Conformado en Caliente
El conformado en caliente se realiza a una temperatura de trabajo superior a la temperatura de recristalización del material (Tº trabajo > Tº recristalización).
Proceso General
- Preparación y limpieza de la pieza.
- Calentamiento de la herramienta (opcional).
- Calentamiento de la pieza.
- Conformado.
- Enfriamiento.
- Tratamientos térmicos posteriores.
Clasificación según la Fuerza Aplicada
- Procesos de Compresión Directa: La fuerza se aplica sobre la superficie de la pieza, y el metal fluye perpendicularmente a la dirección de compresión (ej: forja, laminación).
- Procesos de Compresión Indirecta: La fuerza se produce por la reacción entre la pieza y el utillaje (ej: extrusión, embutición).
- Procesos de Tracción: El material es obligado a atravesar una matriz (ej: estirado, trefilado).
- Procesos de Plegado o Flexión: Se aplican momentos de flexión a la chapa (ej: doblado).
- Procesos de Cizallamiento: Implican fuerzas cortantes (ej: corte).
Efectos del Conformado en Caliente
- Disminución de la resistencia del material.
- Posibilidad de conseguir mayores deformaciones con menores esfuerzos.
- Ausencia de endurecimiento por deformación.
- Refinamiento del grano y obtención de materiales más blandos y dúctiles.
- Ausencia de tensiones residuales.
- Estructuras más uniformes.
- Aumento de la densidad.
- Estructura fibrosa con mejor resistencia en la dirección de la fibra.
- Generalmente, la superficie se cubre de una capa de óxido perjudicial.
Características del Conformado en Caliente
- La temperatura de recristalización es variable según el material.
- No aumenta la resistencia por deformación.
- Disminuye el límite elástico con la temperatura.
- La curva tensión-deformación real es casi plana.
Ventajas del Conformado en Caliente
- Se rompe la estructura cristalina basta para formar una estructura de grano fino.
- Las impurezas se deshacen y distribuyen uniformemente, creando una estructura fibrosa.
- Los poros y huecos desaparecen, aumentando la densidad.
- Mejora las propiedades mecánicas.
- Disminuye la resistencia a la deformación, requiriendo menor energía para los procesos.
- Permite grandes cambios de forma.
Inconvenientes del Conformado en Caliente
- Rápida oxidación de la superficie.
- Tolerancias dimensionales amplias.
- Superficies rugosas.
- Maquinaria costosa.
Efectos del Calentamiento
El calentamiento incrementa la movilidad atómica y da lugar a tres etapas:
- Restauración: Los átomos tienden a pasar a sus posiciones de equilibrio estable. No hay movimiento aparente de los contornos de grano. Se contrarresta la consolidación, desaparecen las tensiones internas, disminuye ligeramente la dureza y el límite elástico, y no se modifica la microestructura.
- Recristalización: Se forman cristales nuevos entre los deformados. Aparecen gérmenes en los lugares de mayor acritud (límites de grano, planos de maclado, etc.). Los gérmenes crecen a expensas de los átomos circundantes, sustituyendo el edificio cristalino deformado y modificando la microestructura. El metal recupera su plasticidad y la densidad de dislocaciones disminuye.
- Crecimiento de Grano: El grano recristalizado continúa creciendo a medida que aumenta la temperatura. El tiempo y la temperatura favorecen el aumento del tamaño de grano.
Conformado en Frío
El conformado en frío se realiza a una temperatura de trabajo inferior a la temperatura de recristalización (Tº trabajo < Tº recristalización). Una regla general es que la temperatura de trabajo es inferior al 42% de la temperatura de fusión absoluta (Tr = 0.42 Tf).
Efectos del Conformado en Frío
- Acritud: Aumento de la resistencia, dureza, límite elástico y disminución de la fragilidad. Este efecto puede ser deseado o no.
- Se requieren esfuerzos mayores.
- Las deformaciones obtenibles son menores que en caliente.
- En ocasiones, se requieren conformados sucesivos con tratamientos intermedios para eliminar tensiones residuales y la acritud.
- Se pueden obtener mejores acabados superficiales y tolerancias más estrictas.
Características del Conformado en Frío
- Se puede elevar ligeramente la temperatura para favorecer la ductilidad.
- Indicado para grandes producciones.
- Desarrollo creciente en la industria.
Ventajas del Conformado en Frío
- No se necesita aportar calor.
- Mejores acabados superficiales.
- Mejora la intercambiabilidad de piezas.
- Mejores características mecánicas.
- Menor problema de contaminación.
- Anisotropía, propiedades direccionales.
Inconvenientes del Conformado en Frío
- Requiere fuerzas elevadas, necesitando máquinas más potentes.
- La superficie de la preforma debe estar limpia.
- Aumento de la resistencia por deformación.
- Propiedades direccionales.
- Generación de tensiones residuales.
Forja
La forja es un proceso de conformación plástica en el que el material se somete a altas presiones. Puede ser un proceso continuo (prensas) o discontinuo (martillos). Las piezas pueden resultar acabadas o ser preformas para otras operaciones. Generalmente se realiza en caliente, pero también en frío para aumentar la dureza y resistencia. La acción combinada del calor y la mecánica permite:
- Reducción considerable de la sección.
- Modificación de la macroestructura (efecto fibra).
La forja en frío se aplica a metales que no conviene calentar por ser costoso o no deseable, o a piezas pequeñas que se enfrían rápidamente.
Forja Libre
Se emplean matrices abiertas, no se confina el flujo del material. Se realiza en caliente, el metal es golpeado por un martillo, y la forma deseada la obtiene el operario cambiando la posición de la pieza entre golpes.
Forja con Estampa (Forja de Precisión)
Las matrices controlan el flujo plástico del metal, la conformación es total y a veces se emplean expulsores.
- Estampa semicerrada: Se forma rebaba.
- Estampa cerrada: No se produce rebaba.
Suele realizarse por etapas con forjas intermedias.
Aplicaciones
Se pueden forjar piezas muy diversas en forma y tamaño. Se produce una estructura fibrosa favorable.
Características
- Tolerancias aceptables.
- Calidad superficial buena, que puede mejorar con un proceso adicional.
Forja por Recalcado
Forjado sin rebaba.
Aplicaciones
Cabezas de pernos, tornillos, válvulas.
Características
Depende de la lubricación y de que no se produzcan oxidaciones.
Forja en Frío
El material es comprimido dentro de la matriz que le confiere la forma deseada.
Aplicaciones
Mayor aprovechamiento del material, producción masiva.
Características
Excelentes propiedades mecánicas, buen acabado superficial.
Defectos en Forja
- Grietas y plegado: Zonas excesivamente trabajadas, materiales frágiles en caliente, o temperatura baja.
- Tensiones residuales: Se eliminan con un recocido.
- Falta de penetración: Cuando la deformación solo afecta a las capas superficiales.
- Pandeo: Cuando el diámetro/longitud > 3.
- Abarrilamiento: Por rozamiento se pueden originar grietas.
- Estructura de fibra: La ductilidad es inferior en la dirección transversal. Se evita con reducciones inferiores al 50-70% de la sección transversal.