Forgiatura: caratteristiche e vantaggi

Cos’è la forgiatura

Dalla bottega “Les Forges” di Courmayeur alla rivoluzione industriale, in questo articolo conosciamo meglio il più antico sistema di lavorazione del ferro, praticato manualmente per secoli in piccole officine di artigiani e fabbri: la forgiatura o fucinatura.

Con il termine forgiatura, o fucinatura, si intende l’operazione di lavorazione a caldo dei metalli (soprattutto ferro e acciaio), eseguita attraverso battitura o pressione. 

Si tratta di un processo industriale di trasformazione per deformazione plastica di pezzi metallici a sezione varia, che avviene solitamente a temperature elevate, superiori alla temperatura definita di ricristallizzazione.

Durante la forgiatura, si lavorano i pezzi metallici con ripetuti colpi di maglio o pressa per forgiatura, martello elettrico o matrice, modificandone permanentemente la forma ma senza causarne la rottura, per ottenere un manufatto con dimensioni e caratteristiche meccaniche desiderate.

La forgiatura può essere classificata in base alla temperatura di lavoro:

• Forgiatura a freddo
• Forgiatura a caldo

Nella forgiatura a caldo, il metallo viene riscaldato in una fucina prima di essere lavorato. Questo processo differisce dalla pressofusione o dalla fusione in forme a perdere, in cui il materiale è portato allo stato liquido.

La forgiatura può avvenire secondo due tipologie di lavorazione:

• Forgiatura manuale
• Forgiatura meccanica 

Come si forgiano i metalli?

Il processo di forgiatura

Le principali fasi che compongono il processo di forgiatura di un metallo sono:

Preparazione del materiale grezzo. Il ciclo di produzione inizia con l’arrivo del materiale grezzo dalla fornace dell’acciaieria. Questo può essere un lingotto di forma tonda, quadrata o poligonale. Se necessario, il lingotto viene pre-forgiato e trasformato in un blocco di materiale grezzo chiamato blumo. In alternativa, il lingotto viene inviato direttamente al reparto taglio per la preparazione.

Riscaldamento del materiale. Il materiale grezzo viene quindi portato ad alta temperatura in un forno di riscaldo. Questo processo è essenziale per rendere il metallo malleabile e facilitare la deformazione plastica durante la forgiatura.

Forgiatura. Una volta raggiunta la temperatura desiderata, si trasferisce il metallo alla pressa o al martello per la forgiatura. Qui, l’impatto della pressione o dei colpi, modella gradualmente il materiale nella forma desiderata. Questa fase può includere la formatura di anelli, dischi o altre forme specifiche richieste dal pezzo finale.

Lavorazione aggiuntiva. Alcuni pezzi forgiati, come gli anelli, possono richiedere ulteriori lavorazioni dopo la forgiatura. Ad esempio, un disco forato ottenuto dalla forgiatura può essere elaborato ulteriormente in un laminatoio per raggiungere il diametro necessario.

Trattamento termico. Dopo la forgiatura e le eventuali lavorazioni aggiuntive, i pezzi vengono sottoposti a trattamenti termici. Questo processo coinvolge cicli di riscaldamento e raffreddamento controllati, che influenzano le proprietà meccaniche e metallurgiche del materiale. Tra i trattamenti termici più comuni ci sono la tempra, il rinvenimento, la normalizzazione e la solubilizzazione, selezionati in base alle specifiche tecniche del cliente e alle caratteristiche richieste per l’applicazione finale del pezzo.

Lavorazione meccanica. Dopo il trattamento termico, si inviano i pezzi prodotti all’officina meccanica per ulteriori lavorazioni. Queste possono includere la fase di sgrossatura o lavorazioni più precise, a seconda delle esigenze del cliente. In alcuni casi, la lavorazione meccanica può essere svolta in loco presso l’officina di forgiatura, mentre in altri casi può essere affidata a fornitori esterni.

Controllo di qualità. Durante tutte le fasi del processo di forgiatura, sono effettuati controlli di qualità per garantire che i pezzi soddisfino le specifiche del cliente. Questi controlli possono essere intermedi o finali e comprendono test dimensionali, test di resistenza e altre verifiche necessarie per garantire la conformità del prodotto alle aspettative.

Temperatura di forgiatura dei metalli

Trattandosi di una lavorazione a caldo, il monitoraggio della temperatura lungo tutto il processo di forgiatura gioca un ruolo fondamentale, poiché influisce sulla deformabilità del modello e sulla sua capacità di essere modellato sotto pressione, garantendo la formazione di pezzi di alta qualità con proprietà meccaniche ottimali. 

L’uso di forni di riscaldo appositamente progettati, che possono raggiungere temperature comprese tra 1100°C e 1200°C, a seconda del tipo di metallo da lavorare, permettono di regolare con precisione la temperatura del metallo.

Sono inoltre progettati per mantenere tali temperature elevate in modo uniforme.

Possono essere alimentati a gas o ad olio pesante e ne esistono di due principali tipologie:

• forni a suola
• forni a induzione

Durante il processo di riscaldamento, il metallo viene inserito nel forno e sottoposto a una lenta e graduale aumento della temperatura per evitare il rischio di spaccature, specialmente per i lingotti di grandi dimensioni.

I metalli possono essere lavorati a varie temperature, che possono essere classificate come superiori o inferiori alla temperatura di ricristallizzazione del metallo. Queste temperature influenzano la velocità e la precisione del processo di forgiatura.

Di seguito sono riportate le temperature tipiche di lavorazione per i metalli più comuni:

Elemento	Temperatura (°C)
Acciaio	800°C – 1200°C
Alluminio	450°C – 520°C
Ottone	750°C – 900°C
Zinco	120°C – 150°C

I vantaggi della forgiatura

La forgiatura a caldo offre numerosi vantaggi, tra cui:

Miglioramento delle caratteristiche meccaniche. Le operazioni di forgiatura modificano la struttura del metallo attraverso la deformazione plastica. Questo processo porta a un miglioramento delle caratteristiche meccaniche del materiale, come lo snervamento, la resilienza e la resistenza all’usura. Inoltre, la forgiatura consente di eliminare eventuali difetti interni presenti nel materiale di partenza, contribuendo a garantire la qualità del prodotto finale.

Allineamento delle fibre metalliche. L’acciaio è costituito da gruppi di catene molecolari che si allineano e si distribuiscono secondo linee di forza durante il processo di forgiatura. Questo allineamento delle fibre metalliche consente di ottenere la massima resistenza nella direzione desiderata, simile al concetto di selezione delle fibre di legno per ottenere la migliore resistenza possibile. La forgiatura consente di modellare l’acciaio in forme tridimensionali, permettendo di rinforzare le aree che richiedono maggiore resistenza e di sottile altrove.

Massima resistenza e forma desiderata. Le fibre interne dell’acciaio, inizialmente allineate in una sequenza casuale, possono essere riallineate in qualsiasi direzione desiderata durante la forgiatura a caldo. Questo processo, seguito dal trattamento termico per fissare permanentemente la struttura interna, consente di ottenere le migliori caratteristiche e la forma desiderata per il pezzo forgiato. La forgiatura a caldo è il metodo preferito per ottenere pezzi più solidi e resistenti, mantenendo un equilibrio tra peso e resistenza.

Riassumendo, i principali vantaggi della forgiatura sono:

• Solidità: le fibre metalliche allineate durante la forgiatura forniscono al pezzo la massima resistenza lungo la direzione desiderata.
• Estetica: la forgiatura consente di modellare l’acciaio in forme tridimensionali, rendendolo più spesso dove è necessaria maggiore resistenza e più sottile altrove.
• Equilibrio: il pezzo ottenuto attraverso la forgiatura presenta uno spessore ottimizzato, con ogni parte che ha il giusto peso nel posto giusto, garantendo un equilibrio migliore e una sensazione di solidità.