی‌گردد، اما آهنگری صنعتی مدرن از پرس‌های هیدرولیک استفاده می‌کند که قادر به اعمال صدها هزار تن نیرو، چکش‌های کنترل‌شده با CNC و ابزارهای قالب بسته با دقت در سطح میکرون هستند. نتیجه یک جزء است که ساختار دانه داخلی آن از خطوط قطعه پیروی می کند - مشخصه ای به نام جریان دانه - که به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خستگی، استحکام کششی و چقرمگی ضربه را در مقایسه با استوک میله یا ریخته گری از همان آلیاژ بهبود می بخشد.

فورجینگ ها در هر جایی که خرابی گزینه ای نباشد مشخص می شود: میل لنگ، میله های اتصال، اجزای ارابه فرود، فلنج های مخزن تحت فشار، ایمپلنت های جراحی و بست های ساختاری در کاربردهای هوافضا و دفاعی. مزیت تعیین کننده فقط قدرت نیست، بلکه قدرت قابل پیش بینی و ثابت - کیفیتی که ریخته‌گری‌ها و جوش‌کاری‌های ماشین‌کاری شده نمی‌توانند به‌طور قابل‌اطمینانی در محیط‌های خستگی با سیکل بالا مطابقت داشته باشند.

جعل در مقابل ریخته گری: مقایسه مستقیم

آهنگری و ریخته‌گری هر دو فرآیندهای اولیه شکل‌دهی فلز هستند، اما ساختارهای داخلی اساساً متفاوتی را تولید می‌کنند - و بنابراین پروفایل‌های عملکرد متفاوتی را ایجاد می‌کنند. انتخاب بین آنها شامل مبادله بین خواص مکانیکی، پیچیدگی هندسی، حجم تولید و هزینه است.

در ریخته گری، فلز مذاب را در قالب ریخته و اجازه می دهند تا جامد شود. همانطور که سرد می شود، ساختار کریستالی فلز به طور تصادفی شکل می گیرد، اغلب با تخلخل، حفره های انقباض، و جداسازی دندریتیک - ناسازگاری های میکروسکوپی که عمر خستگی را کاهش می دهد و نقاط شکست غیرقابل پیش بینی ایجاد می کند. ریخته‌گری‌ها در تولید هندسه‌های داخلی پیچیده (معابر توخالی، برش‌های زیرین، حفره‌های پیچیده) که ساختن آن‌ها غیرممکن یا بسیار پرهزینه است، برتری دارند.

آهنگری مرحله انجماد را به طور کامل حذف می کند. کارکردن فلز جامد در دماهای بالا تخلخل را می‌بندد، اندازه دانه را اصلاح می‌کند و ساختار دانه را با هندسه تحمل‌کننده تنش قطعه هماهنگ می‌کند. ریزساختار به دست آمده است متراکم تر، همگن تر و به طور قابل توجهی در برابر انتشار ترک مقاوم تر است نسبت به ریخته گری معادل.

یک قانون عملی: اگر قطعه نباید تحت بار چرخه ای خراب شود، آهنگری را مشخص کنید. اگر به ویژگی‌های داخلی توخالی یا دیوارهای بسیار نازک به شکل پیچیده نیاز دارد، ریخته‌گری ممکن است تنها مسیر امکان‌پذیر باشد - با آزمایش‌های غیرمخرب مناسب برای واجد شرایط بودن ریزساختار.

Die Forging را باز کنید : فرآیند، کاربردها و مزایا

آهنگری قالب باز - که آهنگری آزاد یا آهنگری نیز نامیده می شود - بین قالب های مسطح یا ساده ای که قطعه کار را به طور کامل احاطه نمی کنند انجام می شود. فلز به صورت تدریجی شکل می‌گیرد: اپراتور (یا سیستم خودکار) شمش را بین ضربات چکش یا فشار فشار تغییر می‌دهد و مواد را به تدریج به شکل دلخواه در می‌آورد.

از آنجایی که قالب ها در هر لحظه تنها با بخشی از قطعه کار تماس پیدا می کنند، مواد می توانند بدون محدودیت به صورت جانبی جریان پیدا کنند. این امر باعث می‌شود فرآیند فورج باز قالب برای موارد زیر انتخاب شود:

• اجزای بزرگ و سنگین در جایی که ابزار قالب بسته غیرعملی گران است - شفت، غلتک، حلقه و دیسک تا ده ها هزار کیلوگرم
• قطعات کم حجم و سفارشی که در آن استهلاک ابزاری در یک دوره کوچک، جعل قالب بسته را غیراقتصادی می کند
• خرابی شمش ، اولین مرحله در تبدیل شمش ریخته گری به شمش فرفورژه برای آهنگری قالب بسته بعدی یا ماشینکاری
• آلیاژهای سخت جعل که نیاز به تغییر شکل دقیق و کنترل شده در حرارت های متعدد برای جلوگیری از ترک خوردن دارند

فورجینگ‌های قالب باز معمولاً به ماشین‌کاری نهایی بیشتری نسبت به قطعات قالب بسته نیاز دارند، زیرا تلورانس‌های ابعادی ضعیف‌تر هستند - محدوده تحمل معمولی بسته به اندازه قطعه ± 3 میلی‌متر یا بیشتر است، در مقابل 0.5 ± میلی‌متر یا محکم‌تر برای قالب‌های بسته دقیق‌تر. با این حال، مزایای ریزساختاری یکسان است: پالایش دانه، بسته شدن تخلخل، و جریان دانه جهت دار، همه به یک اندازه برای قالب باز و محصولات قالب بسته اعمال می شوند.

نورد حلقه یک شکل تخصصی از فورج قالب باز است که برای تولید حلقه‌های بدون درز از چند سانتی‌متر تا چند متر قطر استفاده می‌شود. یک بیلت سوراخ شده روی یک رول سنبه قرار می گیرد و با افزایش قطر حلقه به تدریج ضخامت دیواره آن کاهش می یابد. جریان پیوسته دانه در اطراف محیط حلقه حلقه های نورد شده می دهد استحکام حلقه استثنایی - دلیل استفاده از آنها در محفظه موتورهای جت، بلبرینگ ها و فلنج های مخازن تحت فشار.

فولاد کربنی برای آهنگری: درجات، انتخاب و رفتار

فولاد کربنی پرکاربردترین کلاس مواد آهنگری است که به دلیل ترکیبی از جعل پذیری، محدوده خواص مکانیکی، هزینه و پاسخ به عملیات حرارتی ارزش دارد. محتوای کربن متغیر اصلی است که بر رفتار آهنگری و عملکرد قطعه نهایی حاکم است.

فولاد کم کربن (0.05-0.25% C)

گریدهایی مانند AISI 1010، 1018 و 1020 بسیار انعطاف پذیر هستند و به راحتی در محدوده دمایی وسیع (900-1300 درجه سانتی گراد) جعل می شوند. آنها در دمای آهنگری مقیاس کمی تولید می کنند و از تغییرات دمای کار می گذرند - و آنها را برای تولید قالب بسته با حجم بالا با هزینه کنترل فرآیند کمتر مناسب می کند. محدودیت آنها سقف استحکام است: آهنگرهای کم کربن قابل عملیات حرارتی تا سختی بالا نیستند و برای مقاومت در برابر سایش سطح به سخت شدن کار یا سخت شدن مورد (کربورسازی، نیتریدینگ) متکی هستند.

فولاد کربن متوسط (0.30-0.60% C)

نمرات از جمله AISI 1035، 1045 و 1060، اسب های کار آهنگری سازه هستند. آن‌ها به خوبی به عملیات حرارتی خاموش و تمپر پاسخ می‌دهند و بسته به اندازه بخش و پارامترهای درمان، استحکام کششی از 700 مگاپاسکال تا بیش از 1000 مگاپاسکال را به دست می‌آورند. AISI 1045 یکی از رایج ترین گریدهای آهنگری است که در سطح جهانی مشخص شده است - برای میل لنگ، محورها، چرخ دنده ها، میله های اتصال و اجزای ساختاری همه منظوره استفاده می شود. دماهای آهنگری معمولاً بین 850 تا 1250 درجه سانتیگراد است و آهنگری نهایی بالاتر از 850 درجه سانتیگراد است تا از ترک خوردگی ناشی از کاهش شکل پذیری جلوگیری شود.

فولاد کربن بالا (0.60-1.00٪ C)

نمرات مانند AISI 1075 و 1095 سخت تر و قوی تر هستند اما به طور قابل توجهی کمتر بخشنده هستند. محتوای کربن بیشتر، پنجره دمای آهنگری را باریک می کند و در صورت سرد شدن ناهموار فلز در حین کار، حساسیت به ترک را افزایش می دهد. این گریدها در جایی استفاده می‌شوند که سختی پس از عملیات حرارتی مهم است - ابزارهای برش، فنرها، اجزای ریل و قطعات مقاوم در برابر سایش. آنها به کنترل شدیدتر کوره، گرم کردن مجدد مکرر در حین کار قالب باز و خنک سازی کنترل شده آهسته بعد از آهنگری برای جلوگیری از ترک خوردگی قبل از عملیات حرارتی نیاز دارند.

برای کاربردهایی که به استحکامی فراتر از آنچه فولاد کربنی می‌تواند ارائه کند، فولادهای آلیاژی (4140، 4340، 8620) کروم، مولیبدن و نیکل را برای بهبود سخت‌پذیری اضافه می‌کنند - توانایی دستیابی به سختی بالا از طریق سطح مقطع کامل آهنگری بزرگ، نه فقط در سطح. .