การตีขึ้นรูปแบบปิด การตีขึ้นรูปแบบเปิด และการตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอน: คู่มือกระบวนการฉบับเต็ม

กระบวนการตีขึ้นรูปแบบปิด: มันทำงานอย่างไรและมีความเป็นเลิศที่ไหน

การตีขึ้นรูปแบบปิด หรือที่เรียกว่า Impression Die Forging จะสร้างรูปร่างโลหะโดยการบีบอัดเหล็กแท่งร้อนระหว่างแม่พิมพ์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปที่มีช่องกลึงที่ตรงกับรูปทรงของชิ้นส่วนสุดท้าย เมื่อแม่พิมพ์ปิดด้วยแรงกดหรือค้อน โลหะจะไหลไปเติมเต็มช่องให้สมบูรณ์ ทำให้เกิดส่วนประกอบที่มีรูปร่างใกล้เคียงตาข่ายโดยมีความคลาดเคลื่อนของขนาดที่แคบ และมีเส้นแยกที่ชัดเจนซึ่งเป็นจุดที่แม่พิมพ์มาบรรจบกัน

ลำดับกระบวนการสำหรับการตีขึ้นรูปแบบปิดโดยทั่วไปจะเป็นไปตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. การเตรียมบิลเล็ต: สต็อกวัตถุดิบถูกตัดตามน้ำหนักที่คำนวณได้ — วัสดุส่วนเกิน (แฟลช) จะถูกตัดแต่งหลังจากการปลอมแปลง แต่วัสดุส่วนเกินจำนวนมากจะสิ้นเปลืองและเพิ่มภาระในการตัด
2. เครื่องทำความร้อน: บิลเล็ตถูกให้ความร้อนจนถึงช่วงอุณหภูมิการตีขึ้นรูปที่เหมาะสมในเตาเหนี่ยวนำหรือเตาแก๊ส โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิ 1,100–1,250 °C สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสม
3. การขึ้นรูปล่วงหน้า (การปิดกั้น): ในเครื่องมือแบบหลายขั้นตอน บิลเล็ตจะผ่านช่องบล็อคหนึ่งช่องขึ้นไปเพื่อกระจายมวลไปยังรูปร่างสุดท้ายก่อนจะเข้าสู่ช่องเก็บผิวสำเร็จ
4. เสร็จสิ้นการปลอม: ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนจะถูกวางลงในช่องแม่พิมพ์ที่ปิดผิวแล้วตีหรือกดจนปิดสนิท เพื่อบังคับโลหะให้เข้าไปในช่องทั้งหมดของรอยพิมพ์
5. การตัดแต่งแฟลช: โลหะส่วนเกินที่ถูกอัดที่เส้นแยกส่วนจะถูกเอาออกด้วยเครื่องอัดสำหรับเล็ม โดยปกติในขณะที่ชิ้นส่วนยังร้อนอยู่
6. การรักษาความร้อนและการตกแต่ง: ชิ้นส่วนได้รับการทำให้เป็นมาตรฐาน ดับ และอบคืนตัว หรืออบอ่อน ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของวัสดุและคุณสมบัติทางกล

การตีขึ้นรูปแบบปิดจะดำเนินการบนเครื่องอัดเชิงกล เครื่องอัดไฮดรอลิก หรือค้อนทุบตามแรงโน้มถ่วง เครื่องอัดไฮดรอลิก — โดยทั่วไปในขนาดตั้งแต่ 500 ตันไปจนถึงมากกว่า 50,000 ตัน — ใช้แรงดันที่ควบคุมและยั่งยืนซึ่งเหมาะกับรูปร่างขนาดใหญ่หรือซับซ้อน เครื่องกดแบบกลไกและแบบสกรู ให้แรงกระแทกที่มีพลังงานสูงซึ่งเหมาะกับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ต้องการการควบคุมจังหวะที่แม่นยำ ค้อนทุบยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กถึงขนาดกลางที่มีการผลิตสูง

ข้อดีและข้อจำกัด

การตีขึ้นรูปแบบปิดจะผลิตส่วนประกอบด้วย อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับการหล่อหรือสต็อกแท่งกลึง เนื่องจากกระบวนการตีจะปรับแต่งโครงสร้างของเกรนและจัดแนวการไหลของเกรนให้สอดคล้องกับรูปทรงของชิ้นส่วน การปรับปรุงความแข็งแรงของความล้าที่ 20–30% จากการหล่อที่เท่ากันนั้นมักมีการรายงานในส่วนประกอบโครงสร้างการบินและอวกาศและยานยนต์ ความสามารถในการทำซ้ำของขนาดจะสูงเมื่อแม่พิมพ์ได้รับการพิสูจน์แล้ว ทำให้การตีขึ้นรูปแบบปิดมีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการผลิตก้านสูบ เกียร์ หน้าแปลน เพลาข้อเหวี่ยง และชิ้นส่วนระบบกันสะเทือนของรถยนต์ในปริมาณปานกลางถึงสูง

ข้อจำกัดหลักคือต้นทุนเครื่องมือ ชุดแม่พิมพ์แบบปิดในเหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อน H13 มีราคาตั้งแต่หมื่นถึงหลายแสนดอลลาร์ ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นส่วน ทำให้กระบวนการนี้สามารถทำงานได้ในเชิงเศรษฐกิจเหนือปริมาณการผลิตขั้นต่ำเท่านั้น โดยทั่วไปคือ 500–1,000 ชิ้นขึ้นไป ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นส่วน โดยทั่วไปอายุการใช้งานของแม่พิมพ์จะอยู่ที่ 10,000 ถึง 100,000 ครั้ง ซึ่งได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิการตีขึ้นรูป การขัดถูของวัสดุ และการปฏิบัติในการหล่อลื่น

เปิดการตีขึ้นรูป กระบวนการ: ความยืดหยุ่นสำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่และแบบกำหนดเอง

การตีขึ้นรูปโลหะแบบเปิดระหว่างแม่พิมพ์แบบแบนหรือแบบเรียบๆ ที่ไม่ได้ปิดล้อมชิ้นงานไว้จนสุด ผู้ปฏิบัติงานหรือหุ่นยนต์อัตโนมัติจะจัดตำแหน่งและหมุนแท่งเหล็กร้อนเพิ่มขึ้นระหว่างจังหวะการกด โดยจะค่อยๆ ปรับวัสดุให้เป็นรูปร่างที่ต้องการผ่านขั้นตอนการเปลี่ยนรูปหลายขั้นตอน เนื่องจากไม่มีช่องพิมพ์ใดที่จำกัดโลหะ รูปทรงของชิ้นส่วนจึงขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแม่พิมพ์ จังหวะการกด และผู้ปฏิบัติงานหรือการควบคุม CNC — ไม่ได้ขึ้นอยู่กับช่องที่ตัดไว้ล่วงหน้า

รูปแบบแม่พิมพ์แบบเปิดทั่วไป ได้แก่ แท่นแบน วีดาย ดายแบบ Swaging แหวนแมนเดรลสำหรับชิ้นส่วนกลวง และดายอานสำหรับโปรไฟล์ที่โค้งงอ กระบวนการนี้สามารถรองรับรูปทรงของชิ้นส่วนได้หลากหลาย รวมถึง:

• เพลา สปินเดิล และเพลา — หล่อขึ้นเรื่อยๆ ตามความยาวจากแท่งโลหะขนาดใหญ่
• วงแหวนและหน้าแปลน — เกิดจากการเจาะ การกวน และการกลิ้งวงแหวน
• บล็อก แผ่น และแผ่นพื้นสำหรับเครื่องมือ ช่องว่างภาชนะรับความดัน และเหล็กกล้าแม่พิมพ์
• ส่วนประกอบแบบใช้ครั้งเดียวแบบกำหนดเองสำหรับเครื่องจักรกลหนัก การผลิตพลังงาน และการป้องกัน

Cogging: การดำเนินการหลักในการตีขึ้นรูปแบบเปิด

การดำเนินการแม่พิมพ์แบบเปิดขั้นพื้นฐานที่สุดคือ ฟันเฟือง — เรียกอีกอย่างว่าการดึงออก — โดยที่เหล็กแท่งจะถูกบีบอัดอย่างต่อเนื่องตามความยาวโดยเพิ่มการกัดที่ทับซ้อนกันเพื่อลดหน้าตัดและเพิ่มความยาว การกัดแต่ละครั้งจะทำให้โซนที่มีการแปลผิดรูป ผู้ปฏิบัติงานกดจะเลื่อนแท่งเหล็กระหว่างจังหวะเพื่อให้กัดที่อยู่ติดกันทับซ้อนกัน 30–50% เพื่อให้มั่นใจว่ามีการเสียรูปอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการปิดเย็นหรือรอบที่ขอบเขตกัด การกัดฟันเฟืองเป็นวิธีการหลักในการทำงานกับแท่งโลหะขนาดใหญ่ (1 ตันถึง 300 ตัน) จนถึงเหล็กแท่งขนาดปานกลางสำหรับการประมวลผลเพิ่มเติมหรือการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย

การตีขึ้นรูปแบบเปิดดำเนินการบนเครื่องอัดไฮดรอลิกตั้งแต่ 800 ตันไปจนถึงมากกว่า 125,000 ตันสำหรับการตีขึ้นรูปการบินและอวกาศและการผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุด เครื่องตีขึ้นรูปแบบเปิดที่ใหญ่ที่สุดในโลก - ระดับ 50,000 ถึง 80,000 ตัน - สามารถตีส่วนประกอบไทเทเนียมและนิกเกิลซูเปอร์อัลลอยสำหรับโครงลำตัวเครื่องบินและจานกังหันขนาดใหญ่

Open Die กับ Closed Die: วิธีการเลือก

กระบวนการทั้งสองเป็นส่วนเสริมมากกว่าการแข่งขัน การตีขึ้นรูปแบบเปิดเป็นวิธีที่นิยมใช้เมื่อขนาดชิ้นส่วนเกินกว่าที่เครื่องมือแม่พิมพ์แบบปิดสามารถรองรับได้ในเชิงเศรษฐกิจ (โดยทั่วไปจะมีน้ำหนักมากกว่า 200–500 กก.) เมื่อปริมาณการผลิตต่ำเกินไปที่จะปรับการลงทุนด้านแม่พิมพ์ หรือเมื่อรูปทรงซับซ้อนเกินไปหรือแปรผันสำหรับแม่พิมพ์แบบช่องเดียว การตีขึ้นรูปแบบปิดเป็นวิธีที่นิยมใช้เมื่อความแม่นยำด้านมิติ ผิวสำเร็จ และปริมาณการผลิตเอื้อต่อการลงทุนด้านเครื่องมือ ส่วนประกอบขนาดใหญ่จำนวนมากเริ่มต้นจากผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นด้วยไดฟอร์จแบบเปิด จากนั้นจึงถูกขึ้นรูปด้วยไดฟอร์จแบบปิดสำหรับคุณสมบัติที่สำคัญ

อุณหภูมิสำหรับการเชื่อมฟอร์จ: การเชื่อมโลหะผ่านความร้อนและความดัน

การเชื่อมโลหะด้วยฟอร์จเป็นหนึ่งในกระบวนการโลหะที่เก่าแก่ที่สุด โดยจะเชื่อมโลหะสองชิ้นเข้าด้วยกันโดยการให้ความร้อนกับสถานะพลาสติกหรือกึ่งหลอมเหลว จากนั้นจึงใช้แรงอัดที่เพียงพอเพื่อเชื่อมโลหะทั้งสองชิ้นเข้าด้วยกันในระดับอะตอม โดยไม่ต้องใช้โลหะเติมหรือฟลักซ์ใดๆ นอกเหนือจากที่ใช้ทำความสะอาดพื้นผิวรอยต่อ อุณหภูมิการเชื่อมฟอร์จที่ถูกต้องสำหรับเหล็กคาร์บอนต่ำและเหล็กเหนียวโดยทั่วไปคือ 1,260–1,370 °C (2,300–2,500 °F) — จุดที่พื้นผิวเหล็กมีลักษณะเป็นสีเหลือง-ขาวสว่าง เกือบจะเกิดประกายไฟ และกลายเป็นพลาสติกเพียงพอสำหรับพันธะการแพร่กระจายของอะตอมภายใต้การกระแทกด้วยค้อน

อุณหภูมิตามวัสดุ

อุณหภูมิการเชื่อมด้วยฟอร์จจะแตกต่างกันอย่างมากตามองค์ประกอบของโลหะผสม เนื่องจากอุณหภูมิโซลิดัสของโลหะจะควบคุมและพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปพลาสติก:

• เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (0.05–0.20% C): 1,260–1,370 °C — ช่วงการให้อภัยสูงสุด พร้อมช่องทำงานพลาสติกกว้าง
• เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (0.20–0.50% C): 1,200–1,315 °C — หน้าต่างอุณหภูมิจะแคบลงเมื่อปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น และความเสี่ยงจากความร้อนสูงเกินไปเพิ่มขึ้น
• เหล็กกล้าคาร์บอนสูง / เหล็กกล้าเครื่องมือ (0.60–1.0% C): 1,100–1,260 °C — หน้าต่างแคบมาก ความร้อนสูงเกินไปแม้อุณหภูมิ 30–50 °C จะทำให้เกิดการเผาไหม้ (ออกซิเดชันของขอบเขตเกรนแบบถาวร) และการเชื่อมจะล้มเหลว
• เหล็กดัด: 1,315–1,425 °C — ปริมาณตะกรันที่สูงช่วยอำนวยความสะดวกในการเชื่อมโดยการสร้างตะกรันของเหลวที่ชะล้างออกไซด์ออกจากส่วนต่อประสาน
• สแตนเลส (304/316): 1,200–1,260 °C — ต้องใช้บรรยากาศเฉื่อยหรือฟลักซ์เพื่อป้องกันการเกิดโครเมียมออกไซด์ ซึ่งจะยับยั้งการเกาะติด

การเตรียมฟลักซ์และพื้นผิว

ตะกรันและออกไซด์บนพื้นผิวโลหะป้องกันการสัมผัสกับอะตอม และต้องกำจัดออกทันทีก่อนที่จะเกิดการเชื่อม บอแรกซ์ (โซเดียมเตตระบอเรต) เป็นฟลักซ์การเชื่อมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด — ใช้ที่อุณหภูมิประมาณ 900–1,000 °C ในขณะที่เหล็กเข้าใกล้อุณหภูมิในการเชื่อม เหล็กจะละลายและก่อตัวเป็นเกราะกั้นของเหลวที่จะละลายตะกรันของเหล็กออกไซด์ และป้องกันการเกิดออกซิเดชันซ้ำในระหว่างขั้นตอนการให้ความร้อนขั้นสุดท้าย หากไม่มีฟลักซ์ สเกลที่ติดอยู่ที่ส่วนต่อประสานจะสร้างการเจือปนที่ทำให้รอยเชื่อมอ่อนลงหรือป้องกันได้ ช่างตีเหล็กบางรายใช้ทรายซิลิกา ตะไบเหล็ก หรือสูตรฟลักซ์ที่เป็นกรรมสิทธิ์สำหรับระบบโลหะผสมเฉพาะ

การเชื่อมฟอร์จอุตสาหกรรมสมัยใหม่

ในขณะที่การเชื่อมแบบฟอร์จด้วยมือยังคงมีอยู่ในงานช่างตีเหล็กและงานเหล็กเชิงศิลปะ การเชื่อมแบบฟอร์จทางอุตสาหกรรมถูกนำมาใช้อย่างเด่นชัดที่สุด การเชื่อมแบบแฟลชชน และ การเชื่อมด้วยแรงดันเหนี่ยวนำ สำหรับการผลิตท่อและการต่อราง การเชื่อมแบบแฟลชจะให้ความร้อนแก่พื้นผิวที่หลุดออกโดยการเกิดอาร์คความต้านทานไฟฟ้า (แบบกะพริบ) จากนั้นใช้แรงที่ไม่ปกติ (การบีบอัดตามแนวแกน) เพื่อรวมข้อต่อให้แน่น — บรรลุสภาวะการเชื่อมแบบฟอร์จในลักษณะควบคุมและทำซ้ำได้ วิธีการนี้ใช้ในการเชื่อมท่อเจาะ โซ่สมอ และส่วนรางที่ต้องใช้ข้อต่อปลอมแปลงทั้งหมด ปลอดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน พร้อมคุณสมบัติทางกลของโลหะฐาน

การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอน: เกรด คุณสมบัติ และการใช้งาน

การตีเหล็กคาร์บอนผลิตจากเหล็กที่มีกลไกการเสริมความแข็งแรงหลักคือปริมาณคาร์บอน ตั้งแต่เกรดคาร์บอนต่ำที่ต่ำกว่า 0.20% C ถึงเกรดคาร์บอนสูงที่สูงกว่า 0.60% C โดยไม่มีการเติมโลหะผสมอย่างมีนัยสำคัญ (โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม) ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการตีโลหะผสมเหล็ก การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนถือเป็นส่วนที่มีปริมาณมากที่สุดของอุตสาหกรรมการตีขึ้นรูปทั่วโลก ใช้ในส่วนประกอบระบบขับเคลื่อนของยานยนต์ เครื่องจักรอุตสาหกรรม อุปกรณ์ก่อสร้าง อุปกรณ์น้ำมันและก๊าซ และเครื่องมือช่าง

เกรดเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้กันทั่วไปในการตีขึ้นรูป

ปริมาณคาร์บอนเป็นตัวแปรหลักที่ควบคุมคุณสมบัติทางกลที่สามารถทำได้ในเหล็กกล้าคาร์บอนหลอม:

• AISI 1020 / 1025 (คาร์บอนต่ำ): ความต้านแรงดึง 380–480 MPa ตามที่ปลอมแปลง; ความสามารถในการเชื่อมและความเหนียวที่ดีเยี่ยม ใช้สำหรับคันโยก หมุด เพลา และการตีขึ้นรูปโครงสร้างทั่วไปที่ไม่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงสูง
• AISI 1040 / 1045 (คาร์บอนปานกลาง): ความต้านแรงดึง 570–700 MPa ทำให้เป็นมาตรฐาน สูงถึง 800–950 MPa ดับและทำให้เย็นลง เกรดเครื่องมือสำหรับก้านสูบ เพลาข้อเหวี่ยง เกียร์ เพลาเพลา และการตีหน้าแปลน — ผสมผสานความสามารถในการขึ้นรูปที่เหมาะสมเข้ากับความแข็งแกร่งที่ดี
• AISI 1060 / 1080 (คาร์บอนสูง): ความต้านแรงดึง 800–1,100 MPa ผ่านการอบร้อน ความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอ ใช้สำหรับล้อรางรถไฟ สปริง เครื่องมือช่าง และส่วนประกอบในการไถพรวนทางการเกษตร
• AISI 1095 (คาร์บอนสูง): สามารถทำความแข็งพื้นผิวได้สูงสุด 65 HRC; ใบมีด เครื่องมือตัด และแผ่นกันสึกที่การรักษาคมเป็นสิ่งสำคัญ

การตีขึ้นรูปปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กกล้าคาร์บอนอย่างไร

กระบวนการตีขึ้นรูปมีการปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคที่ทำให้การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนแตกต่างจากการหล่อหรือเหล็กแผ่นรีดร้อนในเกรดเดียวกัน การทำงานที่ร้อนเหนืออุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ (ประมาณ 720–750 °C สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน) จะทำให้โครงสร้างเดนไดรต์แบบหล่อแตกตัว ปิดรูพรุนและช่องว่างที่แข็งตัว และสร้างโครงสร้างเกรนที่ประณีตและสมดุล การทำงานเชิงกลยังพัฒนาการไหลของเกรนที่เป็นเส้นซึ่งเมื่อปรับให้สอดคล้องกับทิศทางของความเค้นหลักในชิ้นงานที่เสร็จแล้ว จะช่วยเพิ่มความแข็งแรงเมื่อยล้าและความทนทานต่อแรงกระแทกได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ชนิดแท่งที่กลึงทั่วเกรน

การปรับปรุงคุณสมบัติที่ได้รับการบันทึกไว้ในการตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง AISI 1045 เทียบกับการหล่อที่เทียบเท่า ได้แก่ การปรับปรุงความแข็งแรงเมื่อยล้า 20–37% และการปรับปรุงความเหนียวกระแทกแบบชาร์ปี 30–50% ที่อุณหภูมิห้อง พร้อมข้อได้เปรียบที่มากยิ่งขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานน้ำมันและก๊าซ และอาร์กติก

การรักษาความร้อนของการตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอน

โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบเหล็กกล้าคาร์บอนที่หลอมขึ้นรูปนั้นจะถูกทำให้เป็นมาตรฐาน (ระบายความร้อนด้วยอากาศจากด้านบน Ac3) เพื่อลดความเครียดจากการตีขึ้นรูป และสร้างโครงสร้างจุลภาคแบบเพิร์ลไลต์-เฟอร์ริติกที่สม่ำเสมอเป็นพื้นฐานสำหรับการตัดเฉือนหรือการบำบัดความร้อนในภายหลัง คุณสมบัติทางกลขั้นสุดท้ายทำได้โดย:

• ดับและระงับอารมณ์ (Q&T): ออสเทนไนต์ที่อุณหภูมิ 820–870 °C ชุบน้ำหรือน้ำมันให้เป็นมาร์เทนไซต์ จากนั้นอบอุณหภูมิที่ 400–650 °C เพื่อให้บรรลุความสมดุลของความแข็ง/ความเหนียวเป้าหมาย ซึ่งเป็นเส้นทางมาตรฐานสำหรับการตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและคาร์บอนสูงในการใช้งานด้านโครงสร้างและการสึกหรอ
• การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ: การแข็งตัวของพื้นผิวเฉพาะจุดของโซนการสึกหรอที่สำคัญ (ฟันเฟือง พื้นผิวเจอร์นัล) ในขณะที่ยังคงรักษาแกนที่แข็งแกร่ง — ใช้กันอย่างแพร่หลายกับเพลาและเกียร์ 1045 และ 1050
• การหลอม: การอบอ่อนแบบเต็มหรือการอบอ่อนแบบทรงกลมสำหรับเกรดคาร์บอนสูงเพื่อปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปก่อนการตัดเฉือนขั้นสุดท้ายและการชุบแข็งขั้นสุดท้าย

การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนกับการตีขึ้นรูปโลหะผสมเหล็ก

การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนจะถูกเลือกเมื่อคุณสมบัติทางกลที่ต้องการอยู่ในช่วงที่ทำได้ของเกรดคาร์บอนที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน และเมื่อสามารถตอบสนองความต้องการในการชุบแข็งได้ในหน้าตัดขวางที่กำลังทำการปลอมแปลง สำหรับส่วนที่สูงกว่าประมาณ 50–75 มม. ข้อจำกัดในการชุบแข็งจะมีนัยสำคัญ — แกนของการตีเหล็กกล้าคาร์บอนขนาดใหญ่อาจมีความแข็งมาร์เทนซิติกไม่เต็มที่ในระหว่างการชุบแข็ง ส่งผลให้แกนมีความเหนียวต่ำกว่าพื้นผิว เกรดเหล็กโลหะผสม (4140, 4340, 8620) ถูกกำหนดไว้เมื่อข้อกำหนดด้านความสามารถในการชุบแข็งได้ลึก ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง หรือข้อกำหนดด้านความต้านทานการกัดกร่อน เกินกว่าที่เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถให้ได้ ข้อเสียคือต้นทุน: การตีขึ้นรูปเหล็กกล้าคาร์บอนใน AISI 1045 มีต้นทุนวัสดุต่ำกว่าการตีขึ้นรูปเหล็กโลหะผสมที่เทียบเท่ากันถึง 15–35%