Conformabilidad.

Facilidad relativa con la que pueden conformarse determinadas aleaciones mediante  operaciones como el laminado, el prensado, el embutido, el forjado, etc.

CONFORMABILIDAD  EN FRÍO

El trabajo en frío de los metales se realiza en o cerca de la temperatura ambiente para que la ventaja de una la resistencia a la cedencia reducida, o la presión del forjado, acompañada de elevadas temperaturas no están disponibles para ayudar en la operación de formado. Adicionalmente, los metales “con trabajo de endurecimiento”, es decir, que aumentan la resistencia a la cedencia, durante la deformación a bajas temperaturas, añaden aún más al trabajo necesario para alcanzar la forma deseada.

Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia ; la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes.
Este proceso es que es muy duro (60 Rockwell C), los aceros para dados con elevada resistencia a la abrasión, son requeridos a resistir las demandas de trabajo en frío. Con tal énfasis en la resistencia de abrasión, la dureza de loa aceros para dados de elevada dureza son generalmente muy quebradizos. La selección de aceros para dados para trabajo en frío ofrecidos por FINKL, trabajar de frío muere aceros ofrecieron por A. Finkl & Hijos S.A. son de grado “moderado” que proporcionan algún grado de dureza a la fractura sobre un exclusivo enfoque en la resistencia a la abrasión.

Conformabilidad en caliente

Es un proceso que depende de la temperatura y el tiempo. Con este método, las piezas se forman en estado blando a elevadas temperaturas y luego se templan en la herramienta.

El proceso de conformado en caliente sigue los siguientes pasos:

• Calentamiento en el horno
• Traslado del horno hasta la prensa, sobre la herramienta de embutición
• Conformado plástico en caliente
• Templado con herramienta cerrada

Las piezas producidas por conformado en caliente se caracterizan porque alcanzan una alta resistencia, pueden tener formas complejas y adquieren unos efectos de springback reducidos. El comportamiento óptimo del material se consigue a través de la transformación estructural de la austenita a martensita. El material más usado en el conformado en caliente es el acero al boro 22MnB5, que está disponible por muchos fabricantes de acero.

Hay una diferencia entre el conformado directo e indirecto.

Las fases del conformado en caliente directo: chapa, calentamiento, embutición

En el conformado en caliente directo, la pieza se austeniza a altas temperaturas, se transfiere a la matriz refrigerada y entonces se embute profundamente. De esta forma, se pueden conseguir formas complejas ya que el material tiene una excelente ductilidad a altas temperaturas.

Las fases del conformado en caliente indirecto: chapa, 1ª embutición, calentamiento, 2ª embutición

En el conformado en caliente indirecto, la pieza primero se embute profundamente sin calentar. A continuación, antes de obtener la forma final, se calienta la pieza hasta temperatura de austenitización y entonces se hace la embutición final. Este paso adicional amplia las capacidades del conformado y permite que se puedan obtener geometrías muy complejas.

Recientemente, el conformado en caliente se ha convertido en un proceso muy importante para la industria automotriz ya que permite cumplir los requisitos específicos para seguridad en los test de choque del vehículo y/o bajar el peso total. Numerosos fabricantes de coches usan este proceso para producir piezas estructurales de la carrocería tales como pilares A y B, túneles, vigas de parachoques, marcos de puertas, vigas de puertas, barras laterales, barras de techo y marcos de techo.

Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo.

La forja tiene multitud de aplicaciones en distintos campos, como lo son bielas, cigüeñales, ejes, rejas, barandillas, cabezas de tornillos y pernos, remaches, clavos, etc.

Plasticidad.

La plasticidad es un comportamiento mecánico característico de ciertos materiales inelásticos consistente en la aparición de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico.

En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones.

En los materiales elásticos, en particular en muchos metales dúctiles, un esfuerzo uniaxial de tracción pequeño lleva aparejado un comportamiento elástico. Eso significa que pequeños incrementos en la tensión de tracción comporta pequeños incrementos en la deformación, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se tiene una deformación completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un límite, llamado límite elástico, tal que si cierta función homogénea de las tensiones supera dicho límite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no reversibles.

Modelos de plasticidad

En general un modelo de plasticidad requiere definir varios elementos:

• En primer lugar, en el espacio de tensiones principales se requiere definir la llamada región de tensiones admisibles, que será un conjunto cerrado (y posiblemente compacto) de dicho espacio de tensiones. La frontera de dicho conjunto usualmente se denomina superficie de fluencia.
• Para puntos del sólido cuyas tensiones principales estén contenidas en el interior de la región de tensiones admisibles el comportamiento es elástico. Sin embargo, para puntos de la superficie de fluencia es necesario definir una "regla de flujo" que explicita cómo aumentarán la deformación plástica en función de la tasa de aumento de la tensión y otros parámetros internos si se aumenta la solicitación sobre un material que ha alcanzado su límite de fluencia.
• Los modelos de plasticidad imperfecta requerirán la definición de un conjunto de variables internas que den cuenta del endurecimiento y del desplazamiento de la región de tensiones admisibles a lo largo del tiempo en función de las tasas de aumento de las otras variables.

Curva esfuerzo - deformacion

CURVA ESFUERZO-DEFORMACION
El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación.

  

Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan materiales  dúctiles y materiales  frágiles. Los diagramas de materiales dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presenta un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.  

      ESFUERZO.

Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el 

área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y 

es un parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que establece una base común de 

referencia.  

σ = P/A        

Donde: 

 P≡ Fuerza axial; 

A≡ Area de la sección transversal

       DEFORMACIÓN.

La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; 

controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o 

mayor importancia. 

El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas. 

   Una barra sometida a una fuerza axial de tracción aumentara su longitud inicial; se puede observar que bajo la misma carga pero con una longitud mayor este aumento o alargamiento se incrementará también. Por ello definir la deformación  (ε) como el cociente entre el alargamiento  δ y la longitud inicial  L, indica que sobre la barra la deformación es la  misma porque si aumenta L también aumentaría δ. Matemáticamente la deformación sería: 

ε = δ/L

        DIAGRAMA.

El diagrama es la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformación unitaria en el espécimen calculado a partir de los datos de un ensayo de tensión o de compresión.

a)  Límite de proporcionalidad:

Se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado límite de proporcionalidad, es un segmento de recta rectilíneo, de donde se deduce la tan conocida relación de proporcionalidad entre la tensión y la deformación enunciada en el año 1678 por Robert Hooke. Cabe resaltar que, más allá la deformación deja de ser proporcional a la tensión.

b) Limite de elasticidad o limite elástico:

Es la tensión más allá del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino que queda con una deformación residual llamada deformación permanente.

c) Punto de fluencia:

Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenómeno de la fluencia es característico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales diversos, en los que no manifiesta.

d) Esfuerzo máximo:

Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación.

e) Esfuerzo de Rotura:

Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura.

Ecuacion de plasticidad.

Ecuacion de plasticidad.

La ley de Hooke usada para materiales elásticos reversibles y lineales es una ecuación constitutiva en que las tensiones se describen como el producto de componentes tensoriales del tensor de constantes elásticas por las componentes del tensor deformación. En dicha ley las tensiones son combinaciones lineales de las deformaciones, y no existe disipación de energía y por tanto irreversibilidad. Por esas razones no pueden describir la plasticidad. De hecho, la descripción matemática de la plasticidad debe incluir tanto la irreversibilidad o disipación de energía como la no linealidad de las expresiones que relacionan tensiones y deformaciones. Existe un buen número de modelos matemáticos de plasticidad con estas características. En todos los modelos de plasticidad la relación entre tensiones y deformaciones es del tipo:

(1)${\displaystyle \sigma _{ij}=C_{ijkl}(\varepsilon _{kl}-\varepsilon _{kl}^{p})}$

Donde en la ecuación anterior y en las siguientes se usa el convenio de sumación de Einstein sobre índices repetidos, y donde además:

${\displaystyle C_{ijkl}\,}$, son las componentes del tensor de constantes elásticas del material.

${\displaystyle \varepsilon _{ij}\,}$, son las componentes del tensor deformación.

${\displaystyle \varepsilon _{ij}^{p}\,}$, son las componentes de la deformación plástica.

La diferencia básica entre los diversos modelos de plasticidad es la superficie de fluencia y por tanto la manera en que se computan las deformaciones plásticas, además de las posibles variaciones en la componente viscoplástica. De hecho, un modelo de plasticidad además de la ecuación (1) necesita especificar dos relaciones más:

• Especificación de la superficie de fluencia, que relaciona la tensión de fluencia ${\displaystyle \sigma _{y}\,}$ con el estado de tensión y de deformación plástica:

(2)${\displaystyle \phi (\sigma _{ij},\varepsilon _{ij}^{p})=\sigma _{y}-f_{2}(\sigma _{ij},\varepsilon _{ij}^{p})}$

• La ley de flujo plástico:

(3)${\displaystyle {\dot {\varepsilon }}_{ij}^{p}={\begin{cases}f_{ij}(\sigma _{ij},\varepsilon _{ij}^{p})({\dot {f}}_{2}-{\dot {\sigma }}_{y})&\phi =0\\0&\phi <0\ \end{cases}},\qquad f_{ij}={\frac {\partial g_{p}}{\partial \sigma _{ij}}}}$

Donde

${\displaystyle {\dot {\varepsilon }}_{ij}^{p}}$, representan la velocidad de deformación plástica.

${\displaystyle {\dot {\sigma }}_{y}}$, la derivada respecto al tiempo de la tensión de fluencia.

${\displaystyle f_{ij}(\cdot )}$, un conjunto de funciones prescritas dependientes del modelo que explicitan como crecen las deformaciones plásticas.

Si se derivan las ecuaciones (1) y (2) respecto al tiempo y se añade la ecuación (3) se tiene un sistema de tres ecuaciones diferenciales ordinarias respecto al tiempo, que junto con las correspondientes ecuaciones de contorno describiendo las cargas, los valores iniciales y otras restricciones forman un problema elastoplástico cuya solución es única en el caso lineal. En el caso no lineal no considerado aquí no se ha demostrado la unicidad.

Deformacion plastica.

Conformabilidad.

Conformabilidad:

Propiedad del material que determina su moldeabilidad. En estado líquido tiene relación con le tipo de fundición que se emplee (molde-vaciado, preza fundida, etc.). En estado sólido está relacionada con procesos de deformación plástica del material (trefilado, laminado, etc.). En estado granular, esta ligada a la presión y a la temperatura que se apliquen a los granos o polvo del material.
La conformabilidad en estado sólido se presenta en 3 casos. Existe conformabilidad con conservación de masa (deformación plástica para materiales dúctiles y maleables), con reducción de masa (torneado, cepillado, rectificado, taladrado, etc.) y de unión (remaches, soldaduras, pegamentos, presión).
Esta propiedad es de vital importancia a la hora de decidir el proceso para lograr la pieza final proyectada, debido a su amplio espectro de posibilidades que influyen en los costos y facilidades de producción.

Curva esfuerzo vs. deformación.

Curva esfuerzo vs. deformación.

La curva usual Esfuerzo - Deformación (llamada también convencional, tecnológica, de ingeniería o nominal), expresa tanto el esfuerzo como la deformación en términos de las dimensiones originales de la probeta, un procedimiento muy útil cuando se está interesado en determinar los datos de resistencia y ductilidad para propósito de diseño en ingeniería.

Para conocer las propiedades de los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos se clasifican en destructivos y no destructivos. Dentro de los ensayos destructivos, el más importante es el ensayo de tracción.

La curva Esfuerzo real - Deformación real (denominada frecuentemente, curva de fluencia, ya que proporciona el esfuerzo necesario para que el metal fluya plásticamente hacia cualquier deformación dada), muestra realmente lo que sucede en el material. Por ejemplo en el caso de un material dúctil sometido a tensión este se hace inestable y sufre estricción localizada durante la última fase del ensayo y la carga requerida para la deformación disminuye debido a la disminución del área transversal, además la tensión media basada en la sección inicial disminuye también produciéndose como consecuencia un descenso de la curva Esfuerzo - Deformación después del punto de carga máxima. Pero lo que sucede en realidad es que el material continúa endureciéndose por deformación hasta producirse la fractura, de modo que la tensión requerida debería aumentar para producir mayor deformación. A este efecto se opone la disminución gradual del área de la sección transversal de la probeta mientras se produce el alargamiento. La estricción comienza al alcanzarse la carga máxima.

Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset) según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura.

El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero). No se presentará ninguna deformación permanente en la probeta si la carga se suprime en este punto. Entre P y E el diagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea elástico. Por lo tanto, la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de proporcionalidad.