Qu’est-ce que le forgeage ? – Définition, procédé et types

Cet article vous dévoilera tout ce que vous devez savoir surforgeage, notamment sa définition, son processus de fabrication et la comparaison d'un produit forgé avec des produits fabriqués par d'autres méthodes, telles que la fonderie, le soudage, la fabrication additive, l'usinage de barres/plaques et la métallurgie des poudres. Pièces métalliqueset les plastiques renforcés/composites.

Tout d'abord, nous allons définir ce qu'est le forgeage.

Qu'est-ce que le forgeage ?

Le forgeage est un procédé de fabrication où le métal solide est mis en forme par des forces de compression localisées obtenues par martelage ou pressage.

Le forgeage de l'acier est souvent classé selon la température à laquelle il est effectué : forgeage à froid, forgeage à chaud et forgeage à chaudIl est important de noter que le forgeage n'est pas la même chose que la fonderie, car le métal à forger n'est jamais fondu puis coulé.

Pourquoi utiliser des pièces forgées ?

Les pièces forgées sontfortLors du forgeage, la structure interne du métal se déforme pour épouser la forme générale de la pièce. La compression de cette structure et la création d'un flux de grains permettent d'accroître les caractéristiques de résistance de la pièce.

Les pièces forgées sont utilisées dans des domaines où la fiabilité et la sécurité sont primordiales. Elles entrent souvent dans la composition de pièces utilisées à l'intérieur de machines, d'automobiles, d'avions, de tracteurs, de navires, d'équipements de forage pétrolier, de moteurs et de missiles, entre autres.

À quelle température les pièces forgées sont-elles fabriquées ?

Les procédés de forgeage sont généralement classés selon que la température du métal est supérieure ou inférieure à la température de recristallisation de sa microstructure. Le forgeage de l'acier peut être divisé en :

Forgeage à chaud de l'acier

• températures de forgeage supérieures à la température de recristallisation, entre 1742 et 2300 °F.

• Bonne formabilité

• forces de formation faibles

• Résistance à la traction constante des pièces

Forgeage à chaud de l'acier

• Températures de forgeage comprises entre 1200 et 1742 °F

• Peu ou pas de calamine à la surface de la pièce

• Des tolérances plus étroites peuvent être obtenues qu'en forgeage à chaud.

• Formabilité limitée et forces de formage plus élevées que pour le forgeage à chaud

• Des forces de formage inférieures à celles du formage à froid

Forgeage à froid de l'acier

• Températures de forgeage à température ambiante, auto-échauffement jusqu'à 300 °F grâce à l'énergie de formage

• Tolérances les plus étroites réalisables

• Absence de calamine à la surface de la pièce

• Augmentation de la résistance et diminution de la ductilité dues à l'écrouissage

• Une faible formabilité et des forces de formage élevées sont nécessaires

Chez Edgerton Forge, nous forgeons l'acier à chaud.

Comment forge-t-on ?

Il existe essentiellement trois méthodes (ou procédés) pour fabriquer une pièce forgée : le forgeage par impression, le forgeage par matrice ouverte et le forgeage d’anneaux laminés sans soudure.

Ici, à Edgerton Forge, nous utilisonsForgeage par impression.

Le forgeage par impression consiste à presser ou à forcer le métal entre deux matrices (appelées outillage) qui ont une forme spécifique (cavité) découpée en elles.

Le métal est coulé sous pression dans la cavité pour créer la forme spécifique de la pièce. Ce procédé permet de réaliser des pièces aux formes allant des plus simples aux plus complexes et asymétriques.

Le forgeage par impression peut être réalisé à l'aide de diverses machines, notamment des presses hydrauliques, des presses mécaniques, des marteaux et des refouleuses. Chez Edgerton Forge, nous utilisons des refouleuses et des presses mécaniques.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux pièces moulées ?

Les pièces forgées sont plus résistantes.Le moulage ne permet pas d'obtenir les mêmes effets de renforcement que le travail à chaud et à froid. Le forgeage surpasse le moulage en termes de propriétés de résistance prévisibles, garantissant une résistance supérieure et constante d'une pièce à l'autre.

Le forgeage permet d'atténuer les défauts des lingots coulés ou des barres coulées en continu.Une pièce moulée ne présente ni orientation des grains ni résistance directionnelle, et le procédé ne peut empêcher la formation de certains défauts métallurgiques. Le pré-usinage des ébauches de forgeage induit une orientation des grains dans les directions exigeant une résistance maximale. Les structures dendritiques, les ségrégations d'alliage et autres imperfections similaires sont affinées lors du forgeage.

Les pièces forgées sont plus fiables et moins coûteuses.Les défauts de fonderie se présentent sous diverses formes. Le forgeage, grâce à son procédé de travail à chaud qui affine le grain et confère au matériau une résistance, une ductilité et une adhérence élevées, rend les produits forgés plus fiables. De plus, leur fabrication ne nécessite pas les coûts supplémentaires liés aux contrôles et inspections rigoureux qu'impose la fonderie.

Les pièces forgées réagissent mieux au traitement thermique.Le moulage exige une maîtrise rigoureuse des processus de fusion et de refroidissement afin d'éviter la ségrégation de l'alliage. Il en résulte une réponse non uniforme au traitement thermique, susceptible d'affecter la rectitude des pièces finies. Les pièces forgées, quant à elles, présentent une réponse plus prévisible au traitement thermique et une meilleure stabilité dimensionnelle.

Le forgeage est une méthode de production flexible et rentable qui s'adapte à la demande.Certaines pièces moulées, notamment les pièces de haute performance, nécessitent des matériaux coûteux, une maîtrise des procédés et des délais de livraison plus longs. Le forgeage à matrice ouverte et le laminage à chaud sont des exemples de procédés de forgeage qui s'adaptent à différentes séries de production et permettent de réduire les délais.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux assemblages soudés et aux fabrications ?

Le forgeage permet de réaliser des économies de production et de matériaux.Les pièces soudées sont plus coûteuses pour les productions en grande série. De fait, les pièces fabriquées sont une source traditionnelle de conversion au forgeage lorsque le volume de production augmente. Les coûts initiaux d'outillage pour le forgeage peuvent être amortis par les économies réalisées sur le volume de production et les matériaux. Par ailleurs, les avantages économiques intrinsèques du forgeage se traduisent par des coûts de main-d'œuvre, une réduction des rebuts et des retouches, ainsi que des coûts d'inspection moindres.

Les pièces forgées sont plus résistantes.Les structures soudées présentent généralement une certaine porosité. Tout gain de résistance obtenu par soudage ou assemblage de produits laminés standard peut être annulé par des pratiques de soudage ou d'assemblage inadéquates. L'orientation du grain obtenue par forgeage permet d'obtenir des pièces plus résistantes.

Les pièces forgées offrent des conceptions et des contrôles économiques.Un assemblage soudé multicomposant ne peut égaler les économies réalisées grâce à une pièce forgée monobloc correctement conçue. Le regroupement de pièces permet de réaliser des économies considérables. De plus, les assemblages soudés nécessitent des procédures d'inspection coûteuses, notamment pour les composants fortement sollicités. Ce qui n'est pas le cas des pièces forgées.

Les pièces forgées offrent des propriétés métallurgiques plus homogènes et de meilleure qualité.Le chauffage sélectif et le refroidissement non uniforme qui se produisent lors du soudage peuvent engendrer des propriétés métallurgiques indésirables, telles qu'une structure granulaire irrégulière. En service, un cordon de soudure peut constituer une entaille métallurgique susceptible d'entraîner la rupture de la pièce. Les pièces forgées, quant à elles, ne présentent pas de cavités internes pouvant provoquer une rupture inattendue sous contrainte ou impact.

Les pièces forgées permettent une production simplifiée.Le soudage et l'assemblage mécanique exigent une sélection rigoureuse des matériaux, des types et dimensions de fixations, ainsi qu'un contrôle strict du serrage, deux facteurs qui augmentent les coûts de production. Le forgeage simplifie la production et garantit une qualité et une régularité supérieures, pièce après pièce.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux barres/plaques usinées ?

Les pièces forgées offrent une gamme de tailles plus étendue pour les qualités de matériaux souhaitées.Les dimensions et les formes des produits fabriqués à partir de barres et de plaques d'acier sont limitées par celles des matériaux fournis. Souvent, le forgeage est le seul procédé de travail des métaux disponible pour certaines nuances d'acier et dans les dimensions souhaitées. Le forgeage permet une production économique de pièces de toutes tailles, depuis des pièces dont la plus grande dimension est inférieure à 2,5 cm jusqu'à des pièces pesant plus de 204 tonnes.

Les pièces forgées ont un grain orienté selon la forme pour une plus grande résistance.Les barres et plaques usinées peuvent être plus sensibles à la fatigue et à la corrosion sous contrainte, car l'usinage modifie la structure du grain du matériau. Dans la plupart des cas, le forgeage permet d'obtenir une structure de grain orientée selon la forme de la pièce, ce qui confère une résistance, une ductilité et une résistance aux chocs et à la fatigue optimales.

Le forgeage permet une utilisation plus efficace et plus économique des matériaux.Le découpage à la flamme est un procédé énergivore, une étape de fabrication parmi d'autres qui consomme plus de matière que nécessaire pour produire des pièces comme des bagues ou des moyeux. Les pertes lors de l'usinage ultérieur sont encore plus importantes.

Le forgeage génère moins de déchets ; une production plus importante et plus rentable.Les pièces forgées, notamment les pièces de forme quasi-nette, permettent une meilleure utilisation de la matière et génèrent peu de déchets. En production de masse, elles présentent un avantage décisif en termes de coûts.

Les pièces forgées nécessitent moins d'opérations secondaires.Certaines nuances de barres et de plaques nécessitent, à l'état brut, des opérations supplémentaires telles que le tournage, la rectification et le polissage afin d'éliminer les irrégularités de surface et d'obtenir la finition, la précision dimensionnelle, l'usinabilité et la résistance souhaitées. Souvent, les pièces forgées peuvent être mises en service immédiatement, sans opérations secondaires coûteuses.

Comment les pièces forgées se comparent-elles aux pièces en métal fritté (P/M) ?

Les pièces forgées sont plus résistantes.Les pièces fabriquées par métallurgie des poudres présentent généralement de faibles propriétés mécaniques (par exemple, une faible résistance à la traction). L'orientation des grains lors du forgeage garantit la résistance aux points de contrainte critiques.

Les pièces forgées offrent une intégrité supérieure.Pour prévenir les défauts de métallurgie des poudres, il est nécessaire de procéder à une modification coûteuse de la densité des pièces ou à une infiltration. Ces deux procédés engendrent des coûts supplémentaires. Le raffinement du grain des pièces forgées garantit la qualité du métal et l'absence de défauts.

Les pièces forgées nécessitent moins d'opérations secondaires.Les formes spéciales, les filetages et les perçages réalisés par métallurgie des poudres, ainsi que les tolérances de précision, peuvent nécessiter un usinage important. Les opérations de forgeage secondaires se limitent souvent à l'usinage de finition, au perçage et à d'autres étapes simples. La robustesse intrinsèque des pièces forgées garantit des états de surface usinés d'excellente qualité et constants.

Les pièces forgées offrent une plus grande flexibilité de conception.Les formes obtenues par métallurgie des poudres sont limitées à celles qui peuvent être éjectées dans le sens de la pression. Le forgeage permet de concevoir des pièces dont les formes ne sont pas limitées à cette direction.

Les pièces forgées utilisent des matériaux moins coûteux.Les matières premières utilisées pour la fabrication de pièces P/M de haute qualité sont généralement des poudres atomisées à l'eau, pré-alliées et recuites, qui coûtent beaucoup plus cher au kilo que les barres d'acier.

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