Le forgeage à matrice ouverte est un procédé de travail des métaux largement utilisé pour la production de composants à haute résistance dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, de l’énergie et des machines lourdes. Il permet de réaliser des pièces de grande taille et de formes complexes grâce à la déformation du métal sous contraintes de compression.
Cependant, sans un contrôle rigoureux de la température, de la force, du matériau et de l’outillage, des défauts peuvent survenir, affectant l’intégrité des pièces, leurs propriétés mécaniques et leurs performances.
Fissuration (fractures superficielles et internes)
Les fissures sont des fractures visibles ou sous-jacentes qui apparaissent à la surface ou à l’intérieur de la structure interne de la structure. pièce forgée Ces défauts peuvent considérablement affaiblir la pièce, entraînant une défaillance dans des conditions normales d’utilisation, notamment dans les zones critiques soumises à des contraintes.
Causes :
- Température de forgeage inadéquate :Un métal qui n’est pas chauffé à la température adéquate devient cassant, ce qui augmente sa susceptibilité à la fissuration.
- Déformation excessive par passage :Lorsque de grandes quantités de matériau sont déformées en une seule passe de presse, le matériau peut dépasser sa limite de ductilité, ce qui entraîne des fissures.
- Angles vifs ou géométrie abrupte :Les angles aigus et les changements brusques de section transversale créent des points de concentration de contraintes qui favorisent l’amorçage des fissures.
- Défauts matériels :Les inclusions internes, les microfissures ou les écrouissages antérieurs peuvent devenir des points faibles où des fissures se forment lors de la déformation.
Solutions :
- Veillez à ce que le métal soit chauffé uniformément dans la plage de température recommandée pour l’alliage afin d’éviter une fragilité excessive.
- Réduisez la déformation à chaque passage de presse et utilisez des stratégies de réduction progressive.
- Pour mieux répartir les contraintes, évitez les angles aigus et utilisez des outils aux transitions arrondies.
- Inspectez les billettes entrantes pour détecter les défauts internes à l’aide de techniques telles que le contrôle par ultrasons afin de vous assurer que le matériau est exempt d’inclusions.
Plis et rabats
Les replis et les plis se produisent lorsque les couches superficielles du métal se replient sur elles-mêmes sans liaison adéquate, créant des joints fragiles ou incomplets. Ces défauts peuvent entraîner une diminution de l’intégrité structurelle et un risque de rupture sous charge.
Causes :
- Contamination de surface :La présence de saletés, de calamine ou d’oxyde à la surface de la billette pendant le forgeage peut entraîner le repliement des couches de métal au lieu d’une fusion correcte.
- Débit de métal insuffisant :Si le matériau ne s’écoule pas correctement en raison d’une conception de matrice ou d’une stratégie de forgeage inadéquate, il peut se replier sur lui-même au lieu de se comprimer uniformément.
- Matrices mal alignées :Lorsque les matrices ne sont pas correctement alignées, la force est inégale, ce qui provoque un pliage du métal au lieu d’une déformation uniforme.
Solutions :
- Nettoyer soigneusement la surface des billettes pour éliminer toute trace de calamine, d’oxyde ou de contaminants avant forgeage à matrice ouverte.
- Optimiser les séquences de forgeage pour permettre un flux de matière plus uniforme et réduire la probabilité de pliage.
- Vérifiez et alignez soigneusement les matrices afin de garantir l’application de forces de compression uniformes à la billette.
Indentations et marques de surface
Les défauts de surface comprennent toute forme d’enfoncement, de piqûre ou de marque présente sur la surface de la pièce forgée. Ces imperfections peuvent altérer l’aspect visuel et l’intégrité structurelle de la pièce, nécessitant parfois des finitions supplémentaires ou engendrant des concentrations de contraintes.
Causes :
- Outillage sale ou rugueux :Les surfaces d’outillage usées ou contaminées peuvent laisser des marques indésirables sur la pièce forgée.
- Débris étrangers :La calamine, la saleté ou d’autres matières coincées entre l’outillage et la billette peuvent provoquer des marques de surface.
- Action incontrôlée du marteau ou de la presse :Une frappe irrégulière ou des vibrations du marteau/de la presse peuvent entraîner des indentations.
Solutions :
- Nettoyez et entretenez régulièrement les surfaces d’outillage afin de garantir qu’elles restent lisses et exemptes d’imperfections susceptibles d’être transférées à la pièce.
- Utilisez des techniques de nettoyage, telles que le grenaillage, pour éliminer la calamine et les débris avant le forgeage.
- Réglez les paramètres du marteau ou de la presse pour minimiser les vibrations et assurer une application uniforme de la force pendant le forgeage.
Flux de grains incorrect
Un mauvais écoulement des grains se produit lorsque la structure interne du matériau n’est pas alignée dans la direction des contraintes attendues. Cela entraîne une réduction de la résistance à la fatigue, une diminution de la résistance à la traction et d’autres problèmes mécaniques.
Causes :
- Séquence de forgeage inappropriée :Les étapes de forgeage qui n’alignent pas correctement le métal avec la direction de la charge entraînent un mauvais alignement des grains.
- Orientation incorrecte des billettes :Les billettes qui ne sont pas orientées dans la direction correcte des charges appliquées entraîneront un flux de grains désaligné.
- Passes de forgeage insuffisantes :L’absence de réduction progressive entraîne une déformation inégale et une structure granulaire mal alignée.
Solutions :
- Concevoir des séquences de forgeage qui garantissent que le flux de métal s’aligne avec les directions de chargement prévues.
- Veillez à orienter correctement la billette afin qu’elle corresponde à la direction des contraintes portantes.
- Utiliser des passes de forgeage progressives pour réduire graduellement la matière et assurer un flux de grain continu.
Inclusion de calamine et oxydation de surface
La calamine se forme lorsque le métal est exposé à l’oxygène à haute température, provoquant une oxydation superficielle. Si elle n’est pas correctement éliminée, la calamine peut s’incruster dans le métal. forgeage, ce qui entraîne une diminution des propriétés mécaniques et de la qualité de surface.
Causes :
- Exposition prolongée à des températures élevées :Une exposition prolongée à des températures élevées dans l’air accélère la formation d’oxydes.
- Réchauffage sans détartrage :Des cycles de réchauffage répétés sans détartrage adéquat permettent l’accumulation de couches d’oxyde supplémentaires.
- Atmosphère protectrice inadéquate :L’absence de gaz protecteurs ou d’atmosphère inerte pendant le chauffage peut favoriser l’oxydation.
Solutions :
- Limiter le temps d’exposition aux hautes températures afin de réduire l’oxydation et l’accumulation de tartre.
- Mettre en œuvre un décalaminage régulier entre les étapes de forgeage à l’aide de méthodes mécaniques telles que le grenaillage ou le laminage.
- Utiliser des atmosphères protectrices ou des gaz inertes pendant le chauffage afin de minimiser l’oxydation.
Distorsion et déformation
La déformation et le gauchissement surviennent lorsque la pièce forgée se plie, se tord ou se désaligne par rapport à sa forme initiale. Cela peut être dû à un refroidissement irrégulier, à des forces de forgeage déséquilibrées ou à un chauffage non homogène. La déformation complique les étapes suivantes, telles que l’usinage et l’assemblage.
Causes :
- Refroidissement inégal :Différentes parties de la pièce peuvent refroidir à des vitesses différentes, ce qui provoque une contraction inégale et entraîne une déformation.
- Forgeage asymétrique :Une répartition inégale des forces lors du forgeage provoque une déformation non uniforme de la pièce.
- Température de la puce irrégulière :Un chauffage inégal dans les matrices ou l’outillage peut provoquer des gradients thermiques, entraînant des déformations.
Solutions :
- Utilisez des stratégies de refroidissement contrôlé telles que la trempe ou l’isolation pour assurer un refroidissement uniforme sur toute la pièce.
- Concevoir des séquences de forgeage permettant d’appliquer des forces uniformes tout au long du processus, minimisant ainsi le risque de déformation asymétrique.
- Maintenir une température constante des matrices en les préchauffant et en utilisant des systèmes de gestion de la température contrôlée.
Porosité et vides internes
La porosité et les vides internes se forment lorsque des poches de gaz ou d’autres cavités sont emprisonnées dans le métal lors du forgeage. Ces vides fragilisent la pièce, réduisent sa capacité de charge et peuvent entraîner une défaillance du produit s’ils ne sont pas détectés.
Causes :
- Gaz piégés :Une ventilation insuffisante ou une mauvaise évacuation des gaz pendant le processus de forgeage entraîne la formation de poches internes.
- Températures basses des matériaux :Un matériau froid à faible ductilité empêche la fermeture des cavités lors du forgeage.
- Inclusions ou impuretés :Les inclusions non métalliques piégées peuvent créer des vides lors de la déformation.
Solutions :
- Veillez à assurer une ventilation adéquate pendant le forgeage afin que les gaz puissent s’échapper avant que le matériau ne se solidifie.
- Forger à des températures permettant une plasticité suffisante pour que le matériau s’écoule et que les vides internes se referment.
- Avant le forgeage, inspecter les matériaux pour détecter les impuretés à l’aide de tests ultrasoniques ou par courants de Foucault.
Surchauffe et brûlure
La surchauffe, ou « combustion », se produit lorsque le métal est exposé à des températures supérieures à sa plage de forgeage recommandée. La surchauffe entraîne l’oxydation, la croissance des grains, voire une fusion locale, ce qui fragilise la pièce et dégrade ses propriétés mécaniques.
Causes :
- Température excessive du four :La pièce est exposée à des températures supérieures à la plage de température admissible de l’alliage.
- Temps de trempage prolongé :Des périodes prolongées à haute température entraînent la croissance et l’oxydation des grains.
- Surveillance thermique imprécise :Des thermocouples ou des pyromètres défectueux entraînent une surchauffe de la pièce.
Solutions :
- Respectez la plage de températures recommandée pour l’alliage et minimisez le temps pendant lequel la pièce est exposée à des températures élevées.
- Utilisez des outils de mesure de température précis, tels que des thermocouples étalonnés, pour surveiller et contrôler les niveaux de chaleur.
- Minimisez les cycles de réchauffage et assurez-vous que les profils de température sont contrôlés afin d’éviter les dommages thermiques.