HISTORIA DE LA FORJA

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubri la tcnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arquelogos en Egipto datan del ao 3000 a.C., y se sabe que antes de esa poca se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocan hacia el 1000 a.C. la tcnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento trmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificaran en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbn vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reduca el mineral a una masa esponjosa de hierro metlico llena de una escoria formada por impurezas metlicas y cenizas de carbn vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permaneca incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones sola contener un 3% de partculas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta tcnica de fabricacin produca accidentalmente autntico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbn vegetal en recipientes de arcilla durante varios das, con lo que el hierro absorba suficiente carbono para convertirse en acero autntico.

Despus del siglo XIV se aument el tamao de los hornos utilizados para la fundicin y se increment el tiro para forzar el paso de los gases de combustin por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamao el mineral de hierro de la parte superior del horno se reduca a hierro metlico y a continuacin absorba ms carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleacin que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba despus para fabricar acero.

La produccin moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor britnico Henry Bessemer, que en 1855 desarroll el horno o convertidor que lleva su nombre.

Forja: Proceso de modelado del hierro y otros materiales maleables golpendolos o troquelndolos despus de hacerlos dctiles mediante aplicacin de calor. Las tcnicas de forjado son tiles para trabajar el metal porque permiten darle la forma deseada y adems mejoran la estructura del mismo, sobre todo porque refinan su tamao de grano. El metal forjado es ms fuerte y dctil que el metal fundido y muestra una mayor resistencia a la fatiga y el impacto.

FORJA MANUAL

Es la forma ms sencilla de forjado y es uno de los primeros mtodos con que se trabaj el metal. Primero, el metal se calienta al rojo vivo en el fuego de una fragua, y despus se golpea sobre un yunque para darle forma con grandes martillos denominados machos de fragua. sta es un hogar abierto construido con una sustancia refractaria y duradera, como ladrillo refractario, y dotado de una serie de aberturas por las que se fuerza el aire mediante un fuelle o un ventilador. En la fragua se emplean como combustible diversos tipos de carbn, entre ellos coque o carbn vegetal. El herrero adems de martillos, emplea otras herramientas en las diferentes operaciones de forja.

En general existen seis tipos bsicos de forjado: el engrosado, que consiste en reducir la longitud del metal y aumentar su dimetro; la compresin para reducir el dimetro del metal; el doblado; la soldadura, o unin de dos piezas de metal por semifusin; el perforado, o formacin de pequeas aberturas en el metal, y el recortado o realizacin de grandes agujeros.

FORJA CON ESTAMPA

Consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometra deseada. Este proceso debe realizarse con un cordn de rebaba que sirve para aportar la presin necesaria al llenar las zonas finales de la pieza, especialmente si los radios de acuerdo de las pieza son de pequeo tamao y puede estar sin rebaba, dependiendo de si las matrices llevan incorporada una zona de desahogo para alojar el material sobrante (rebaba) o no. Se utiliza para fabricar grandes series de piezas cuyas dimensiones y geometras pueden variar ampliamente. Las dimensiones de estas piezas van desde unos pocos milmetros de longitud y gramos de peso hasta varios metros y toneladas, y sus geometras pueden ser simples o complejas.

FORJADO ISOTRMICO

El forjado isotrmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles es significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional.

RECALCADO

A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este adems puede realizarse en fro. Consiste en la concentracin o acumulacin de material en una zona determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra). Por tanto, una consecuencia directa de este proceso es que disminuye la longitud de la barra inicial y aumenta la seccin transversal de sta en la zona recalcada. Si el proceso se realiza en fro y en los extremos de las piezas se denomina encabezado en fro.

Acero: El trmino acero sirve comnmente para denominar, en ingeniera metalrgica, a una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin de carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposicin al acero, son mucho ms frgiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

La clasificacin del acero se puede determinar en funcin de sus caractersticas, las ms conocidas son la clasificacin del acero por su composicin qumica y por sus propiedades o clasificacin del acero por su uso; cada una de estas clasificaciones a la vez se subdivide o hace parte de otro grupo de clasificacin.

CLASIFICACIN DE ACERO POR SU COMPOSICIN QUMICA

Acero al carbono; Se trata del tipo bsico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono.

Acero de alto carbono: El Acero al carbono que contiene mas de 0.5% de carbono.

Acero de bajo carbono: Acero al carbono que contiene menos de 0.3% de carbono.

Acero de mediano carbono: Acero al carbono que contiene entre 0.3 y 0.5% de carbono.

Acero de aleacin: Acero que contiene otro metal que fue aadido intencionalmente con el fin de mejorar ciertas propiedades del metal.

Acero inoxidable: Tipo de acero que contiene mas del 15% de cromo y demuestra excelente resistencia a la corrosin.

CLASIFICACIN DEL ACERO POR SU CONTENIDO DE CARBONO

Aceros Extrasuaves: el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 %

Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 %

Aceros semisuaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 %

Aceros semiduros: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 %

Aceros duros: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 %

Aceros extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %

CLASIFICACIN DEL ACERO POR SUS PROPIEDADES

Aceros especiales

Aceros inoxidables.

Aceros inoxidables ferrticos.

Aceros Inoxidables austen?ticos.

Aceros inoxidables martens?ticos

Aceros de Baja Aleacin Ultrarresistentes.

Acero Galvanizado (Laminas de acero revestidas con Zinc)

CLASIFICACIN DEL ACERO EN FUNCIN DE SU USO

Acero para herramientas: Acero diseado para alta resistencia al desgaste, tenacidad y fuerza, en general el contenido de carbono debe ser superior a 0.30%, pero en ocasiones tambin se usan para la fabricacin de ciertas herramientas, aceros con un contenido de carbono ms bajo (0.1 a 0.30%); como ejemplo para fabricar una buena herramienta de talla el contenido de carbono en el acero debe ser de 0.75%, y la composicin del acero en general para este tipo de herramientas debe ser: carbono 0.75 %, silicio 0.25 %, manganeso 0.42 %, potasio 0.025 %, sulfuro 0.011 %, cromo 0.03 %, nquel 2.60 %

Acero para la construccin: El acero que se emplea en la industria de la construccin, bien puede ser el acero de refuerzo en las armaduras para estructuras de hormign, el acero estructural para estructuras metlicas, pero tambin se usa en elementos de carpintera de acero.

Acero Estructural o de refuerzo: De acuerdo a las normas tcnicas de cada pas o regin tendr su propia denominacin y nomenclatura.

Tratamiento trmico: Se conoce como tratamiento trmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presin, de los metales o las aleaciones en estado slido, con el fin de mejorar sus propiedades mecnicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento trmico son, bsicamente, el acero y la fundicin, formados por hierro y carbono. Tambin se aplican tratamientos trmicos diversos a los cermicos.

Sin cambio de composicin: Este tipo de procesos consisten en reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dctil.

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior Ac (entre 900-950 C) y se enfra luego ms o menos rpidamente (segn caractersticas de la pieza) en un medio como agua, aceite, etctera.

Revenido: Slo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima y velocidad de enfriamiento.

Recocido: Consiste bsicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenizacin (800-925 C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Tambin facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en fro y las tensiones internas.

Normalizado: Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribucin uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

Con cambio de composicin: Entre los objetivos ms comunes de estos tratamientos estn aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosin.

Cementacin (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo.

Nitruracin (N): al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 C, dentro de una corriente de gas amonaco, ms nitrgeno.

Cianuracin (C+N): endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 C.

Carbonitruracin (C+N): al igual que la cianuracin, introduce carbono y nitrgeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amonaco (NH3) y monxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

Sulfinizacin (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por accin del azufre. El azufre se incorpor al metal por calentamiento a baja temperatura (565 C) en un bao de sales.