Forjados de aço inoxidável | Processo de forjamento, propriedades, benefícios e aplicações

O forjamento pode melhorar ainda mais as propriedades mecânicas e a durabilidade do aço inoxidável, fazendo com que ele tenha um bom desempenho em vários ambientes extremos. 

Apresentaremos a você todo o processo de forjamento de aço inoxidável em detalhes, incluindo os graus comumente usados para forjamento, a classificação e as vantagens dos forjados e sua ampla aplicação em vários setores, além de comparar e analisar os forjados de aço inoxidável com o aço inoxidável comum.

O que é aço inoxidável forjado?

Aço inoxidável forjado é aço inoxidável que foi moldado e fortalecido por meio de um processo de aquecimento e deformação mecânica. Este método melhora sua força, durabilidade e resistência ao impacto, tornando-o ideal para aplicações de alto estresse nas indústrias aeroespacial, automotiva e de construção.

O aço inoxidável pode ser forjado?

Sim, mas há alguns fatores a serem considerados ao forjar aço inoxidável.

Resistência ao calor e dificuldade de processamento: Como o aço inoxidável tem alta resistência em altas temperaturas, maior pressão e energia precisam ser aplicadas durante o processo de forjamento, geralmente exigindo o uso de equipamentos de forjamento pesados e processamento mais complexo.

Ductilidade e plasticidade do material: Para garantir que não ocorram rachaduras e outros defeitos durante o processo de forjamento, a temperatura de forjamento e o tempo de aquecimento devem ser rigorosamente controlados. Além disso, forjados de aço inoxidável geralmente precisam ser tratados termicamente após o forjamento, como tratamento de solução e tratamento de envelhecimento, para melhorar ainda mais seu desempenho.

Como forjar aço inoxidável?

O processo de forjamento de aço inoxidável inclui várias etapas principais, cada uma delas crítica para a qualidade e o desempenho do produto final:

Seleção de materiais

Selecione o grau de aço inoxidável apropriado de acordo com os requisitos da aplicação. Materiais comuns de forjamento de aço inoxidável incluem série 300 (como 304, 316), série 400 (como 410, 420) e aço inoxidável duplex (como 2205). Cada grau de aço inoxidável tem suas próprias características de desempenho e cenários de aplicação específicos.

Aquecimento

O aço inoxidável é aquecido a uma faixa de temperatura adequada, geralmente entre 1700 e 2300 graus Fahrenheit (cerca de 927 a 1260 graus Celsius). É necessário controlar rigorosamente a temperatura durante o processo de aquecimento para que o engrossamento do grão do material e o superaquecimento possam ser evitados. A temperatura e o tempo de aquecimento também são diferentes para diferentes graus de aço inoxidável.

Forjamento

Após o aquecimento até a temperatura apropriada, o aço inoxidável é forjado no formato desejado aplicando força de compressão. A tecnologia de forjamento pode ser implementada de várias maneiras, e o forjamento em matriz aberta, o forjamento em matriz fechada ou o forjamento livre podem ser adotados de forma flexível. Em operações de forjamento, é crucial garantir deformação uniforme e refinamento de grãos do material. Ao mesmo tempo, a seleção do equipamento de forjamento deve considerar totalmente o tamanho e a complexidade específicos do forjamento.

Resfriamento

Após o forjamento, é realizado o tratamento de resfriamento adequado. Para aço inoxidável austenítico, geralmente é usado resfriamento a ar ou resfriamento a água; enquanto o aço inoxidável martensítico precisa ser resfriado lentamente para evitar estresse interno e rachaduras. A taxa e o método de resfriamento têm uma influência importante no desempenho final do forjamento.

Tratamento térmico

O tratamento térmico (como tratamento de solução e tratamento de envelhecimento) é usado para melhorar ainda mais as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão de forjados de aço inoxidável. A temperatura e o tempo do tratamento térmico precisam ser ajustados de acordo com o grau específico do aço inoxidável e os requisitos da aplicação. A chave para o tratamento térmico é eliminar o estresse interno gerado durante o processo de forjamento e melhorar a microestrutura do material.

Acabamento

Após a conclusão do forjamento, os materiais de aço inoxidável geralmente precisam passar por uma série de etapas de usinagem e tratamento de superfície. Entre os métodos de tratamento de superfície, as tecnologias de polimento, decapagem e passivação são particularmente comuns. Elas podem não apenas melhorar significativamente a aparência e a textura dos forjados, mas também aumentar ainda mais sua resistência à corrosão e estender sua vida útil.

Graus comuns para forjamento de aço inoxidável

No forjamento de aço inoxidável, os graus comumente usados incluem os seguintes, cada um com requisitos de temperatura e características de processamento exclusivos durante o processo de forjamento.

Aço inoxidável 304

Este grau é um dos aços inoxidáveis mais comumente usados, com boa resistência à corrosão e fácil processamento. A faixa de temperatura de forjamento de Aço inoxidável 304 é geralmente entre 1700°F e 2300°F (927°C a 1260°C). Devido à sua alta resistência ao calor, maior pressão e energia precisam ser aplicadas durante o processo de forjamento.

Aço inoxidável 316

A temperatura de forjamento de Aço inoxidável 316 é semelhante ao do aço inoxidável 304, geralmente entre 1700°F e 2300°F (927°C a 1260°C). O maior teor de níquel e molibdênio faz com que ele tenha um bom desempenho em ambientes altamente corrosivos, e o processo de forjamento requer controle rigoroso de temperatura para evitar o engrossamento do grão.

Aço inoxidável 410

A faixa de temperatura de forjamento de Aço inoxidável 410 is generally between 1700°F and 2150°F (927°C to 1177°C). During the forging process, care should be taken to avoid excessive temperatures to prevent the material from overheating and forming delta-ferrite, which affects its mechanical properties.

Aço inoxidável 420

A temperatura de forjamento de Aço inoxidável 420 is similar to that of 410 stainless steel, usually between 1700°F and 2150°F (927°C and 1177°C). Slow heating is required during forging to avoid cracking, and appropriate heat treatment is performed after forging to eliminate internal stress and increase hardness.

2205 Duplex aço inoxidável

A faixa de temperatura de forjamento de Aço inoxidável 2205 é geralmente entre 1870°F e 2010°F (1020°C e 1100°C). Devido à sua estrutura duplex, a temperatura de forjamento precisa ser rigorosamente controlada para manter a proporção apropriada de austenita e ferrita.

17-4 Aço inoxidável endurecido por precipitação

As propriedades de 17-4PH pode ser significativamente melhorado pelo tratamento térmico. A faixa de temperatura de forjamento do aço inoxidável 17-4PH é geralmente entre 1800°F e 1950°F (982°C e 1066°C). O tratamento de envelhecimento é geralmente necessário após o forjamento para atingir as propriedades mecânicas necessárias. É amplamente utilizado na indústria aeroespacial, nuclear, equipamentos químicos e dispositivos médicos.

Propriedades e benefícios de forjados de aço inoxidável

Peças forjadas de aço inoxidável têm muitas vantagens em relação a outros processos de fabricação (como fundição e usinagem).

Alta resistência e durabilidade: O processo de forjamento refina os grãos de aço inoxidável por meio da força de compressão, melhorando significativamente sua resistência e tenacidade, adequado para aplicações de alto estresse e alta fadiga. As peças de aço inoxidável forjadas têm bom desempenho em ambientes de alta pressão e alta temperatura, adequadas para as indústrias aeroespacial, nuclear e petroquímica.

Excelente resistência à corrosão: O aço inoxidável forjado tem bom desempenho em ambientes corrosivos, especialmente nas indústrias química, marítima e farmacêutica. O refinamento do grão e a distribuição uniforme durante o processo de forjamento ajudam a melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável, tornando-o excelente em ambientes ácidos, alcalinos e marítimos.

Boa resistência térmica: O aço inoxidável forjado tem excelente resistência a altas temperaturas e é adequado para equipamentos e ambientes de alta temperatura, como caldeiras, trocadores de calor e fornos. 

Fluidez contínua do grão: As peças forjadas de aço inoxidável têm uma estrutura de grãos consistente, o que significa que a resistência e a tenacidade são distribuídas uniformemente quando submetidas à força, melhorando a confiabilidade das peças.

Reduzir o desperdício de materiais: O processo de forjamento produz menos resíduos do que fundição e usinagem, melhorando a utilização do material e reduzindo os custos de produção. O processo de forjamento pode fazer uso mais eficiente de matérias-primas e reduzir os resíduos gerados durante o processamento, reduzindo assim os custos de produção.

Aplicações de forjados de aço inoxidável

Peças forjadas de aço inoxidável são amplamente utilizadas em diversos setores. 

Construção e infraestrutura: Usado em projetos de infraestrutura, como prédios, pontes e túneis, com boa resistência e resistência à corrosão. Forjados de aço inoxidável são usados em construção e infraestrutura para fabricar componentes estruturais, fixadores e conectores para garantir a estabilidade e durabilidade de prédios.

Petróleo e gás: Usados em oleodutos, tanques de armazenamento e refinarias, eles podem suportar substâncias corrosivas e ambientes de alta temperatura. A indústria de petróleo e gás exige o mais alto nível de resistência à corrosão e força de seus materiais. Forjados de aço inoxidável têm bom desempenho neste ambiente e são frequentemente usados para fabricar oleodutos, tanques de armazenamento e equipamentos de perfuração.

Energia e potência: Usado em usinas de energia, instalações nucleares e campos de energia renovável, como lâminas de turbina, eixos, trocadores de calor e sistemas de exaustão. Forjados de aço inoxidável são usados nas indústrias de energia e potência para fabricar componentes-chave para garantir a operação estável do equipamento em ambientes de alta temperatura e alta pressão.

Transporte: Usado em várias partes de automóveis, trens, aviões e navios, incluindo sistemas de exaustão, peças estruturais e acessórios internos. Forjados de aço inoxidável são usados na indústria de transporte para fabricar componentes-chave para garantir a segurança e a confiabilidade de veículos e navios.

Médico e saúde: Usado em equipamentos médicos, peças estruturais de contêineres criogênicos, instrumentos cirúrgicos, implantes e infraestrutura hospitalar, com bom desempenho de higiene e biocompatibilidade. Forjados de aço inoxidável são usados nos campos médico e de saúde para fabricar instrumentos cirúrgicos, implantes e equipamentos médicos para garantir sua segurança e confiabilidade no uso.

Forjados para processamento de alimentos: Essenciais para manter a higiene, durabilidade e eficiência na indústria alimentícia. Normalmente feitos de aços inoxidáveis como 304 e 316, esses forjados são usados em componentes de equipamentos, ferramentas e peças estruturais, oferecendo benefícios como maior resistência, menor risco de contaminação e maior vida útil.

Classificação de forjados de aço inoxidável

Forjados de aço inoxidável podem ser classificados de acordo com uma variedade de padrões para atender às necessidades de diferentes cenários de aplicação.

De acordo com os elementos químicos, os forjados de aço inoxidável são classificados em sistemas de cromo, cromo-níquel e cromo-níquel-molibdênio, com resistência à corrosão gradualmente crescente.

Por estrutura organizacional, são classificados em forjados de aço inoxidável austenítico, martensítico, ferrítico e duplex.

De acordo com o teor de impurezas, os forjados de aço inoxidável são classificados em comuns, de baixo carbono, de ultrabaixo carbono e de alta pureza.

Por resistência à corrosão, os forjados de aço inoxidável são classificados em resistência à corrosão sob tensão, resistência à corrosão por pites e resistência ao desgaste.

Por ambiente médio, os forjados de aço inoxidável são classificados em resistentes ao ácido nítrico, resistentes ao ácido sulfúrico, resistentes à ureia e resistentes à água do mar.

Ao economizar a classificação de elementos, forjados de aço inoxidável incluem forjados de aço inoxidável economizadores de níquel, livres de níquel e economizadores de cromo. Economia de custos ao reduzir o conteúdo do elemento.

Por elementos característicos, forjados de aço inoxidável podem ser classificados em forjados de aço inoxidável de alto silício e forjados de aço inoxidável de alto nitrogênio. Forjados de aço inoxidável de alto silício têm excelente resistência à oxidação e resistência ao calor; forjados de aço inoxidável de alto nitrogênio têm alta resistência e boa resistência à corrosão.

Em termos de propriedades funcionais, os forjados de aço inoxidável incluem forjados de aço inoxidável de baixa/ultrabaixa temperatura, não magnéticos, de alta resistência, superplasticidade, de fácil corte e resistentes ao calor.

Peças forjadas de aço inoxidável enferrujam?

Sim, forjados de aço inoxidável podem enferrujar, mas geralmente são mais resistentes à corrosão do que outros tipos de aço devido ao seu teor de cromo, que forma uma camada protetora de óxido. No entanto, eles ainda podem enferrujar sob certas condições, como exposição a cloretos, manutenção deficiente ou se a camada protetora estiver danificada. Limpeza regular e cuidados adequados podem ajudar a prevenir a ferrugem em forjados de aço inoxidável.

Forjados de aço inoxidável VS aço inoxidável

Processo de fabricação

Forjados de aço inoxidável são formados por forjamento de materiais de aço inoxidável. Os processos de forjamento geralmente incluem forjamento a frio e forjamento a quente, o que pode eliminar defeitos dentro do material, como frouxidão, poros, etc., e otimizar a microestrutura do material. Existem vários processos de fabricação para aço inoxidável comum, incluindo trefilação a frio, estampagem, soldagem e fundição. Comparados com os processos de forjamento, eles podem ter certas limitações na eliminação de defeitos internos de materiais e na otimização da organização do material.

Propriedades mecânicas

O aço inoxidável forjado supera o aço inoxidável comum em resistência, tenacidade e vida útil à fadiga. Isso se deve ao processo de forjamento que refina a estrutura do grão e elimina defeitos internos. O aço inoxidável comum pode não ser capaz de se igualar ao aço inoxidável forjado em resistência e tenacidade, especialmente em ambientes de alto estresse e alta fadiga.

Resistência à corrosão

O aço inoxidável forjado se destaca na resistência à corrosão, especialmente em corrosão sob tensão e pitting. O aço inoxidável comum, embora tenha boa resistência à corrosão, pode não ter um desempenho tão bom quanto o aço inoxidável forjado em ambientes extremos.

Resistência térmica

O aço inoxidável forjado é adequado para equipamentos como trocadores de calor e fornos de alta temperatura, enquanto o aço inoxidável comum pode não ter um desempenho tão consistente quanto o aço inoxidável forjado em ambientes de alta temperatura.

Custo-benefício

Embora o aço inoxidável forjado tenha um custo inicial mais alto, suas excelentes propriedades mecânicas e longa vida útil podem reduzir os custos de manutenção e substituição de longo prazo. O aço inoxidável regular pode ter um custo inicial mais baixo, mas seu custo de ciclo de vida pode ser maior em aplicações que exigem alto desempenho e durabilidade.

Áreas de aplicação

Forjados de aço inoxidável são amplamente utilizados em ocasiões de alta demanda em indústrias pneumáticas, de aviação, químicas, metalúrgicas e outras devido às suas excelentes características de desempenho. Comparado com forjados de aço inoxidável, as áreas de aplicação do aço inoxidável comum podem ser mais concentradas em requisitos gerais.

Forma e tamanho

O forjamento pode produzir peças com formas complexas e tamanhos grandes, enquanto o aço inoxidável comum é mais adequado para peças com formas simples e tamanhos pequenos. O processo de forjamento proporciona maior flexibilidade na fabricação de peças para aplicações especiais com formas complexas.

Qual é a diferença entre fundição e forjamento de aço inoxidável?

As principais diferenças entre fundição e forjamento de aço inoxidável são:

1. Processo

• Fundição: Envolve despejar aço inoxidável derretido em um molde para criar uma forma específica. Uma vez resfriado, o material se solidifica naquela forma.
• Forjamento: Envolve o aquecimento do aço inoxidável e sua moldagem por meio de deformação mecânica, o que comprime e fortalece o metal.

2. Propriedades

• Fundição: Pode resultar em um formato mais uniforme, mas pode ter porosidade e inclusões, levando a propriedades mecânicas mais baixas.
• Forjamento: Produz um material mais denso e forte, com maior tenacidade e resistência à fadiga devido à estrutura de grãos refinada.

3. Aplicativos

• Fundição: Frequentemente usado para formas complexas e componentes grandes onde a precisão é menos crítica.
• Forjamento:Preferido para aplicações de alta resistência, como peças automotivas e aeroespaciais, onde a confiabilidade é essencial.

Leitura adicional: Fundição de aço inoxidável.

Qual é a temperatura de forjamento do aço inoxidável 304?

A temperatura de forjamento para aço inoxidável 304 varia tipicamente entre 2100°F a 2300°F (cerca de 1150°C a 1260°C). Essa faixa de temperatura permite maleabilidade e trabalhabilidade ideais durante o processo de forjamento.

O que é soldagem de forjamento de aço inoxidável?

Soldagem de forja é um processo de soldagem de estado sólido que envolve aquecer duas peças de aço inoxidável a uma temperatura alta e então martelar ou pressioná-las juntas para criar uma ligação sem derreter o material. Ela fornece uma junta forte e de alta qualidade, ao mesmo tempo em que retém as propriedades desejáveis dos materiais.

Processo

• Aquecimento:As peças de aço inoxidável são aquecidas a uma temperatura logo abaixo do seu ponto de fusão, normalmente entre 2100°F e 2300°F (cerca de 1150°C a 1260°C).
• Forjamento:Uma vez aquecidas, as peças são unidas pela aplicação de pressão, geralmente por meio de martelamento ou prensagem, o que permite que o metal flua e se ligue no nível atômico.

Vantagens

• Força: Cria uma junta forte e durável com propriedades semelhantes às do metal base.
• Sem material de enchimento: Ao contrário de outros métodos de soldagem, a soldagem por forja não requer material de enchimento, o que pode levar a inconsistências.
• Microestrutura: Mantém a microestrutura original do aço inoxidável, contribuindo para uma melhor resistência à corrosão.

Aplicativos

A soldagem por forja é usada em aplicações onde alta resistência e confiabilidade são essenciais, como na fabricação de ferramentas, facas e alguns componentes estruturais.

Desafios

• Controle de temperatura: O controle preciso da temperatura é fundamental para evitar o superaquecimento, que pode levar à oxidação ou perda de propriedades do material.
• Habilidade necessária: Requer operadores qualificados para obter alinhamento e pressão adequados durante o processo de forjamento.

Fabricantes e fornecedores de forjados de aço inoxidável

Como uma das empresas de forjamento de aço mais profissionais, o SteelPRO Group é especializado em aço inoxidável de alta qualidade para atender às necessidades de uma ampla gama de indústrias. Oferecemos uma ampla gama de graus de aço inoxidável para escolher, produzindo forjados de aço inoxidável de alta qualidade que excedem suas expectativas e ajudam você a atender a uma variedade de necessidades de forjamento. Para saber mais sobre aço inoxidável ou outros tipos de aço, confira nosso blog ou entre em contato com um de nossos especialistas em metais.