The Science of Forming


 

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No Crea Todo lo que Lee

By: Stuart Keeler

Saturday, January 01, 2011
 


Fig. 1—La flecha indica el endurecimiento mayor y la elongación total mayor de los aceros AHSS comparados con los aceros comunes HSLA.
Enero es el mes cuando muchos artículos técnicos y publicaciones revisan los éxitos o fracasos del año anterior. Otros proporcionan sugerencias de cómo mejorar (inserte su propio tema) durante el año que inicia. En este artículo presentaremos algunas declaraciones sobre conformado de lámina que suenan técnicas pero son incorrectas. La excesiva simplificación puede crear declaraciones equivocadas. Otras pueden tener su origen en leyendas del piso de producción o historias de guerra. Algunas no pasaron por revisión técnica. Las declaraciones presentadas a continuación deben ser corregidas, independientemente de la fuente.

• El Conformado en Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSS, por sus siglas en inglés) Puede Ser un Reto, ya que Tiene Mayor Resistencia y Menor Conformabilidad que el Acero Convencional.

El primer problema es la definición de acero convencional. Siempre se puede establecer una comparación no definida de manzanas contra naranjas y hacer cualquier argumentación que se desee. Si se limita el acero convencional al acero calmado al aluminio con calidad para embutido (AKDQ, por sus siglas en inglés) o a las denominaciones actuales de acero para conformado (FS, por sus siglas en inglés) y acero para embutido (DS, por sus siglas en inglés), entonces los aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA, por sus siglas en inglés) tendrán mayor resistencia y menor conformabilidad. Desafortunadamente el autor está comparando aceros de alta resistencia contra aceros de baja resistencia ― manzanas contra naranjas―.

Sin embargo, cuando se habla de AHSS, el HSLA se convierte en el acero convencional. Cuando uno compara aceros AHSS contra aceros HSLA, la declaración de mayor dureza y menor conformabilidad es incorrecta. La WorldAutoSteel (la asociación de empresas siderúrgicas en todo el mundo) indica que dos objetivos se logran con el AHSS (fig. 1). El primer objetivo es los tipos de AHSS con mejor conformabilidad (estiramiento y doblez) comparados con su equivalente en punto de fluencia de aceros HSLA. Esto se logra con los aceros de doble fase (DP, por sus siglas en inglés) y aceros de transformación de fase inducida por plasticidad (TRIP, por sus siglas en inglés). El segundo objetivo es los diferentes tipos de aceros AHSS con mayor punto de fluencia que tienen la misma conformabilidad que los aceros HSLA. Estos aceros son los de fase compleja (CP, por sus siglas en inglés) y aceros martensíticos (MS, por sus siglas en inglés). La flecha diagonal en la fig. 1 ilustra claramente que los aceros AHSS tienen mayor dureza y mejor conformabilidad que los aceros HSLA cuando son comparados por su punto de fluencia. Una curva similar para la resistencia máxima nuestra los mismos resultados. El eje vertical en la fig. 1 es la elongación total relacionada con la capacidad de doblado. Gráficos similares pueden ser creados para la capacidad de estiramiento, basados en el valor n, pruebas de estiramiento por domo, expansión de agujeros y otras pruebas basadas en el estiramiento. Para el futuro, simplemente recuerde que las siderúrgicas han creado los nuevos aceros AHSS con microestructuras específicamente para hacerlos más fuertes y con mayor conformabilidad, a fin de permitir el diseño de piezas más complejas.

• Conformar en Frío Láminas de Acero Endurece el Material

 
Fig. 2—La curva de esfuerzo-deformación ingenieril muestra el endurecimiento por deformación (incremento de la resistencia) entre el punto de fluencia y la resistencia máxima.
Sí, los aceros conformados en frío incrementan su dureza. Sin embargo, las condiciones de conformado como capacidad de estiramiento y de doblado no están correlacionadas con las pruebas de dureza. Así lo afirmó J. Dudley Jevons en 1940 en su libro “La Metalurgia del Embutido Profundo y el Trabajo en Prensa”. El dijo: “Las pruebas de tensión y de domo son mejor consideradas por ambos, proveedores y clientes, como una indicación de la probabilidad de que alguna secuencia particular de operaciones de rolado ha sido llevada a cabo, no como un indicador de las propiedades reales de embutido y conformado”. El efecto del trabajo en frio es mostrado por la curva de esfuerzo-deformación (fig. 2). La pendiente de la curva, desde el punto de fluencia hasta la resistencia máxima, responde a dos preguntas. Primera, ¿cuánto aumenta el esfuerzo (resistencia) a medida que el material es deformado (conformado en frío) durante el conformado en la prensa? Segunda, ¿cuánto se estira (deforma) cuando el esfuerzo (carga) aplicado aumenta en una prueba de tracción? Los términos carga, esfuerzo y resistencia son usado pero no se usa dureza. El estiramiento es la elongación por tensión de la lámina metálica en una o más direcciones que resulta en una reducción del espesor de la lámina. El doblado crea una deformación en la superficie convexa de la lámina metálica similar a la probeta de una prueba de tracción.

En contraste, la mayoría de las pruebas de dureza fuerzan un diamante de una forma y carga específicas a crear un cráter cuyo diámetro es medido. Un acero más duro permite crear un cráter más pequeño. Aunque que la prueba de dureza no está bien correlacionada con el estiramiento y el doblado, es una excelente predicción de la resistencia al desgaste.

¿Por qué entonces el incremento en la resistencia durante el trabajo en frío es llamado endurecimiento por deformación? En los inicios de los herreros, matriceros y metalúrgicos se necesitaba medir cómo cambiaban las características del acero por el trabajo en frío. Diferentes tipos de pruebas de dureza estaban disponibles y eran fáciles de usar. Por lo tanto, “endurecimiento por deformación” se convirtió en el término a utilizar. Con la ciencia del conformado actual, el término realmente debería ser “incremento de la resistencia por deformación”. Cambiar el término endurecimiento por deformación probablemente no suceda. Sin embargo, siempre se debe pensar en incremento de resistencia y olvidarse de las pruebas de dureza.

• Todos los Conformados en Aceros AHSS Deben Realizarse en la Primera Operación Debido a que el Acero se Endurece con el Conformado, se Vuelve más Frágil y se Fractura

Esta declaración tiene dos problemas. El primero, diseñar procesos de conformado en aceros AHSS para maximizar la cantidad de deformación en la primera operación es un objetivo excelente. Sin embargo, la declaración implica que la deformación adicional en una segunda o posterior operación no es posible debido a que el acero se endureció demasiado en la primera operación de conformado. El material puede soportar múltiples operaciones hasta que la suma de las deformaciones alcance la curva del límite de conformabilidad. El primer problema se presenta cuando la pieza es retirada de la primera operación. La recuperación elástica puede ser excesiva y variable, lo cual provoca dificultades para ajustarse adecuadamente a la segunda operación. Una fuerza mucho mayor es necesaria para reanudar la deformación en una zona previamente muy deformada debido a que el punto de fluencia fue aumentado considerablemente. Otras áreas menos deformadas con un punto de fluencia menor pueden ahora iniciar deformaciones no deseadas. Los problemas de conformado en aceros AHSS son similares a aquellos encontrados en los aceros HSLA pero comúnmente tienen una magnitud mucho mayor.

El segundo problema con la declaración es el endurecimiento por deformación de los aceros AHSS y que se vuelven frágiles. La cantidad total de elongación puede ser poca para algunos de los aceros AHSS de mayor resistencia (fig. 1). La estricción localizada junto a la línea de fractura puede ser mínima. Sin embargo, una evaluación metalúrgica de la zona de fractura mostrará una superficie de fractura de copa y cono en un acero dúctil. El modo de falla real en la superficie de fractura determina si la falla es dúctil o frágil ― no la cantidad de deformación ―.

La mayor parte de la literatura técnica es precisa y preparada por expertos bien calificados. Sin embargo, los errores ocurren. El lector tiene que juzgar cuidadosamente si las declaraciones son correctas o erróneas. Si la declaración es importante para su trabajo o proyecto, hacer doble verificación con una o más fuentes es siempre una buena inversión de tiempo. Después dígale a su equipo de trabajo acerca de los errores. MF

 


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