CONFORMABILIDAD DE LOS ACEROS SOMETIDOS AL PROCESO ECAE EN FRO

INTRODUCCIN

Extensas investigaciones se han realizado sobre las propiedades mecnicas y la microestructura despus de procesos de deformacin plstica severa (SPD), por ejemplo, ECAE, ARB, HPT y as sucesivamente. El estudio sobre propiedades mecnicas, como la resistencia a la traccin, la dureza y la fatiga han sido llevados a cabo, pero sin embargo se ha estudiado poco, la capacidad de conformacin de los materiales despus de procesos SPD.

Por lo tanto se investig la conformabilidad de los aceros sometidos a diferentes procesos conformacin en fro, uno es el proceso ECAE y el otro es la de laminacin en fro, seguida del recalcado.

La evaluacin de la capacidad de conformado se juzg mediante la formacin de micro tornillos (M1.6), si era posible o no. Cuatro materiales diferentes, con muy bajo carbono, 0,15% de C, acero 0,25% C y se utiliz tambin SWCH18A (0,16% C con el tratamiento de esferoidizacin). La prueba de conformabilidad fue realizado para producir micro tornillos por un cold header que se utiliza comnmente en la industria. La capacidad de formacin se comprob con los ojos para examinar la presencia de grietas o no en la primera pre-conformacin y segundo rebaje de conformacin. Los materiales sometidos a proceso ECAE y as-received eran capaces de fabricar el micro tornillo, excepto el proceso ECAE del acero 0,25% C. Por el contrario ningn material sometido a la laminacin en fro seguido por recalcado eran capaces de fabricar el micro tornillo. Se encontr que la conformabilidad del acero sometido a proceso de ECAE disminuy en comparacin a la del estado de suministro.

MARCO TERICO

ECAE es un proceso de extrusin, se desarroll en 1973 en la Unin Sovitica. La tcnica es capaz de refinar la microestructura de metales y aleaciones.

ECAE es nico porque trabajo en fro significativo puede lograrse sin reduccin en el rea de la seccin transversal de la pieza de trabajo deformada. En los procesos de deformacin convencionales como laminado, forjado y extrusin, la deformacin se introduce por la reduccin en el rea de la seccin transversal. Con ECAE produce una deformacin significativa sin reducir el rea de la seccin transversal. Esto se logra mediante la extrusin de la pieza de trabajo en una esquina. Por ejemplo, una barra de seccin transversal cuadrada de metal se fuerza a travs de un canal con un ngulo de 90 grados. La seccin transversal del canal es igual a la entrada y salida. El complejo de la deformacin del metal a medida que fluye alrededor de la esquina produce muy alta tensin. Debido a que la seccin transversal sigue siendo la misma, una pieza de trabajo se puede extruir mltiples veces introduciendo tensin adicional en cada pasada.

El diseo de troqueles es crtica debido a las grandes fuerzas requeridas.

El proceso ECAE tiene un gran potencial para el desarrollo de la estructura de grano ultrafino, consistente en granos homogneos y equiaxiales dominadas por los lmites de grano de ngulo alto. Adems, las muestras procesadas con ECAE retienen la seccin transversal original de su, proporcionando capacidades de multi-paso, como se dijo anteriormente. Sin embargo, el proceso es discontinuo porque la longitud del molde se limita debido al potencial de pandeo del pistn de extrusin. Este problema da la oportunidad de hacer que el proceso sea continuo.

METODOLOGA

Se estudia la capacidad de conformacin de diferentes aceros al carbono procesados en fro con ECAE en estado prctico para ver si se podan producir o no, micro tornillos. La ruta C se selecciona para la prueba de conformabilidad. Porque la ruta C retorna los materiales a su forma original despus de un nmero de extrusiones sucesivas. El resultado es anisotropa relativamente baja.

Se experiment con cuatro diferentes materiales, acero de muy bajo carbono (ULC), aceros de 0.15% y 25% de carbono y SWCH18A (0.16% con tratamiento de esferoidizacin)

ULC fue recibido en lmina, los otros aceros fueron recibidos en forma de barra despus de ser laminados en caliente. A continuacin se muestran las microestructuras de los materiales en estado de suministro.

La microestructura inicial del ULC es ferrita gruesa (tamao de grano), S15C y S25C presentan ferrita y perlita. Por el contario, SWCH18A presenta ferrita elongada en la direccin del laminado y cementita esferoidal. El espcimen fue maquinado en la direccin del laminado con dimensiones de longitud de .

Para la secuencia de extrusin, el material es extruido con una rotacin de 180 en cada pase. El proceso de extrusin corresponde a la ruta C. El ECAE es realizado a velocidad constante de 2mm/min con una pelcula rociada de politetrafloruroetano (PTFE) como lubricante. En estos experimentos una presin constenta de 150 MPa es palicada a los materiales. Para el presente experimento la tensin por pase es calculada para que sea 1.15. El angulo de la matriz es 90 y el arco exterior es 0. Para el presenta experimento la deformacin calculada por pase es 1.15 Los materiales son extruidos por lado 4 veces.

Para el ensayo de traccin, las probetas como se muestra en la figura, se mecanizan a partir de la muestra de extruido despus de uno, dos y cuatro pases. Los ensayos de traccin en la mquina de ensayo Shimadzu AG-50 kM se llevan a cabo a una velocidad constante de 0,5 mm / min. Ruta C se aplica para eliminar anisotropa. Pero slo el acero ULC se extruy en la ruta Bc con una rotacin de 90 en cada pase.

Las rutas Bc y C son similares en el aspecto de retornar los materiales a su forma original despus de 4 y 2 pases por ruta Bc y C, respectivamente.

Prueba de confortabilidadLas muestras sometidas a proceso ECAE y en estado de suministro son mecanizadas a 1,3 mm de dimetro como preparacin para la formacin de micro tornillos.En comparacin, un proceso de conformacin en fro convencional se llev a cabo en los aceros ULC y SWCH18A, ya que ambos materiales tienen una buena capacidad de conformado. La barra de 7mm2 con esquina se redondea por 1 mm y una longitud de 30 mm se rueda a temperatura ambiente hasta 2,2 mm de alambre de dimetro por 24 pases. El alambre se disminuy a 1,35 mm de dimetro por el proceso de estampacin. El cable finalmente se seal a 1,3 mm de dimetro. La deformacin acumulativa para la conformacin en fro convencional (de laminacin / estampacin) se calcula por la reduccin del rea de seccin transversal, aproximadamente. La deformacin acumulativa sometido a laminacin en fro / estampacin es casi 3,6. El ensayo de traccin se lleva a cabo para el alambre por sujecin directa. La distancia entre el mandril se supone que es una longitud de calibre. La prueba de la capacidad de conformado se lleva a cabo para producir micro tornillos usando el cold header hecho por Nakashimada Co. Ltd., que es comnmente usada en la industria de produccin. La manufactura de micro tornillos se da en dos procesos mostrados a continuacin. La capacidad de formacin se comprueba con los ojos al generarse una grieta o no en la primera pre-formacin y el segundo receso de formacin.

Resultados y discusinLas propiedades de traccinFig. 5 muestra curvas de esfuerzo-deformacin nominales de los aceros al carbono antes y despus del proceso ECAE. Las curvas de ULC y SWCH18A despus de laminado / recalcado tambin se incluyen en la Fig. 5 (A y D), sin embargo el alargamiento no pueden compararse directamente, debido a que la relacin entre la anchura (dimetro) y longitud de calibre son muy diferentes entre s. Los materiales en estado de suministro exhiben un endurecimiento por deformacin con gran alargamiento a excepcin del acero SWCH18A, mientras que los materiales despus ECAE no presentan endurecimiento de trabajo. La tensin aumenta significativamente despus de 1 pase de ECAE y aumenta al aumentar el nmero de pasadas, sin embargo, la creciente tasa disminuye con el aumento del contenido de carbono en estas condiciones experimentales. La deformacin acumulada despus de 4 pasadas por ECAE y despus de laminado/ estampado es de 4,6 y 3,6, respectivamente. La resistencia a la traccin de los materiales trabajados con ECAE se compara con la de los trabajados por laminado/estampado en la Fig. 6, como una funcin de la deformacin equivalente aplicada a las muestras. Una deformacin equivalente de "0" corresponde a la muestra de materiales en estado de suministro. La resistencia a la traccin despus de ECAE es extremadamente mayor que la obtenida despus de la laminacin/estampacin en caso del acero ULC, fenmeno opuesto est indicado en el caso de SWCH18A. Esta inversin es causada por diferentes mecanismos de fortalecimiento como son el aumento de las dislocaciones que relaciona el tamao de celda y un refinamiento de grano. Materiales puros como el acero ULC son fortalecidos principalmente por refinamiento de grano. ECAE es eficaz en procesos de refinamiento del grano en comparacin con laminacin/ estampacin. La inclusin de cementita esferoidal acta como fuente de multiplicacin de las dislocaciones durante la deformacin plstica. Por encima de la condicin, en la que puede aplicarse a SWCH18A, laminado/estampado es eficaz en la multiplicacin de dislocacin en comparacin con el ECAE.

3.2. Conformabilidad

Un resumen de las pruebas de capacidad de conformacin que se realizan para producir micro tornillos usando el cold header se presenta en la Tabla 2. Los materiales sometidos a proceso ECAE y en estado de suministro son capaces de fabricar el tornillo micro excepto el acero 0.25%C trabajado por ECAE. Por el contrario ninguno de los materiales sometidos a laminacin/estampacin fueron capaces de fabricar el micro tornillo. Se ha encontrado que la conformabilidad del acero al carbono sometido al proceso ECAE es un poco ms pequea que la de los materiales en estado de suministro. Eso significa que la deformacin por cizallado no reduce la capacidad de conformado en comparacin con la deformacin normal. Las muestras representativas de micro tornillo se muestran en la Fig. 7. La muestra es fabricado con xito como se muestra en la Fig. 7 (a). Todas las muestras que fracasaron se ven agrietadas en el primer preformado. La grieta se observa ms en el acero ULC que en el SWCH18A despus del laminado/estampado, sin embargo, el alargamiento total es mayor para ULC como se indica en la figura. 5 (A y D). Este fenmeno de inversin se supone que es la diferencia en el desarrollo de la textura causado por la estructura inicial como el tamao de grano, la segunda fase y la inclusin. Se muestra la seccin transversal del micro tornillo de acero 0.15%. Se ha encontrado que el material no presenta grietas.

ConclusinLa conformabilidad de los aceros al carbono trabajados con ECAE en fro era investigada para la produccin de micro tornillo, y se compar con el proceso convencional de laminacin / estampacin. Fue encontrado que la conformabilidad del acero sometido al proceso de ECAE es un poco menor que la de los materiales en estado de suministro comparado con la laminacin/estampacin en fro. Ese significa deformacin de corte no reduce la capacidad de conformado en comparacin con tensin normal.

SE EXPLICA CON MAYOR DETALLE EL PROCESO ECAP-ECAE DESCRIBIENTO OTRO EXPERIMENTO

En los materiales trabajados se desarrolla una estructura y propiedades uniformes. Una alta deformacin equivalente por pase y una extremadamente alta deformacin efectiva despus de mltiples pases es lograda sin alterar apreciativamente la seccin transversal inicial. Presiones y cargas relativamente bajas son suficientes para llevar a cabo la extrusin. Se crean estructuras de grano fino y texturas especficas a travs del control de la direccin de cizallamiento. Se puede trabajar con equipos y herramientas de bajo costo. Es propicio para trabajar con diferentes metales y aleaciones, incluyendo los de alta dureza y con dificultad para deformar en condiciones de trabajo en fro, tibio o caliente.