Propiedades mecánicas de metales usados en procesos de conformado Los principales metales empleados por la industria manufacturerason: Aceros de bajo o medio carbono (%C <0,4) Aluminio (1100, 3003) y aleaciones de aluminio (6061, 2024, 7075) Cobre puro (alambres conductores, tubos de agua, planchas) y cobre de baj aleación (% aleación < 5%) Latones ( Cu – Zn (5% a 40%)) Bronces (Cu – Sn) Aceros inoxidables : ferríticos ( Fe – 13 – 18% Cr), auteníticos ( Fe- Cr – Ni) Los metales aptos para conformado son dúctiles, deformaciones entre 20% y 60%.
Curva tensión – deformación de material dúctil Tensión de Ingeniería = S = F/A0 A0 = área inicial de la probeta Tensión verdadera : σ = F/Ai Ai = área instantánea de la probeta e = deformación de ingeniería = (l – l0) / l0 ε = deformación verdadera = ln (l/l0) En general la tensión de flujo σ = f(T, ε, dε/dt) T = temperatura, ε = deformación , dε/dt = velocidad de deformación
Comportamiento elástico El comportamiento elástico se caracteriza por una relación lineal entre tensión (σ) y deformación (ε o e). Para deformaciones pequeñas, como las elásticas, ε ≈ e. Se cumple la relación σ = E·ε Donde E = módulo elástico o módulo de Young Otras relaciones se cumplen en comportamiento elástico: ν = -2 / 1 = -3 / 1 = relación de Poisson ΔV / V = B módulo volumétrico; es ΔV ≠ 0 en comportamiento elástico G = τ / γ Donde τ = tensión de corte aplicada γ = deformación de corte Se pueden demostrar las siguientes relaciones entre las constantes elásticas: G = E/{2·(1 + υ)} y B = E/{3·(1 - 2υ) Hay 4 constantes elásticas ; E, G, B, υ; pero sólo 2 de ellas son independientes. La elasticidad termina cuando comienza la deformación plástica, causada por desplazamientos irreversibles de dislocaciones, por tanto la deformación plástica es irreversible y además ocurre con conservación de volumen. La “tensión de fluencia” o “límite elástico” inicia la deformación plástica perceptible
Comportamiento plástico A baja temperatura (temperatura ambiente), dos ecuaciones describen la relación σ – ε en la región plástica: σ = C·εn n= coeficiente de acritud o coeficiente de endurecimiento por deformación, strain hardening exponent σ = K·(dε/dt)m m= coeficiente de sensibilidad a la velocidad de deformación
Valores típicos de c y n en aleaciones comerciales Material C (Mpa) n Aluminio recocido 1100 180 0,20 Aluminio 2024 T-4 700 0,15 Cobre recocido 500 0,50 Acero 1020 laminado en caliente 800 0,22 Acero 1045 1000 0,14 Acero inoxidable austenítico recocido 18 - 8 1500 0,52 La tensión de fluencia baja con la tempertura, de manera diferente en cada aleación; en acero de 0,15%C, la tensión de fluencia a 25ºC es 500 Mpa, a 200ºC es 400 Mpa y a 600ºC es 200 Mpa. Una idealización corresponde a un comportamiento perfectamente plástico con n= 0; el material no se endurece con la deformación y la curva σ – ε es horizontal.
Valores de m a baja temperatura A baja temperatura m es muy pequeño, lo que significa que la tensión de fluencia del metal varía poco con la velocidad de deformación. Material m Acero de bajo carbono 0,01 – 0,015 Acero inoxidable ferrítico Acero inoxidable austenítico Cobre 0,005 Latón 70/30 0,0 – 0,005 Aluminio y aleaciones 0,0
Sensibilidad a la velocidad de deformación a alta temperatura A alta temperatura rige la ecuación σ = K·(dε/dt)m El endurecimiento por deformación es muy pequeño porque el material se va continuamiento recociendo (endureciendo y ablandando) casi instantáneamente, y las curvas σ – ε son casi horizontales; pero su nivel depende de la velocidad de deformación.
Valores típicos de m a altas temperaturas Material m T (ºC) Acero 1015 0,1 800 Acero 1045 1000 Aluminio 1100 0,21 500 0,13 400 Aluminio 2017 0,155 0,10 Cobre puro 0,15 Latón 70/30 0,20 600