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 ( FeCr – 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
Tensión verdadera : σ = F/Ai
A0 = área inicial de la probeta
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
0,01 – 0,015
Acero inoxidable austenítico
0,01 – 0,015
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
0,1
1000
Aluminio 1100
0,21
500
Aluminio 1100
0,13
400
Aluminio 2017
0,155
500
Aluminio 2017
0,10
400
Cobre puro
0,15
500
Latón 70/30
0,20
600
Latón 70/30
0,15
800
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