Semi-Solid Forging of Steels: New insights into material behaviour evolution and industrialisation

Abstract

Tanto la globalización como la tendencia europea de reducir a cero el impacto medioambiental, así como la reducción de las emisiones, ha generado un gran impacto tanto en las acerías como en los fabricantes de componentes para automoción. De manera que, para seguir siendo competitivos, la creación de materiales de mayor resistencia en relación con su peso y procesos de fabricación más eficientes parece vital. En este escenario, la Forja de aceros en estado Semi-Solido (SSF) puede reivindicarse como una posibilidad real para mantener este tipo de industria al frente del mercado. Esta tecnología ha sido capaz de producir componentes de automoción de acero ahorrando material y energía a la vez que se obtenían propiedades mecánicas similares a los componentes forjados. A pesar de ello, a día de hoy, la producción de estos componentes vía SSF no supera las 50 piezas. Además, la evolución del material durante el proceso y la causa de la facilidad observada del material para fluir es aún una incógnita. Teniendo en cuenta el potencial del proceso, esta tesis se ha enfocado en intentar dar una explicación al comportamiento del material a la vez que se han fabricado un número considerable de componentes para demostrar la repetitividad y durabilidad de los materiales y equipamientos utilizados. Los resultados de la tesis, por tanto, están orientados a acercar el proceso de SSF a la industria. En cuanto al análisis de comportamiento del material, se han propuesto y analizado diferentes hipótesis. Ni el azufre ni el fenómeno “incipient melting” parecen ser los responsables del ablandamiento observado durante la fabricación de componentes con el 42CrMo4. En cualquier caso, el “incipient melting” sí que parece mejorar la fluidez del material en algunas aleaciones y a ciertas condiciones. En cuanto a la hipótesis del calentamiento adiabatico, a pesar de ver un incremento de temperatura significativo debido a altas y localizadas deformaciones y velocidades, no se sabe si se ha generado líquido. Por lo tanto, se necesitan mas experimentos para para aceptar o descartar definitivamente su influencia. En lo que a la fabricación de componentes se refiere, además de aceros de medio carbono, se ha podido deformar el acero inoxidable “Alloy 28” vía SSF. En este último caso, que es de hecho un acero bastante difícil de forjar, el “incipient melting” parece haber incrementado la fluidez del material durante el llenado. Además, se ha fabricado un lote de 250 componentes obteniendo un ahorro en el coste de producción y buenas propiedades mecánicas a parte de la repetitividad deseada del proceso, así como una mínima degradación de las huellas.