ENSAYO ERICHSEN.
Erichsen essay.
Camilo Gonzales Bolivar, Daniel Rodríguez Martínez, Juan David Salazar Castaño.
camilo.gonzalez4@utp.edu.co, daniel.rodriguez2@utp.edu.co, david.salazar1@utp.edu.co
Facultad de Tecnología, Ingeniería de Manufactura, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia.
Presentado a: Dr. Edwan Anderson Ariza Echeverri
I.
RESUMEN.
En este laboratorio se llevó a cabo el ensayo de embutido
Erichsen para evaluar el índice de embutición (IE) de
diferentes calibres de probetas de acero cold rolling. El
proceso se realizó en una máquina de ensayos de embutido,
donde la prueba finaliza cuando aparece la primera grieta o
fractura en la cima de la copa, que se supone es el área más
dura del material. Posteriormente se realiza la medición de
la profundidad de embutido y la dureza del material.Estas
mediciones se realizaron para poder determinar las
características mecánicas del material frente a la
deformación plástica.
También se hacen unos análisis en un software
computacional para cada calibre de chapa de esta manera
comparar los resultados obtenidos en el laboratorio con los
que nos muestre el programa.Se tiene en cuenta los
parámetros principales como la velocidad de embutido y el
desplazamiento real.
PALABRAS CLAVE.
Embutido, chapa metálica, ensayo Erichsen, lámina, acero
ABSTRACT.
The drawing process was carried out in this laboratory,
developing the Erichsen test to evaluate the drawing
index of different calibers of steel specimens. The process
was carried out in a stuffing testing machine, where the
test ends when the first crack or fracture appears at the
top of the cup, which is supposed to be the hardest area of
the material. Subsequently, the depth of drawing and the
hardness of the material are measured. These
measurements were made in order to determine the
mechanical characteristics of the material against plastic
deformation.
Some analyzes are also made in a computer software for
each sheet gauge in this way to compare the results
obtained in the laboratory with those shown by the
program. The main parameters such as the speed of
stuffing and the real displacement are taken into account.
KEYWORDS.
Inlay, sheet metal, Erichsen test, sheet, steel
II.
OBJETIVOS.
OBJETIVO GENERAL.
Realizar el ensayo Erichsen a chapas metálicas de diferente
calibre (18, 20, 22) con el fin de conocer el
comportamiento del material respecto a su conformabilidad
para un embutido.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
●
Entender los conceptos básicos relacionados
con el proceso de embutición en este caso en
lámina y realizar ensayos.
●
Determinar el comportamiento de las chapas
según su espesor.
●
Comprender la correlación de parámetros que
afectan a cada chapa de diferente calibre
(espesor).
III.
INTRODUCCIÓN
El ensayo de embutido Erichsen es un método
comúnmente utilizado en la industria para evaluar la
ductilidad de los materiales metálicos. Este ensayo se basa
en la deformación plástica que se produce cuando se aplica
una carga axial a una lámina de metal, y se mide la
profundidad de la copa formada en la lámina. El índice de
embutición (IE) se calcula dividiendo la profundidad de la
copa por el grosor inicial de la lámina, lo que proporciona
una medida de la capacidad de una lámina de metal para
ser embutida en formas complejas sin agrietarse o
romperse.
La ductilidad es una propiedad importante de los
materiales metálicos, ya que determina su capacidad para
ser deformados sin romperse. Los materiales con alta
ductilidad son deseables en la fabricación de componentes
de alta precisión, ya que pueden ser deformados en formas
complejas sin agrietarse o romperse. El ensayo de
embutido Erichsen es una técnica importante para evaluar
la ductilidad de los materiales metálicos y es ampliamente
utilizado en la industria para garantizar la calidad de los
productos.
En el siguiente informe se detalla el proceso de ensayo de
embutido Erichsen, el cual se realizó utilizando probetas de
acero cuadradas de diferentes calibres. Además, se
describirán las medidas de profundidad de embutido
obtenidas, así como las durezas tipo Leeb obtenidas por
medio de un durómetro portátil en varias zonas de la
superficie de la probeta.
IV.
1.
MARCO TEÓRICO.
Láminas metálicas.
En los trabajos metalmecánicos, la lámina de acero es un
recurso recurrente. Esta hoja metálica cuenta con un
espesor que normalmente no supera ¼ de pulgada, aunque
las piezas más gruesas se conocen como planchas o chapas
y las más finas como papel metálico. Los valores de
espesor para láminas y chapas suelen estar estandarizados
y documentados en tablas, tal como se muestra a
continuación. La lámina se emplea frecuentemente en
procesos industriales diversos debido a sus innumerables
aplicaciones.
2.
Índice de embutición Erichsen (IE) o
profundidad de la copa formada
(profundidad de embutido o penetración
del punzón, en mm).
El IE se convierte en la variable más importante dentro
de los resultados y reportes de este ensayo y
corresponde al máximo desplazamiento alcanzado por
la punta de la copa (hasta la rotura del material).
Indirectamente, el IE es una predicción del
comportamiento del material a tomar formas por
procesos de estampado y embutido. Este ensayo es
considerado un ensayo crítico, con el cual se busca
realizar un estiramiento de la región entre el punzón y
la zona restringida, comúnmente llamada pared de
forma. En esta zona se presenta una solicitación
biaxial en tracción hasta que ocurre una reducción
drástica en el espesor de la lámina y su consecuente
rotura.
3.
Conformabilidad de los materiales.
La conformabilidad de un material se refiere a la capacidad
de este para ser moldeado o conformado en diferentes
formas y tamaños sin romperse ni distorsionarse. La
conformabilidad está determinada por la resistencia del
material a la deformación y su capacidad para recuperar su
forma original después de ser moldeado. Los materiales
que tienen una buena conformabilidad son más fáciles de
trabajar y pueden ser utilizados en una amplia variedad de
aplicaciones, incluyendo la fabricación de piezas metálicas,
plásticas y cerámicas utilizadas en la industria
manufacturera. La conformabilidad es uno de los factores
clave a considerar al seleccionar un material para una
aplicación específica.
4.
Fractura del material.
La zona de rotura de los materiales es el punto donde se
produce la fractura del material debido a la aplicación de
una carga externa. Este punto puede variar dependiendo del
tipo de material y la intensidad de la carga aplicada.
Algunos materiales pueden presentar diferentes tipos de
fractura, por ejemplo, fractura por tensión, por compresión,
por flexión o por corte, y en cada caso la zona de rotura
será diferente. Además, la rotura puede ser frágil o dúctil,
es decir, el material puede romperse de manera repentina o
presentar deformación antes de romperse.
Tabla 1. Calibres de lámina
La identificación y el estudio de la zona de rotura es
importante en el diseño y la construcción de estructuras y
componentes, ya que permite prever y evitar posibles fallos
o accidentes.
importante para determinar la capacidad de estiramiento y
embutición del material.
Fig 3. Esquema detallado del ensayo de embutición.
Fig 1. Zona de rotura en ensayo Erichsen.
5.
Ensayo Erichsen.
El ensayo de embutición Erichsen/Olsen se utiliza para
calcular la profundidad de penetración del punzón y su
fuerza en el momento que aparece la grieta. El valor
obtenido corresponde a la distancia recorrida por el punzón
hasta que se forma la grieta. Es necesario realizar al menos
tres ensayos y se toma el promedio aritmético h, expresado
en milímetros.
El ensayo cumple con las normas ISO 20482 / ASTM
E643 y consiste en sujetar la probeta (azul) entre dos
matrices (gris). Luego, un punzón (rojo) deforma la
muestra hasta que aparece una grieta.
El ensayo Erichsen puede ser utilizado en diferentes
materiales como acero, aluminio, cobre y otros metales.
También es utilizado en la industria automotriz para medir
la capacidad de los materiales de los componentes de la
fabricación de los vehículos.
V.
●
●
●
●
●
●
VI.
1.
MATERIALES.
Pie de rey.
Prensa hidráulica.
Punzón.
Matriz.
Láminas CR18, CR20 y CR22 de 75x75mm.
Profundimetro digital.
PROCEDIMIENTO.
Preparación de probetas.
En primer lugar, se cuenta con tres probetas cuadradas de
75x75 mm de tamaño. Sin embargo, también es posible
utilizar probetas circulares en el ensayo. Luego, se emplea
un micrómetro digital de alta precisión con una resolución
de 0,001 mm para confirmar que el espesor de las probetas
se encuentre dentro del rango entre 0,2 y 2 mm.
Adicionalmente, se verifica que la superficie de las
probetas no presente signos de oxidación..
Fig 2. Diagrama ensayo Erichsen.
Cuando se realiza el ensayo, se debe tener en cuenta la
deformación del material, ya que ésta es una característica
Fig 6. Máquina de ensayos de embutido.
Fig 4. Probetas para realizar ensayo Erichsen.
Para llevar a cabo la prueba, se comienza por preparar las 3
probetas que son de diferentes calibres (18, 20, 22), siendo
el calibre 18 el más grueso y el calibre 22 el más delgado.
2.
La prueba se repite para cada una de las probetas,
comenzando por la de calibre 18 y avanzando hacia las de
calibre 20 y 22. Al finalizar la prueba, se analizan los
resultados y se evalúa la calidad del material.
Realización de ensayo Erichsen.
Una vez preparadas las probetas, se colocan en la máquina
de ensayos de embutido y se aplica una carga gradual sobre
ellas mediante un punzón esférico. A medida que se aplica
la carga, la probeta comienza a deformarse, la presión
ejercida por la máquina puede observarse mediante un
manómetro (kp/cm^2 ) donde se observará que la presión
variará según el espesor de la probeta.
3.
Profundidad de la deformación.
Después de tener listas las probetas con el ensayo realizado
se procede a medir la profundidad y la altura de la
deformación con un profundímetro digital para conocer su
deformación en la rotura del material.
Fig 5. Máquina de ensayos de embutido.
Fig 7. Profundimetro digital.
5.
4.
Toma de muestras de metalografía.
Medición de durezas de las probetas.
Como paso siguiente se hará una toma de dureza en 3
zonas diferentes del material, esto se hará para cada una de
las 3 probetas, se utilizó un durómetro portátil donde en
este caso se utilizó la escala HL, que es específica para
materiales metálicos delgados como lo son las chapas del
ensayo. Se hicieron 5 tomas de dureza por cada región de
la probeta ya que durómetro saca un promedio de esas 5
tomas, su valor máximo y mínimo. Las 3 zonas donde se
hicieron la toma de medidas fueron la región de rotura del
material (el punto más alto de la deformación - rectángulo
rojo), una región opuesta a la zona de rotura del material
(rectángulo azul) y la zona plana donde no hubo
deformación plástica de la chapa (rectángulos negros).
Fig 8. Toma de durezas en 3 diferentes regiones de la probeta.
Para comenzar con la toma de muestras de metalografía,
primero se harán 2 cortes en cada probeta donde por
probeta nos saldrán 2 tipos de muestras. El primer corte
será en la zona plana donde no hubo deformación plástica
del material y el segundo corte será en la zona de rotura de
material, es decir en la zona donde hubo deformación
plástica del material, este corte se hará con mucho cuidado
sin hacerle mucha fuerza a la chapa para no afectar mucho
la zona de rotura.
En la siguiente imagen se señalará con un círculo la zona
de rotura del material donde se hizo el corte para dicha
región y con un círculo la zona plana donde no hubo
deformación del material.
Fig 10. Secciones recortadas a las probetas para realizar la toma
metalográfica.
Teniendo las 6 muestras de las probetas (2 por cada tipo de
calibre) se procede a embaquelarlas, (este proceso se hace
con una máquina brindada por la universidad la cual
trabaja mediante calor y presión) esto debido a que las
muestras son muy pequeñas y por ende se dificultará la
preparación metalográfica de las mismas.
Fig 9. Toma de durezas en la región plana del material
Fig 11. Probeta embaquelada.
Después de tener las probetas listas en baquelita comenzará
la parte de preparar la muestra para el análisis
metalográfico, en el cual se lijó utilizando lijas 220, 400,
600, 1000, 1200 y se pulió la superficie con paños de
pulido y aluminas en polvo de 5, 1 y 0,3 micras
respectivamente.
En este caso la reducción en el espesor en la parte superior
del domo es de 0,759 mm, representando el 14,3 %.
Por último la realización de la metalografía, con las
muestras preparadas (ataque con nital 5%), se procede con
el análisis en el microscopio óptico (brindado por la
universidad), para obtener imágenes detalladas y una mejor
comprensión de la estructura interna del material.
Fig 13. Dimensiones de embutido probeta calibre 20.
●
Calibre 22.
La reducción en el espesor en la parte superior del domo es
de 0,491 mm, representando el 31 % aproximadamente.
Fig 14. Dimensiones de embutido probeta calibre 22.
Profundidad total 9,46+0,711 = 10,171.
2.
Fig 12. Microscopio óptico.
VII.
RESULTADOS.
1.
●
Índice de embutición Erichsen (IE)
Dimensiones
embutido.
Calibre 18.
de
la
profundidad
del
Las dimensiones obtenidas muestran que hay una
reducción en el espesor de la probeta en la zona máxima
del domo con una dimensión de 1,215 mm lo cual
representa el 2,4% aproximadamente del espesor original
Gráfico 1. Gráfico del índice de embutición (IE).
Fig 13. Dimensiones de embutido probeta calibre 18.
●
Calibre 20.
Como se puede apreciar en la gráfica se encuentra que para
la altura de domo de cada calibre respecto a lo que es su
espesor se puede encontrar una ecuación que determina la
función de esos puntos, entonces para un espesor mayor la
deformacion será mayor.De esta manera se establece el
índice EI.
Ejemplo.
Si a una lámina de espesor 5 mm se le hace el ensayo y se
mide debe dar aproximadamente igual si se realiza con la
ecuación y = 2,801x+7,42 el resultado sería una
deformación a la copa de 8,82 aproximadamente para su
rotura.
Probeta calibre 18.
Una vez claro cómo influye el espesor del material y
considerando la ecuación, si se desea realizar un proceso
de embutido sin llegar a la rotura del material se debe
establecer la totalidad de profundidad hasta la copa y con
ello definir un espesor de lámina.
Otro parámetro a considerar es que el resultado real sería
un porcentaje menor al total que nos de la ecuación, un
90% considerando que la pendiente de la recta es 0,9.
Con lo anterior mencionado se puede minimizar la
cantidad de material y llegando a un resultado bueno,
teniendo en cuenta el IE para el mismo material.
3.
Tabla 2. Datos de dureza en HL para chapa calibre 18.
Probeta calibre 20.
Dureza.
La dureza se toma en dureza Leeb el cual es un método de
resiliencia. Esto significa que, para determinar el valor de
dureza de una probeta, se mide la velocidad de un cuerpo
de impacto antes y después del impacto. La relación entre
la velocidad de impacto y la velocidad de rebote es la
medida de la dureza Leeb dinámica de la probeta.
Después de que se lleva a cabo el proceso de embutición,
se toman medidas de la dureza de todas las probetas. Estas
medidas se toman en la zona deformada y en la zona no
deformada. El objetivo de esta evaluación es determinar si
al deformarse, el material gana tanta dureza como para
endurecerse debido al movimiento de las dislocaciones en
la estructura cristalina.
Por lo general, se espera que el material sea más duro en la
zona deformada que en la no deformada. Esto se debe a
que el proceso de embutición hace que el material se
deforme y compacte, lo que conduce a un aumento en la
densidad de las dislocaciones en la estructura cristalina del
material. Estas dislocaciones son responsables de la dureza
del material.
En última instancia, la evaluación de la dureza del material
después de la embutición permite identificar las
propiedades del material y determinar si cumplen con los
requisitos necesarios para su uso en aplicaciones
específicas. Además, esta información es fundamental para
mejorar los procesos de producción y desarrollar nuevos
materiales con propiedades mejoradas.
DATOS:
Tabla 3. Datos de dureza en HL para chapa calibre 20.
Probeta calibre 22.
En relación a la probeta 22, se encontraron valores en la
dureza que difieren de los esperados. Esto puede deberse a
la presencia de una anisotropía en los granos, lo que se
traduce en una mayor dureza en la zona no deformada. Una
posible causa de este efecto sería la deformación generada
durante el proceso de laminación en frío (acritud) , el cual
endurecerá el material. Es posible, entonces, que durante el
ensayo de embutición, se produzca una refinación de los
granos y, en consecuencia, una disminución de la dureza.
Tabla 4. Datos de dureza en HL para chapa calibre 22.
Índice de embutición Erichsen (IE) o profundidad
de la copa formada (profundidad de embutido o
penetración del punzón, en mm).
4.
Presión máxima.
Cuando se realizaron las pruebas del ensayo Erichsen en la
máquina de embutido, esta cuenta con un manómetro el
cual da las lecturas de presión ejercidas sobre las chapas
para poder deformarlas. Como se mencionó anteriormente
en la sección del procedimiento, las unidades de este son
kp/cm^2.
●
Calibre 18.
Fig 16. Presión máxima para chapa calibre 20.
●
Calibre 22.
Fig 15. Presión máxima para chapa calibre 18.
Fig 17. Presión máxima para chapa calibre 22.
●
Calibre 20.
Como era de esperarse podemos ver que la chapa o
probeta metálica que necesito más presión para
deformarse fue la de calibre 18 ya que está posee un
espesor mayor (1.245 mm) que las otras dos chapas.
La segunda en requerir más presión fue la chapa de
calibre 20 con un espesor de de 0.889 y por último la
chapa de calibre 22 fue la que necesito menos presión
ya que esta tiene un espesor de 0.711 mm y es la de
menor espesor entre las 3 chapas a las cuales se les
hizo el ensayo Erichsen.
CALIBRE
ESPESOR
(mm)
ESPESOR
(in)
18
1.245
0.049
20
0.889
0.035
22
0.711
0.028
Tabla 5. Calibres de las láminas trabajadas en el Ensayo
Erichsen.
5.
Simulación en DEFORM 3D.
Fig 19. Daño en la lámina calibre 18.
CALIBRE 18.
Se emplearon 15,199 elementos y 4,911 nodos para el
calibre 18 de 0.8 mm/s y una distancia de desplazamiento
del punzón de 10.93 mm. El coeficiente de fricción entre los
elementos fue de 0.8 debido a la sujeción con fuerza. Para la
simulación se utilizó acero 1006. Se realizaron 100 pasos
con 5 iteraciones para su almacenamiento.
En relación al daño, se observa que no existen
indicadores significativos de deterioro o fractura. La
figura muestra un nivel mínimo de daño en su
totalidad.
Graf. Desplazamiento del punzón.
Fig 18. Esfuerzo de la lámina calibre 18 (1,245 mm).
La simulación muestra claramente los puntos de
mayor tensión experimentados por el material durante
la deformación, los cuales están distribuidos en toda la
zona afectada por el proceso de embutición de la
lámina. Estos puntos de alta tensión resultan en una
tensión máxima alcanzada de 575 MPa, sin embargo
no llega a la deformacion en esa zona máxima
mostrada en las figuras 18 y 19, en este caso con los
mismos parámetros de la prueba real, con un
desplazamiento correspondiente para cada lamina en la
prueba del ensayo erichsen realizado en labboratorio.
La gráfica del desplazamiento del punzón muestra una
relación lineal, lo que indica que la carga aplicada es
proporcional al desplazamiento del punzón. Además,
se observa un punto de carga máxima en las
coordenadas (12.0, 9.6) de la gráfica.
Fig 21. Esfuerzo de la lámina calibre 20.
Gráfica. Carga cuando el punzador recorre 9,6 mm.
CALIBRE 20 ( 0,885 mm).
En la simulación se emplearon un total de 97680
elementos y 32560 nodos para el calibre 20 de 0.8
mm/s y un desplazamiento del punzón de 9,83 mm. Se
aplicó un coeficiente de fricción de 0.8 entre los
elementos debido a la sujeción con fuerza. Para la
simulación se utilizó acero 1006 como material. Se
realizaron 100 pasos con 5 iteraciones para su
almacenamiento posterior.
En la lámina de calibre 20, se observa una distribución
de tensiones más uniforme en la zona de deformación
en comparación con la lámina de calibre 18, que
mostraba una distribución más inconsistente. En esta
área de deformación, se alcanzó una tensión de 554
MPa, indicando una carga significativa en la lámina.
Gráfico 2. Desplazamiento vs carga requerida para la
deformación.
Fig 20. Daño en la lámina calibre 20.
Se observaron índices significativos de daño en la
lámina durante el ensayo en la zona de deformación
pero sin llegar al deterioro o fractura.
Fig 22. Distancia recorrida del punzón en la chapa calibre
20.
CALIBRE DE 22 (0,711 mm).
En la simulación de la chapa de calibre 22 (0,711
mm). Para la simulación se empleó acero 1006 cómo
se utilizó también para las simulaciones anteriores del
calibre 18 y 20. Se realizaron en esta simulación se
realizaron 200 pasos con 18306 elementos y 6411
nodos.
Fig 23. Esfuerzo de la lámina calibre 22.
Como era de esperarse se presenta la tensión máxima
en la zona donde hubo la fractura del material en la
práctica. Se observa que esta tensión alcanza un valor
de 556 MPa lo cual es una carga muy grande para esta
lámina.
Fig 24. Daño en la lámina calibre 22.
Se observa que los índices de daño son inferiores en la
zona de deformación en comparación con las otras
láminas. Esto sugiere una menor resistencia a la
deformación y, por lo tanto, una mayor resistencia a la
fractura debido a una restricción más notable.
Fig 25. Distancia recorrida del punzón en la chapa calibre
22.
En los análisis anteriores se les aplicaron el
desplazamiento real del ensayo erichsen sin embargo
en el próximo se le aumentó el desplazamiento a 14
mm.
Finalmente se hacen unos análisis con un acero de
mayor contenido de carbono AISI 1015, sin embargo
el porcentaje de elongación es menor para el acero de
mayor contenido de carbono lo que quiere decir que es
menos dúctil que el acero 1006, también hay que
resaltar que el acero al cual se le realizó el ensayo en
laboratorio no se le conocen sus especificaciones
técnicas como el contenido de carbono y el porcentaje
de aleantes no deseados como impurezas, y en efecto
la oxidación en los aceros hacen que esas propiedades
varían a lo que tiene establecidas como parámetros del
software…
Fig 27. Esfuerzo de la lámina calibre 22 de Acero AISI
1015.
Tabla 6 . Propiedades de los materiales.
Se realizó un cambio de material a acero AISI 1015 en
el ensayo, con 200 pasos y 5 para guardar. La
velocidad de deformación utilizada fue de 0,8 mm/s, y
se aplicó un coeficiente de fricción de 0.8 entre las
bases y la pieza. El calibre utilizado en este caso fue el
calibre 22
Fig 28. Distancia recorrida del punzón en la chapa calibre 22
de acero AISI 1015.
Fig 28. Daño en la lámina calibre 22 de acero AISI 1015.
Fig 31. Daño en la chapa calibre 22 de acero AISI 1035.
Fig 29. Fuerza aplicada vs distancia recorrida por el punzón
en la chapa calibre 22 de acero AISI 1015.
Fig 32. Fuerza aplicada vs distancia recorrida por el punzón
en la chapa calibre 22 de acero AISI 1035.
6.
Muestras metalográficas.
Micrografías de la zona plana del material.
Fig 30. Prueba con un acero 1035 a 0,8 mm/s Daño en 14
mm de profundidad total de la lámina calibre 22.
En el análisis metalográfico de la probeta calibre 18
para la zona plana del material o zona donde no hubo
deformación plástica se pueden sacar varias
conclusiones y es que primeramente la probeta no fue
atacada correctamente ya que en la micrografía se
puede apreciar como esta fue quemada al punto de que
no se logran apreciar los límites de grano o los granos.
Gracias a esto no se puede diferenciar la estructura
cristalina del material y su respectiva fase. Se llegó a
la conclusión de que el nital a una concentración del
5% es un atacante muy fuerte y cuando este se puso en
contacto con la probeta, el tiempo fue largo y este
quemó la probeta.
Fig 35. Muestra metalográfica de la zona plana a 500X de
aumento - probeta calibre 18.
●
Fig 33. Muestra metalográfica de la zona plana a 500X de
aumento - probeta calibre 18.
Micrografías de la zona de rotura del material.
Para la zona de rotura del material de la probeta
calibre 18 se puede apreciar en la muestra
metalográfica una alta concentración de fase ferrítica y
también se pueden observar granos alargados. Pese a
que en la muestra metalográfica se ven algunas rayas,
esto no afectó al reconocimiento del tipo de estructura
cristalina. Las rayas que se ven, se puede decir que
están ahí por una mala preparación al momento de lijar
o pulir. También se ve en la muestra a 500X de
aumento que los límites de grano estaban comenzando
a tener una tonalidad oscura, esto se debe a que el nital
al 5 % estaba empezando a quemar la muestra pero se
logró retirar a tiempo.
Calibre 20.
Micrografías de la zona plana del material.
En la zona plana del material para la probeta de calibre
20 se pueden observar granos de ferrita los cuales se
reconocen por su color claro pero también se puede
apreciar como los límites de grano se encuentran en
una tonalidad mucho más oscura, esto lo podemos
deducir a que la probeta estuvo expuesta al ataque con
nital de 5% mucho tiempo, dándole así esta tonalidad
oscura o como se conoce también, la probeta estaba
siendo quemada. Además en el aumento de 500X
podemos observar óxido en la probeta esto debido a un
mal secado de la misma y como se mencionó
anteriormente quemaduras que fueron provocadas por
el ataque con nital al 5%.
Fig 36. Muestra metalográfica de la zona plana a 200X de
aumento - probeta calibre 20.
Fig 34. Muestra metalográfica de la zona plana a 200X de
aumento - probeta calibre 18.
●
Calibre 22.
Micrografías de la zona plana del material.
Fig 37. Muestra metalográfica de la zona de plana a 500X de
aumento - probeta calibre 20.
Micrografías de la zona de rotura del material.
Para la zona de rotura del material, en la muestra
metalográfica se puede apreciar una alta concentración
de una estructura cristalina ferrítica. Esta estructura es
fácilmente distinguible en la muestra metalográfica
debido a su coloración clara y uniforme. El acero
ferrítico tiene una elevada resistencia a la corrosión y a
la oxidación, lo que lo hace un material muy adecuado
para componentes expuestos a condiciones severas en
ambientes húmedos o en contacto con sustancias
químicas. Por ende podemos deducir que este acero es
un 1020 CR 20.
En la zona plana o zona donde no hubo deformación
plástica del material se puede evidenciar que este
acero está compuesto mayormente por una fase ferrita
ya que está fase se evidencia fácilmente porque
presenta una coloración clara y uniforme tal cual como
se mencionó anteriormente en el análisis de la probeta
calibre 20, también podemos distinguir la presencia de
granos de ferrita ya que está se presenta en forma de
bloques poligonales y estos suelen ser más grandes
que los austeníticos y martensíticos. Por ende podemos
deducir que este acero de calibre 22 puede ser un acero
1020 CR 22, o bien conocido también como un acero
de bajo carbono o acero dulce.
Fig 40. Muestra metalográfica de la zona de plana a 200X de
aumento - probeta calibre 22.
Fig 38. Muestra metalográfica de la zona de rotura a 200X
de aumento - probeta calibre 20.
Fig 41. Muestra metalográfica de la zona de plana a 500X de
aumento - probeta calibre 22.
Micrografías de la zona de rotura del material.
Fig 39. Muestra metalográfica de la zona de rotura a 500X
de aumento - probeta calibre 20.
Se puede observar como los granos ferríticos se ven
más grandes en la zona deformada por lo tanto se
puede concluir que el material se distorsiona en todas
las direcciones y de esta manera hace que el grano se
expanda. Cuando se deforma un metal, los granos
individuales se someten a esfuerzos y tensiones que
pueden provocar la rotura de los enlaces entre los
átomos de la red cristalina. Estos enlaces rotos se
vuelven a formar, pero a menudo en posiciones
ligeramente diferentes, lo que puede provocar un
cambio en el tamaño y la orientación de los granos.
Además, la deformación del metal puede provocar la
creación de nuevos granos con orientaciones y
tamaños diferentes que se forman para aliviar las
tensiones acumuladas. En resumen, la deformación del
metal puede provocar cambios en el tamaño y la
orientación de los granos debido a la rotura y
formación de enlaces atómicos y la creación de nuevos
granos para aliviar la tensión.
Fig 42. Muestra metalográfica de la zona de rotura a 500X
de aumento - probeta calibre 22.
VIII.
CONCLUSIONES
Durante el ensayo de embutido Erichsen se pudo
observar que el espesor de las láminas de metal tuvo
una influencia significativa en su conformabilidad y
capacidad para deformarse. En este ensayo, se observó
que las probetas de acero cuadradas con mayor calibre
tienen una menor capacidad de deformación y
embutido en comparación con las de menor calibre. Se
observó que la probeta de calibre 18 soportó una
profundidad de penetración mucho mayor antes de la
rotura en comparación con las otras dos probetas
evaluadas.
Durante el ensayo de embutido Erichsen, se pudo
observar que la dureza de la lámina presenta un
comportamiento heterogéneo a lo largo de la superficie
de la probeta. En este sentido, se identificó que la zona
de mayor dureza se encuentra en la zona de rotura de
la lámina, mientras que las zonas más cercanas a esta
presentan un aparente alivio de tensiones y por tanto
una menor dureza. Esto indica que la lámina
experimenta una redistribución de tensiones a medida
que se va deformando, lo que puede tener
implicaciones en su comportamiento mecánico y en su
capacidad para soportar cargas en diferentes zonas de
la estructura. Por lo tanto, se recomienda considerar
este comportamiento heterogéneo de la dureza en la
selección y diseño de láminas para diferentes
aplicaciones industriales
El índice de conformabilidad de un material es
importante en la industria porque ayuda a determinar
la capacidad del material para ser deformado sin sufrir
fracturas o fallas. El ensayo de Erichsen es una prueba
comúnmente utilizada para medir esta propiedad.
Conocer el índice de conformabilidad de un material
permite seleccionar el material adecuado para un
proceso de formación específico, lo que puede mejorar
la eficiencia en la producción y reducir los costos.
Además, la información obtenida a través de esta
prueba también puede ser utilizada para mejorar la
calidad del material utilizado en los productos finales,
lo que puede aumentar la satisfacción del cliente y, a
su vez, la rentabilidad del negocio
El tamaño de grano de un metal afecta su resistencia
de varias maneras. En general, los metales con granos
más pequeños son más fuertes y resistentes que los
metales con granos más grandes. Esto se debe a que
los granos pequeños ofrecen una mayor cantidad de
barreras para el movimiento de los átomos de metal, lo
que dificulta que la deformación de la estructura
cristalina se propague por todo el material.
Además, los granos más pequeños también tienen
menos defectos y áreas debilitadas, lo que significa
que son menos propensos a fallas y roturas bajo carga.
En contraste, los metales con granos más grandes
tienden a ser más blandos y menos resistentes, lo que
los hace más propensos a sufrir deformación y fallas
mecánicas.
Otro aspecto importante es la anisotropía. Los cristales
de algunos metales pueden ser fuertes y resistentes en
una dirección y débiles en otra. Por lo tanto, la
orientación de los granos en una muestra de metal
también puede afectar su resistencia mecánica.
En términos de la velocidad de conformación se debe
tener en cuenta que la velocidad de conformación de
un metal durante el proceso de fabricación puede
influir en la rotura del material. Si la velocidad es
demasiado rápida, pueden ocurrir fallas en las
estructuras internas del metal, lo que puede provocar
roturas o agrietamientos. Por otro lado, si la velocidad
es demasiado lenta, puede haber una acumulación de
tensiones, lo que también puede provocar la rotura del
metal. Por lo tanto, es importante encontrar la
velocidad adecuada de conformación para garantizar
que el metal no se rompa durante el proceso de
fabricación. Además, la selección adecuada de los
parámetros del proceso también puede ayudar a
minimizar el riesgo de rotura del metal.En este caso la
máquina viene definida con un valor estandarizado por
su diseño.
DEFORM.
Para que exista una correcta congruencia entre las
simulaciones y el ensayo real se deben tener bien
claros los parámetros como lo son la velocidad de
conformado, el material, el coeficiente de fricción que
aumenta al estar sujetado con una presión, por lo que
en las simulaciones realizadas se hicieron con el fin de
ver los comportamientos con diferentes materiales,
1006, 1015 y 1035 en los cuales sí presentan una
deformación similar a lo que sucedió en el ensayo de
laboratorio, sin embargo esto ocurrió en los dos casos
en donde se cambiaron los materiales y el
desplazamiento hasta 14 mm el cual excede a lo que
corresponde la lámina de calibre 22 que fue en la
metrología de 11,2 aproximadamente, sin embargo las
medidas pueden tener una incertidumbre el momento
de tomarlas.
RESEÑA DEL ARTÍCULO “INFLUENCE OF
ANNEALING TREATMENT ON FORMABILITY
OF COLD ROLLED AA5754 ALUMINUM
ALLOY SHEETS”
El artículo seleccionado se titula "Influence of
Annealing Treatment on Formability of Cold Rolled
AA5754 Aluminum Alloy Sheets" y fue publicado en
la revista Materials Science Forum en el año 2019.
El estudio se centró en evaluar la influencia del
tratamiento de recocido en la conformabilidad de
láminas de aleación de aluminio AA5754 laminadas
en frío mediante el ensayo de embutido Erichsen. Los
autores utilizaron tres condiciones de tratamiento
térmico de recocido para preparar las láminas y
realizaron ensayos de embutido para evaluar su índice
de embutición y profundidad de embutido.
Los resultados mostraron que el tratamiento de
recocido mejoró la conformabilidad de las láminas, lo
que se reflejó en un aumento en el índice de
embutición y en la profundidad de embutido. Los
autores también observaron una correlación entre la
microestructura y las propiedades de formación,
indicando que la conformabilidad mejoró debido a la
presencia de un tamaño de grano más fino y una
distribución más uniforme de la microestructura.
El estudio destacó la importancia del tratamiento
térmico en la conformabilidad de láminas de aleación
de aluminio AA5754 y demostró la utilidad del ensayo
de embutido Erichsen para evaluar la conformabilidad
de los materiales mediante la deformación plástica.
Comparación
En ambos casos se utiliza el ensayo de embutido
Erichsen para evaluar las características mecánicas de
los materiales metálicos frente a la deformación
plástica. En el artículo se investigó el efecto del
tratamiento térmico en la conformabilidad de láminas
de aleación de aluminio, mientras que en el informe se
llevó a cabo el ensayo de embutido Erichsen para
evaluar el índice de embutición (IE) de diferentes
calibres de probetas de acero cold rolling.
Aunque ambos estudios utilizan el ensayo de embutido
Erichsen, el artículo se enfoca en la influencia del
tratamiento térmico en la conformabilidad de las
láminas, mientras que en el informe se centra en el
comportamiento de deformación de los diferentes
calibres de láminas durante el proceso de conformado.
Además, el informe incluye análisis más detallados de
la morfología de la superficie y la microestructura del
material después del proceso de conformado, mientras
que el artículo se centra en la medición de la
profundidad de embutido y la dureza del material.
Ambos artículos utilizan el ensayo de embutido
Erichsen para evaluar la deformación plástica de los
materiales metálicos, pero se centran en diferentes
aspectos de la conformabilidad y el comportamiento
de deformación