Comment le forgeage affecte-t-il la structure des grains ?
Qu'est-ce que la structure des grains ?
Le flux des grains est une orientation directionnelle des grains métalliques et de toute inclusion qui a été déformée par la forge. Les grains individuels sont allongés dans la direction de l'écoulement du métal ou de la déformation plastique.
Plus important encore, les inclusions non métalliques, les particules et autres imperfections héritées du processus de moulage (forgeage vs moulage) sont allongées dans la direction de l'écoulement des grains.
Il convient de noter que l'écoulement des grains se produit dans une certaine mesure dans tous les procédés de formation des métaux, et pas seulement dans le forgeage.
En tant que forgeron professionnel, nous aimerions dans cet article discuter de la manière dont la forge affecte la structure des grains.
L'écoulement des grains est l'un des principaux avantages de l'utilisation des pièces forgées. Malheureusement, il existe des idées fausses sur le sujet, notamment sur les causes sous-jacentes de l'écoulement, les avantages que l'on peut en tirer et la manière d'obtenir un écoulement optimal.
Dans le meilleur des cas, l'écoulement des grains entraîne une plus grande utilisation des pièces forgées, en particulier pour certaines applications critiques où la sécurité et la résistance sont prises en compte.
Comment est influencé la direction des grains dans le processus de forgeage ?
Figure 1. Le flux des grains est observé dans cette section tranchée d'une pièce forgée.
Elle a été coupée, polie et gravée avec une solution acide. Les lignes d'écoulement observées sont principalement dues aux particules et aux inclusions, qui sont des restes de la pièce moulée originale.
Celles-ci ont été déformées au cours du processus de conversion et de forgeage des billettes. Le processus de forgeage a également aligné les grains du métal dans une direction similaire aux lignes de flux de cette image.
En examinant l'intérieur d'une pièce forgée, l'écoulement des grains devient évident. La figure 1 montre l'écoulement des grains dans une pièce forgée et usinée.
L'observation de l'écoulement des grains dans cette figure nécessite des méthodes de préparation spéciales. Après que la pièce forgée a été sectionnée, elle doit être meulée et polie comme un échantillon métallographique.
La principale difficulté de cette étape du processus est que les pièces forgées sont généralement de taille sensiblement plus importante que les petits échantillons destinés à l'analyse métallographique.
Lors de la préparation, il faut veiller à ce que la surface soit plane et non biseautée. Une fois le polissage terminé, un réactif d'attaque (une solution acide) est appliqué sur la surface polie.
Effets du forgeage sur la structure des grains
L'implication importante concernant l'écoulement des grains est que certaines propriétés mécaniques varient en ce qui concerne l'orientation par rapport à l'écoulement des grains.
Ce fait est l'un des principaux avantages de la forge. Cette variation des propriétés mécaniques peut être exploitée pour que le produit réel ait des propriétés supérieures dans une direction critique par rapport à celles attendues de la composition de l'alliage lui-même.
Toutefois, il faut préciser que toutes les propriétés mécaniques ne varient pas de manière significative avec le flux.
Par exemple, la résistance et la dureté sont principalement contrôlées par la chimie de l'alliage et le traitement thermique qui est donné au forgeage.
Le flux des grains n'aura pas d'effet majeur sur la résistance ou la dureté de l'alliage.
En revanche, les propriétés souhaitables associées au retardement de la propagation des fissures peuvent présenter des différences significatives en fonction du flux des grains et de la direction de la fissure en mouvement.
Ainsi, des propriétés telles que la résistance à la casse et la ductilité, qui sont des mesures de la résistance d'un matériau à la fissuration (mesurée après la rupture), peuvent être considérablement améliorées si la direction de propagation de la fissure et le flux des grains sont correctement alignés.
L'alignement optimal se produit lorsque la contrainte principale maximale (perpendiculaire à une fissure ou une fracture potentielle) est alignée avec les lignes d'écoulement du grain.
Lorsque les propriétés d'un métal sont indépendantes de la direction, le matériau est décrit comme étant isotrope. Les métaux déformés plastiquement avec un écoulement de grains ont des propriétés anisotropes.
Figure 2. Cette illustration montre les propriétés anisotropes qui dépendent de la direction de l'écoulement des grains.
Les échantillons d'essai usinés à partir du bloc déformé plastiquement sont (de gauche à droite) respectivement longitudinaux, transversaux et transversaux courts.
Notez l'augmentation importante des propriétés qui sont associées à la formation et à la propagation d'une fissure/fracture à travers l'échantillon d'essai. La limite d'élasticité est raisonnablement constante.
