Nuevas Tecnologías en Laminación y Extrusión

Análisis de Artículos :Detalle del refinamiento de grano por

deformación plástica severa: Un desafío en la ciencia.

Laminado

Es el proceso mas común en la industria.Casi el 80% de los metales que son producidos han sufrido algún proceso de laminación.

Durante deformaciones en caliente, la densidad de las dislocaciones aumenta en varios ordenes de magnitud.

Efectos de la temperatura de laminación y el porcentaje de deformación en la laminación.

• Los procesos de envejecimiento y recristalización son dependientes de la temperatura.

• El rango de recristalización aumenta con la temperatura.

• El efecto combinado de la temperatura y el porcentaje de laminación es expresado por el parámetro de Zener Hollomon:

°ε: Porcentaje de deformaciónQ: Energía de activación.R: Velocidad constante. T: Temperatura.

𝑧=° 𝜀 exp ( 𝑄𝑅𝑇 )

Relaciones entre el laminado y propiedades físicas

• A un mayor laminado aumenta la fuerza de tensión.• La ductilidad no presenta cambios

considerables con el laminado, sino mas bien con el tamaño de grano.• A mayor laminado, se presenta una

mayor dureza.

Las propiedades de un material laminado en caliente dependen de la evolución de su

estructura. La evolución de la estructura esta en función de los procesos de restauración y

recuperación (recristalización) que tienen lugar durante la deformación en caliente. Estos a su vez

depende de los parámetros estructurales del proceso de laminación en caliente (temperatura,

tensión, velocidad de deformación y el parámetro Zener Hollomon).

Refinamiento de grano, la distribución uniforme de las fases y la dispersión adecuada de partículas de segunda fase son consecuencias importantes del proceso de laminación en caliente.

Proceso de laminación en caliente

Análisis térmico de un proceso de laminado en caliente por método de

elemento finito y limite superior

•En el articulo se toca el tema de la importancia de la temperatura en el laminado en caliente, como sabemos sin temperaturas altas, no se podría llamar como tal laminado en caliente, por lo que se dieron a la tarea de analizar lo que pasa con la distribución de temperaturas durante el proceso de laminado en caliente y como es que afecta esto en la plasticidad de el material tratado.

Para poder llevar a cabo el análisis

Primero se propuso un sistema de trabajo el cual se dividió en 3, la primera parte en la cual solo esta caliente el metal antes de entrar al rodillo, la segunda es la parte central en la cual se lleva a cabo la deformación plástica, y la tercera en este caso es la lamina caliente después de salir del rodillo.

• Una vez divido el sistema, se procedió a trabajar en el, en las partes en que la lamina era plana, no hubo mayor problema ya que se puede considerar un sistema estático que se enfría con aire.

• Por otro lado la parte en la cual se deforma, se tubo que aplicar el método de elemento finito, para así, discretisar esa parte del sistema, en secciones de sección triangular, con base circular.

Resultando y concluyendo Que las propuestas de Avitzur son

bastante aproximadas y aplicables para determinar la distribución de temperaturas durante el proceso de laminado en caliente para aceros.

Antecedentes:• El tamaño de grano puede ser considerado como un factor clave microestructural que

afecta a casi todos los aspectos de la física y la mecánica.

• La mayoría de las propiedades mencionadas se benefician enormemente de la reducción de tamaño de grano, como es el uso de la deformación plástica severa (SPD) un principio que es tan antiguo como la metalurgia, Bridgman introdujo efectivamente las características definitivas del procesamiento SPD a principios del 1950.

• Los materiales procesados por SPD con ciertostamaños de grano son generalmente

referidos como materiales nanoSPD , aunque sólo estos últimos pueden ser considerados como nanoestructurado de acuerdo con la

definición convencional.

Deformación plástica severa (SPD):

actualmente definido como cualquier método de conformado de metales bajo una extensivapresión hidrostática que se puede utilizar para imponeruna muy alta presión en un sólido y sin laintroducción de cualquier cambio significativoen las dimensiones totales de la muestra y que tiene la capacidad de producir grano excepcionalmente refinado.

La tamaños de grano alcanzables se encuentran dentro de los nanómetros (100 - 1000 nm) y

rangos < 100 nm, pero hay un límite a temperatura ambiente, de acuerdo a las teorías de la

difusividad límite de grano; llegando a cierto valor crítico calculado, ya no se producirá ningún

endurecimiento por deformación.

• Carreker y Hibbard desde 1953 señalaron que la resistencia a la fluencia de cobre de alta pureza tiene beneficios considerablemente del refinamiento del grano y este efecto es más pronunciado a bajas temperaturas. También notaron que el efecto del tamaño de grano inicial se anula en tensiones más grandes de 0,1 y por eso el tamaño de grano tiene poco o ninguna influencia en la resistencia bajo carga monotónica.

• Gow y Cahn destacaron la importancia de la textura cristalográfica de la deformación y el comportamiento de recristalización de los metales y el efecto de los evolución de la textura de las propiedades resultantes.

• Langford y Cohen, Rack y Cohen demostraron en la década de 1960 que la microestructura de Fe- 0.003% C sometida a altas tensiones por trefilado era refinada hasta subgranos de rangos de tamaño de 200–500 nm, pero no se podía considerar un material procesado por SPD.

Teorías :

Modelos• El proceso de subdivisión de grano está representado por la

nucleación y propagación incompleta, produciendo desorientación entre los fragmentos del grano adyacente. El modelo de fragmentación de grano se basa en la idea de que los grano finos se logran a través de la formación de células de dislocaciones y acumulándose a través de los límites de grano de alto ángulo.

• Densidad de dislocaciones: comúnmente más aceptado, se basa en la idea de que una célula de dislocaciones, que se forma ya sea en las primeras etapas de la deformación plástica, se transforma poco a poco en granos finos, acumulándose células de dislocaciones desorientadas.

• Este tipo de modelo se remonta a Kocks y Mecking, quienes describieron el comportamiento de deformación de metales y aleaciones en términos de una sola variable interna: el total de la densidad de dislocaciones (ρ):

• ecuación de la cinética de dislocaciones:

L ,longitud característica de la estructura de la célula, por ejemplo, el tamaño de la celda, que determina el desplazamiento recorrido libre medio.

ko es una constante o una cantidad que varía lentamente y k2 es un mecanismo de parámetro fenomenológico dependiente sensible a velocidad de deformación y temperatura.

El modelo Kocks-Mecking ha tenido un gran éxito en proporcionar una descripción de las etapas II y III del endurecimiento por deformación. Sin embargo, una adecuada descripción de las etapas IV y V de endurecimiento por deformación, son predominantes en grandes esfuerzos y se requiere un representación más detallada de la población de dislocaciones y las interacciones de los límites de grano

Para después hacer ajustes y simulaciones para Cu, Al y Ti haciendo enfoque en el cálculo de la fuerza característica de los materiales procesados por ECAP Y HPT.

Análisis y conclusiones• Basado en el trabajo por el grupo de Ke Lu en el Instituto de

Investigación de Metales en Shenyang,. Se basa en deformación plástica dinámica (DPD), que implica altas velocidades de deformación, a menudo en combinación con una baja temperatura de deformación.

• Ambos efectos de la temperatura y de la velocidad de deformación se capturan en la magnitud del parámetro Z de Zener-Hollomon.

• Para el caso del Cu, los autores demostraron que la deformación inducida por el refinamiento del grano se ve favorecida por grandes valores de Z . Así, el tamaño transversa del grano fue mostrado para disminuir de 320-66 nm cuando ln Z se elevó de 22-66.

• Esto implica que un mecanismo totalmente diferente de refinamiento del grano funciona a grandes valores Z , CIZALLA ANILLADA ENTRE LÍMITES DE GRANO, pero a su vez produce un efecto dinámico Hall- Petch. Y de esa manera se acoplan los dos modelos, al grado de llegar a situaciones de distorsiones severas (o al grado de llegar a ser amorfo) de la red cristalina.

• ECAP: Presión en canal angular es la más alta tecnología de procesamiento. Es una simple deformación por esfuerzo cortante, cuando se introduce la palanquilla pasa a través del plano en el que los dos canales se encuentran a un ángulo de 90°. Las dimensiones de la sección transversal de la palanquilla se mantienen sin cambios, la cual se realiza repetitivamente dando lugar a la acumulación de muy grandes deformaciones.

• IECAP: Se reduce el esfuerzo de alimentación y se disminuye o elimina la fricción, permitiendo el procesamiento de piezas muy largas o que sea continuo.

• HTP: Torsión a alta presión. Se refiere al procesamiento evolucionado desde Yunques de Brigman, consiste en úna combinación de alta presión con esfuerzo de torsión (Gpa) para muestras pequeñas en forma de moneda (10-15mm de diam), la deformación por esfuerzo cortante en el eje de rotación debe ser cero, lo que aumenta linealmente en la dirección radial si la geometría de la pieza no cambia. Esto significa que el material cerca el eje de rotación de la muestra debe permanecer sin deformarse., sólo sirve para hacer investigación.