Introducción

Introducción:

Los procesos de deformación de metales aprovechan las propiedades de flujo plástico del material a medida que es deformado para producir la forma deseada. Los procesos de deformación se pueden separar en: en frío, caliente, isotérmica y tibio.

Las características de la deformación en frío son las siguientes:
Para deformar el material se trabaja con temperaturas por debajo de su temperatura de recristalización. Una ventaja que tiene la deformación en frío es que resulta mas económica que la deformación en caliente.
Algunos procesos llevados en frío son los siguientes:
- Forjadura.
- Deformación con rodillos.
- Extrusión.
- Laminación.

Además de los procesos de deformación en frío también se tiene importantes herramientas como el endurecimiento por deformación en frío.

Endurecimiento por deformación plástica en frío.

Endurecimiento por deformación plástica en frío.

El endurecimiento por deformación plástica en frío es el fenómeno por medio del cual un metal dúctil se vuelve más duro y resistente a medida es deformado plásticamente. Generalmente a este fenómeno también se le llama trabajo en frío, debido a que la deformación se da a una temperatura "fría" relativa a la temperatura de fusión absoluta del metal.






En los diagramas se muestra la variación de la resistencia a la fluencia y la resistencia a la tensión para el acero 1040, el bronce y el cobre.
Note que la resistencia del material aumenta al aumentar el porcentaje de trabajo en frío, sin embargo la ductilidad del material disminuye tal como se muestra en el siguiente gráfico.

El fenómeno de endurecimiento por deformación se explica así:
1. El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina.
2. Cuando se aplica una fuerza sobre el material, las dislocaciones se desplazan causando la deformación plástica.
3. Al moverse las dislocaciones, aumentan en número.
4. Al haber más dislocaciones en la estructura del metal, se estorban entre sí, volviendo más difícil su movimiento.
5. Al ser más difícil que las dislocaciones se muevan, se requiere de una fuerza mayor para mantenerlas en movimiento. Se dice entonces que el material se ha endurecido.

Distintos metales tienen diferente capacidad para endurecerse cuando se deforman plásticamente. Esa habilidad de endurecerse se mide con el coeficiente de endurecimiento por deformanción (n). Entre mayor es n para un metal, más se endurece al ser deformado plásticamente.

Para que el endurecimiento del metal se mantenga, es necesario que las dislocaciones que fueron creadas durante la deformación se mantengan en la estructura del metal. La estructura cristalina del metal tiene un número "normal" de dislocaciones. La deformación plástica ha causado que hayan más dislocaciones que ese número "normal", por lo que la estructura cristalina tenderá a hacer desaparecer a las dislocaciones "extra".
Si se aumenta la temperatura del material hasta el grado que se permita la difusión atómica, las dislocaciones "extra" desaparecerán del material, haciendo que éste recupere las propiedades mecánicas que tenía antes de ser deformado. Sabemos que la difusión se activa a una temperatura mayor que 0.4 veces la temperatura de fusión del material en grados absolutos, por lo tanto se tendrá lo siguiente:


Trabajo en frío.
-Existe endurecimiento por deformación.
-Se crean dislocaciones y éstas quedan en el material.
-El material endurece
Trabajo en caliente
-No existe endurecimiento por deformación.
-Se crean dislocaciones pero éstas desaparecen por difusión.
-El material no endurece.

El trabajo en frío no solo causa un aumento de las dislocaciones en la estructura del metal, sin que también causa la deformación de sus granos. La combinación de los granos deformados con el aumento de dislocaciones causa esfuerzos residuales dentro del material. Los esfuerzos residuales no son más que zonas de tensión o compresión que existen dentro del material sin que sean generadas por fuerzas externas. Los esfuerzos residuales pueden causar el debilitamiento del material, haciendo que falle a esfuerzos aplicados menores a su resistencia nominal.

El aumento de las dislocaciones y la deformación de los granos de la estructura cristalina puede causar cambios en las propiedades eléctricas y la resistencia a la corrosión del metal. Todos los cambios asociados a la deformación plástica en frío pueden ser revertidos utilizando el tratamiento térmico apropiado. La restauración de las propiedades a los valores previos a la deformación se logra a partir de dos procesos diferentes que ocurren a temperatura elevada:
• La recuperación y recristalización.
• El crecimiento del grano.

Laminasión

Laminasión:

Es un método de deformación utilizado para producir productos metálicos alargados de sección transversal constante.

Este proceso metalúrgico se puede realizar con varios tipos de máquinas. La elección de la máquina más adecuada va en función del tipo de lámina que se desea obtener (espesor y longitud) y de la naturaleza y características del metal.

Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos rotatoriosLos rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas. También pueden estar ranurados o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar patrones en relieve.

La máquina más común es de simples rodillos, por entre los cuales se introduce el metal y se deforma hasta obtener el espesor deseado, estos giran jalando el material de trabajo y simultáneamente lo aprietan entre ellos.

En el caso del laminado en frío tenemos que la relación de espesor de entrada a los rodillos frente al espesor de salida es menor que en el caso de laminado en caliente, necesitándose varias pasadas hasta completar el proceso. Es habitual utilizar en este caso laminadores reversibles. La calidad del laminado en frío suele ser mayor que la laminación en caliente, ya que es posible tomar medidas de espesores, realizando así un mejor control del proceso.

Las ventajas de este proceso son las siguientes:

- Con las operaciones de trabajo en caliente se pueden lograr cambios significativos en la forma de las partes de trabajo.

- Las operaciones en frío se pueden usar no solamente para dar forma al trabajo, sino también para incrementar su resistencia.

- Este proceso no produce ningún desperdicio como subproducto de la operación.

Las desventajas son las siguientes:

- La mayor parte de los procesos de laminado involucran una alta inversión de capital, requieren equipo y piezas pesadas llamadas molinos laminadores o de laminación.

- El alto costo de inversión requiere que los molinos se usen para producciones en grandes cantidades de artículos estándar como láminas y placas.

- La mayoría del laminado se realiza en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida por lo que los productos no pueden mantenerse dentro de las tolerancias adecuadas y la superficie presenta una capa de óxido característica.

Extrusión

Extrusión:

La extrusión es un proceso de formado de compresión, en el cual el material de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un lado para darle forma a su sección transversal. Como se usa una cámara, cada lingote se extruye en forma individual, por lo que la extrusión es un proceso intermitente o semicontinuo.

Las ventajas de los procesos de extrusión son:

- Se puede extruir una gran variedad de formas; sin embargo, una limitación es la geometría de la sección transversal que debe ser la misma a lo largo de toda la parte.

- La estructura del grano y las propiedades de resistencia se mejoran con la extrusión en frío.

- Son posibles tolerancias muy estrechas, en especial cuando se usa extrusión en frío.En algunas operaciones de extrusión se genera poco o ningún material de desperdicio.

Defornación con rodillos

Deformación con rodillos:

Consiste en deformar un elemento pasándolo por entre dos cilindros. La operación básica es aplanar, pero también se puede alterar drásticamente el área seccional de la pieza inicial.

Forjadura

Forjadura:

Es el método mas antiguo para trabajar el metal. Consiste en deformar un producto mediante fuerzas en comprensión, cuando el proceso de forjadura se lleva acabo en frío logramos un mejor acabado superficial, pero la potencia requerida será mayor que si se trabaja en caliente.

La forjadura es superior que otros procesos en que es mas fácil moldear un material sin que se agriete.

La forjadura no es practica sí:
- Los materiales no son adaptables a deformación efectiva.
- El diseño que se quiere obtener no es posible con el proceso de forjadura.
- Cuando es mas barato empleando otro proceso.

Para el proceso hay que considerar:

- Material ha emplear.
- Tamaño y forma de la pieza.
- Requisitos de producción.
- Etapas de deformación.
- Pre-deformado.
- Deformación.
- Tipos de lubricación,

Flujo plástico

Flujo plástico:

El flujo plástico es la propiedad de muchos materiales mediante el cual ellos continúan deformándose a través de lapsos considerables bajo un estado constante de esfuerzo o carga. La velocidad de incremento de deformación es grande al principio, pero disminuye con el tiempo.

El nivel de la deformación resultante está en función de la magnitud de la carga aplicada, su duración, la edad a la que el elemento es cargado pro primera vez y las condiciones del medio ambiente.