La forja es un proceso en el que el metal caliente de forma rugosa se aplasta muy a la fuerza con troqueles de forma exacta, comprimiendo severamente el metal o las moléculas de aleación. Hay tensiones internas creadas dentro de la estructura, que en última instancia resisten los esfuerzos de tensión y tensión al tener una reserva de "fuerzas" contrarrestadas debido a la miríada de pequeños nodos de estrés creados por forja en el interior. Los moldes no son necesarios para forjar, ya que cualquier herrero o espadachín está creando tensiones similares al golpear metal caliente con un martillo mientras se enfría. Sin embargo, si la parte (o espada) se vuelve a calentar, gran parte de la ganancia se puede perder a medida que las moléculas relajan sus posiciones estrechas.
También hay enfriamiento rápido, que consiste en tomar una parte metálica que está muy cerca de un punto eutéctico (cambio de fase) y de repente enfriarlo en un baño de aceite o agua, tal vez incluso gas licuado. Esto crea propiedades de resistencia similares, pero no debe considerarse forja ya que la ganancia es poco profunda y generalmente no se extiende a través de la pieza. Esto generalmente seguido de "recocido", que es un proceso muy controlado de calentamiento y enfriamiento lento que alivia ALGUNOS de los esfuerzos de la superficie que pueden provocar grietas o roturas. Si la parte es de tamaño irregular (como una biela con un extremo grande y un extremo pequeño), el proceso de enfriamiento también puede causar deformaciones que deben eliminarse, generalmente mecánicamente por flexión. No estoy al tanto de que esto se use mucho para las piezas del motor.
La mayor parte de la producción en masa de las piezas del motor se realiza con fundición, a diferencia de la forja en que el metal fundido se vierte "simplemente" en un molde de forma cercana y se deja enfriar. Se permite que las moléculas de la aleación se muevan según lo necesiten, y la pieza tiene poco estrés interno. Este es un proceso menos costoso que la forja, ya que los moldes son mucho más baratos de fabricar que los troqueles de forja, así como muchas otras razones. Las piezas forjadas a menudo comienzan como piezas de fundición. En aplicaciones de alta potencia y otros casos donde las RPM y / o las presiones de los cilindros (BMEP) son muy altas, el gasto adicional de las piezas forjadas bien vale la pena.
BMW, Porsche, Corvette, Ferrari, etc. utilizarán forjas donde el costo es menos preocupante frente al rendimiento y la percepción. Otra ventaja crucial es que las piezas se pueden forjar con menos material para un peso más bajo, sin dejar de ser más fuertes que un molde de manzanas a naranjas. Esto es ENORME en algo así como una biela (más un pistón), donde la mayoría de las fallas NO se deben a la compresión del refuerzo, sino a la tensión, la fatiga y el cambio de dirección después del Top Dead Center. Cada conjunto alternativo completo podría pesar solo unas pocas libras, pero imagina el estrés si tuvieras que tirar eso lejos de ti y tirarlo instantáneamente a ti: 15000 veces por minuto, 250 veces un SEGUNDO en una moto de litro o un moderno motor de F1. Esta es la razón por la cual los motores de alta compresión, altas RPM y alto impulso usan componentes internos forjados ... no tanto por la presión, pero debido a las fuerzas de tensión más altas creadas por las piezas fundidas de mayor peso, fuerzas que (creo recordar) CUBIERTAS con respecto a las RPM y cuadradas con respecto al peso. [ese recuerdo podría no ser exacto] ... Ir más allá en la reducción de peso sugiere materiales como titanio o compuestos exóticos de nanopartículas de metal de carbono yadayada, que están mucho más allá de responder a su pregunta o mi billetera.
TODOS estos procesos requieren palabras clave de mecanizado exactas para lograr las dimensiones exactas adecuadas para el montaje de los rodamientos y las roscas.
La metalurgia es increíblemente interesante. Hace 6000 años, los artesanos fabricaban espadas que aún no se han recreado completamente hasta el día de hoy. A pesar de las increíbles ganancias en la tecnología de aleación y metalurgia, sigo sintiendo que la única gran diferencia entre el arte de la alquimia y la ciencia de la metalurgia es que la metalurgia realmente funciona.
Me encantaría un conjunto de varillas forjadas Manly o Crower para mi proyecto Saabaru EJ205, pero $ 1000- $ 1400 es probablemente 4 o 5 veces el costo de piezas de stock perfectamente reparables para un vehículo de stock. Ni siquiera mencionaré el costo de un cigüeñal forjado. Y luego están estas cosas de pistón ... [suspiro]