En el mundo de la fabricación de metales, comprender las propiedades del proceso de los materiales de chapa metálica de uso común es esencial para lograr resultados de alta calidad. A lo largo de mi experiencia en la industria, he aprendido que cada material ofrece características únicas que afectan a todo, desde... formando y cortando a soldadura y acabado. En este artículo, exploraré estas propiedades, destacando cómo influyen en los procesos de fabricación. Tanto si es un profesional experimentado como si es nuevo en el sector, comprender mejor estos materiales le permitirá tomar decisiones informadas y mejorar el éxito general de sus proyectos.

Además de la forma y precisión de la pieza a procesar y del equipo estructural disponible, el procesamiento de la pieza también está estrechamente relacionado con el material utilizado. Por lo tanto, es fundamental analizar y comprender las propiedades de procesamiento de los diferentes materiales, que son fundamentales para el proceso de fabricación de piezas de chapa metálica y el desarrollo de las especificaciones de producción. 

Propiedades del proceso del acero estructural al carbono ordinario

En general, las piezas de chapa metálica se fabrican con acero estructural al carbono común (p. ej., Q195, Q215, Q235, etc.) y acero estructural al carbono de alta calidad (p. ej., 08, 10F, 20, etc.), que son los más utilizados. Existen pocas restricciones para el conformado, salvo que el aumento de espesor está limitado por la velocidad de deformación y el calentamiento por el límite superior de temperatura. 

En el procesamiento de material de placa más grueso, con el fin de aumentar el grado de deformación del material de la placa, reducir la resistencia a la deformación del material de la placa, más con el conformado en caliente o calentamiento parcial del embutido profundo en blanco y el proceso de conformado, pero debe evitarse el calentamiento en ciertas zonas de temperatura, como el acero al carbono calentado a 200 ~ 400 ℃, debido al efecto de envejecimiento (inclusiones en forma de precipitación en la precipitación de la superficie de deslizamiento del límite de grano) para reducir la plasticidad, la resistencia a la deformación aumenta, este rango de temperatura se llama zona frágil azul Este rango de temperatura se llama zona frágil azul, cuando el rendimiento del acero se vuelve malo, fácil de fractura frágil, la fractura es azul. Y en el rango de 800 ~ 950 ℃, y aparecerá una zona frágil caliente, por lo que la plasticidad se reduce, por lo tanto, en el proceso de operación de embutido profundo en estado caliente de la placa, debe prestar especial atención a la deformación real de la temperatura de prensado en caliente no debe estar en la zona frágil azul y la zona frágil caliente. Durante la operación, se debe tener en cuenta el equipo de calentamiento y la prensa entre la ubicación de la deformación de la temperatura de prensado en caliente, y el uso cuidadoso del equipo de soplado de enfriamiento para evitar la aparición de quebradizo azul y quebradizo caliente. 

Propiedades del proceso de los aceros aleados

El acero de aleación comúnmente utilizado en la fabricación de piezas estructurales de chapa metálica es generalmente 16Mn, 15MnV y otros aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación, sus propiedades de proceso son las siguientes. 

●16Mn. El acero 16Mn se suministra generalmente laminado en caliente y no requiere tratamiento térmico, especialmente para acero laminado de menos de 20 mm de espesor. Sus propiedades mecánicas son muy altas, por lo que generalmente se utiliza el prensado en caliente inmediatamente después. Para chapas de acero de más de 20 mm de espesor, para mejorar el límite elástico y la tenacidad al impacto a baja temperatura, se puede utilizar después del tratamiento de normalización. 

Además, su rendimiento de corte por gas es similar al del acero estructural convencional de bajo carbono. El filo de corte por gas de 1 mm, con tendencia al endurecimiento, pero debido a su estrecha zona de endurecimiento, puede eliminarse mediante soldadura. Por lo tanto, el filo de corte por gas de este acero no requiere procesamiento mecánico y puede soldarse directamente. 

El rendimiento del cepillado con arco de gas de carbono es similar al del acero estructural convencional de bajo carbono. Si bien el borde del cepillado presenta una tendencia al endurecimiento, esta zona de endurecimiento es muy estrecha y puede eliminarse mediante soldadura. Por lo tanto, el borde de este grado de acero no requiere procesamiento mecánico y puede soldarse directamente. El resultado es una dureza prácticamente igual en la zona afectada por el calor que la obtenida con la soldadura posterior al mecanizado. 

En comparación con el acero Q 235, el límite elástico del acero 16Mn es superior a 345 MPa, lo que significa que su fuerza de conformado en frío es mayor. Para acero laminado en caliente de gran espesor, las propiedades de conformado en frío pueden mejorarse considerablemente mediante normalización o recocido. Sin embargo, cuando la placa alcanza un cierto espesor (t ≥ 32), debe conformarse en frío después del tratamiento térmico de alivio de tensiones. 

Cuando se calienta a más de 800 ℃, se pueden obtener buenas propiedades de conformado en caliente, pero la temperatura de calentamiento del acero 16Mn no debe exceder los 900 ℃, de lo contrario, es fácil que aparezca una organización de sobrecalentamiento, lo que reduce la tenacidad al impacto del acero. 

Además, el acero 16Mn por tres veces el calentamiento por llama ortopédico y el enfriamiento por agua después de que las propiedades mecánicas no presenten cambios significativos, con el material base original con la misma resistencia al daño frágil, por lo tanto, el acero puede ser ortopédico contra incendios de agua, pero la estructura de carga dinámica no es adecuada para ortopedia contra incendios de agua. 

●15MnV. Las placas de acero delgadas de 15MnV y 15MnTi tienen propiedades de corte y laminado en frío similares a las del acero 16Mn, pero con un espesor t ≥ 25 mm, las pequeñas grietas en el borde de corte pueden ocultarse fácilmente debido al corte por endurecimiento en frío. Esta grieta podría haberse producido antes de la fábrica de acero. Por lo tanto, se deben reforzar los controles de calidad; una vez detectada, la grieta debe eliminarse mediante corte con gas o mecanizado. Además, las placas de acero laminadas en caliente de 15MnV, más gruesas y propensas a fracturas laminadas en frío, pueden normalizarse a 930 ~ 1000 ℃ para mejorar su plasticidad y tenacidad, y mejorar el rendimiento del laminado en frío. 

Además, este tipo de acero conformado en caliente y rendimiento ortopédico en caliente, temperatura de calentamiento de 850 ~ 1100 ℃ conformado en caliente, el calentamiento múltiple en el impacto de la resistencia al rendimiento no es significativo; y buen rendimiento de corte con gas, el rendimiento de cepillado con gas de arco de carbono también es bueno, cepillado con gas de arco de carbono en el rendimiento de las juntas soldadas sin efectos adversos. 

Con el mismo rendimiento de proceso, el acero de clase 15MnV también incluye 15MnTi, 15MnVCu, 15MnVRE, 15MnNTiCu, etc. 

●09Mn2Cu, 09Mn2. Este tipo de acero tiene un mejor rendimiento de estampado en frío. 09Mn2Cu, 09Mn2, 09Mn2Si proceso de laminado en frío de placa de acero gruesa, proceso de prensado en caliente, corte con gas, cepillado con arco de gas de carbono, enderezamiento con llama y Q235 también. 

●18MnMoNb. Este tipo de acero presenta una alta sensibilidad a las entalladuras, y el corte con gas de llama tiende a endurecerse. Para evitar el agrietamiento al doblarse, se recomienda cortar la placa de acero con gas mediante un aislamiento de 580 °C durante 1 h y un recocido de alivio de tensión. 

Rendimiento del proceso del acero inoxidable

Existen muchos tipos de acero inoxidable, que según su composición química se dividen en dos categorías: acero al cromo y acero al níquel-cromo. El acero al cromo contiene una gran cantidad de cromo o una pequeña cantidad de níquel, titanio y otros elementos; el acero al níquel-cromo contiene una gran cantidad de cromo y níquel o una pequeña cantidad de titanio, molibdeno y otros elementos. Según las diferentes organizaciones metalográficas, se dividen en varias categorías, como austenítico, ferrítico y martensítico. Debido a las diferentes composiciones químicas y organizaciones metalográficas, las propiedades mecánicas, químicas y físicas de los distintos tipos de acero inoxidable también presentan grandes diferencias, lo que dificulta relativamente el proceso de aplicación del acero inoxidable. 

Hay dos tipos de grados de acero inoxidable que se utilizan comúnmente. 

Categoría A: acero al cromo martensítico, como 1Cr 13, 2Crl 3, 3Crl 3, 4Crl 3, etc. 

Categoría B: pertenece a los aceros austeníticos de níquel-cromo, como por ejemplo 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9, etc. 

Los dos tipos de acero inoxidable mencionados anteriormente tienen las siguientes propiedades de procesamiento. 

Para lograr una buena plasticidad, el material debe ablandarse y someterse a un tratamiento térmico. El tratamiento térmico de ablandamiento para acero inoxidable de clase A es el recocido, y el de clase B es el temple. 

En estado blando, las propiedades mecánicas de ambos tipos de acero inoxidable presentan una buena procesabilidad, especialmente en la deformación por estampación, lo que resulta adecuado para el proceso básico de estampación. Sin embargo, las características del acero inoxidable, en comparación con el acero al carbono convencional, son muy diferentes. Incluso en el caso del acero inoxidable para embutición profunda, la plasticidad vertical y las propiedades anisotrópicas son mucho menores que en el acero al carbono convencional. Además, debido a su alto límite elástico, el endurecimiento por trabajo en frío es importante. Por lo tanto, en el proceso de embutición profunda, es fácil que se produzcan arrugas, y el material de la placa, en las esquinas cóncavas de la matriz, sufre deformaciones por flexión e inversión debido al rebote, que a menudo forman depresiones o deflexiones en las paredes laterales de las piezas. Por lo tanto, para la embutición profunda del acero inoxidable, se requiere una fuerza de compresión muy alta y un ajuste cuidadoso del molde. 

Debido a que el fenómeno de endurecimiento en frío del acero inoxidable es muy fuerte, la embutición profunda es fácil de producir arrugas, por lo que en el proceso de operación real, para tomar algunas de las siguientes medidas con el fin de garantizar el buen funcionamiento de la embutición profunda: generalmente en cada embutición profunda después del recocido intermedio, el acero inoxidable no es como el acero blando puede ser después de 3 ~ 5 veces para el recocido intermedio, por lo general después de cada embutición profunda al recocido intermedio; deformación de grandes piezas de embutición profunda, la final Después de la embutición profunda y la formación, a seguir por la eliminación del tratamiento térmico de tensión interna residual, de lo contrario las piezas de embutición profunda producirán grietas, a la tensión interna de la especificación del tratamiento térmico es una temperatura de calentamiento de acero inoxidable de 250 ~ 400 ℃, B temperatura de calentamiento de acero inoxidable de 350 ~ 450 ℃, y luego en el aislamiento de temperatura anterior 1 ~ 3h; El uso del método de embutición en caliente puede obtener mejores resultados técnicos y económicos. Por ejemplo, para el acero inoxidable 1Cr18Ni9 calentado a 80 ~ 120 ℃, puede reducir el endurecimiento del material y la tensión interna residual, mejorar el grado de deformación por embutición profunda y reducir el coeficiente de embutición. Sin embargo, el acero inoxidable austenítico calentado a una temperatura más alta (300 ~ 700 ℃) no puede mejorar aún más su proceso de estampación. Al embutir piezas complejas, se debe optar por utilizar prensas hidráulicas, prensas hidráulicas comunes y otros equipos, de modo que no se produzca una alta velocidad de embutición profunda (aproximadamente 0,15 ~ 0,25 m/s) bajo la deformación, para obtener mejores resultados. 

En comparación con el acero al carbono o los metales no ferrosos, el estampado de acero inoxidable se caracteriza por su alta fuerza de deformación y su gran rebote elástico. Por lo tanto, para garantizar la precisión del tamaño y la forma de las piezas estampadas, a veces es necesario aumentar el recorte, la corrección y el tratamiento térmico necesario. 

●La resistencia al rendimiento del acero inoxidable austenítico varía mucho entre las diferentes variedades, por lo tanto, en el proceso de corte y conformado, preste atención a la capacidad del equipo de procesamiento. 

Rendimiento del proceso de metales no ferrosos y aleaciones

Para metales no ferrosos y aleaciones en el proceso de formación de contacto con el equipo, la suavidad de la superficie de los moldes son requisitos más altos. 

Cobre y aleaciones de cobre. Las aleaciones de cobre más utilizadas son el cobre puro, el latón y el bronce. El cobre puro y los latón de grados H62 y H68 presentan un buen proceso de estampación, y el endurecimiento por trabajo en frío del H62 es más intenso que el del H68. 

El bronce se utiliza para la resistencia a la corrosión, resortes y piezas resistentes al desgaste, y su rendimiento varía considerablemente entre grados. En general, el bronce es más deficiente que el latón para la estampación, y es más resistente que el latón para el temple en frío, lo que requiere un recocido intermedio frecuente. 

La mayoría del latón y bronce en estado caliente (600 ~ 800 ℃ por debajo) tiene un buen proceso de estampación, pero el calentamiento traerá muchos inconvenientes a la producción, y el cobre y muchas aleaciones de cobre en el estado de 200 ~ 400 ℃, pero la plasticidad que la temperatura ambiente tiene una gran reducción y, por lo tanto, generalmente no utilice el estampado en estado caliente. 

●Aleaciones de aluminio. Las aleaciones de aluminio más utilizadas en componentes de chapa metálica son principalmente el aluminio duro, el aluminio inoxidable y el aluminio forjado. 

El aluminio antioxidante es principalmente una aleación de aluminio-manganeso o aluminio-magnesio. Su efecto del tratamiento térmico es muy bajo; solo el endurecimiento en frío mejora su resistencia. Presenta una resistencia moderada y una excelente plasticidad y resistencia a la corrosión. El aluminio duro y el aluminio forjado son aleaciones de aluminio que pueden reforzarse mediante tratamiento térmico. La mayoría del aluminio forjado es una aleación de aluminio-magnesio-silicio, con alta resistencia en caliente, bajo efecto de endurecimiento por tratamiento térmico y buena plasticidad en estado recocido, siendo adecuado para procesos de estampación y forja. El aluminio duro es una aleación de aluminio-cobre-magnesio con alta resistencia y buen efecto de endurecimiento por tratamiento térmico. 

El aluminio inoxidable puede recocerse para obtener la máxima plasticidad, mientras que el aluminio duro y el aluminio forjado pueden recocerse y templarse para obtener la máxima plasticidad. Presentan mayor plasticidad en estado templado y mejores propiedades mecánicas generales para el estampado, lo que permite un mejor proceso de estampado que el recocido. 

El aluminio duro y el aluminio forjado pertenecen a aleaciones de aluminio que se refuerzan mediante tratamientos térmicos. Presentan una característica: tras el temple, se endurecen gradualmente con el tiempo. Este fenómeno se denomina "endurecimiento por envejecimiento". Este proceso de desarrollo varía según el grado. Dado que estas aleaciones de aluminio presentan características de endurecimiento por envejecimiento, su estampación debe completarse antes de que se complete dicho proceso. Generalmente, el taller exige que el proceso se complete en 1,5 horas tras el temple. 

En las aleaciones de aluminio, las de aluminio y magnesio (principalmente aluminio inoxidable) se endurecen en frío con mayor intensidad, por lo que, al utilizar estos materiales para fabricar piezas complejas, se suele aplicar un recocido intermedio de 1 a 3 veces. Tras la embutición profunda y el conformado, se realiza el recocido final para eliminar las tensiones internas. 

Para mejorar la procesabilidad, el estampado también se utiliza en la producción de aleaciones de aluminio en caliente. El estampado en caliente se utiliza principalmente para materiales endurecidos en frío. Tras el calentamiento (aproximadamente entre 100 y 200 °C), el material conserva parte de su endurecimiento en frío y mejora su plasticidad, lo que mejora el grado de deformación del estampado y la precisión dimensional de las piezas estampadas. 

Durante el estampado en caliente, la temperatura de calentamiento debe controlarse estrictamente. Una temperatura demasiado baja provocará grietas en las piezas estampadas, y una temperatura demasiado alta provocará una reducción drástica de la resistencia y también grietas. Durante el proceso de estampado, la matriz convexa tiende a sobrecalentarse y, al superar cierta temperatura, el material de estampado se ablanda considerablemente y provoca la fractura de la pieza embutida. Mantener la temperatura de la matriz convexa por debajo de 50-75 °C puede mejorar el grado de deformación de la embutición profunda en caliente. En el estampado en caliente, se deben utilizar lubricantes especiales resistentes al calor. 

Titanio y aleaciones de titanio. El titanio y sus aleaciones son menos procesables, presentan mayor resistencia, elevadas fuerzas de deformación y un fuerte endurecimiento por deformación en frío. Se utilizan principalmente para el estampado en caliente, con la excepción de algunos grados que permiten el estampado en frío para piezas con poca deformación. La temperatura de calentamiento para el estampado en caliente es alta (300-750 °C) y varía según el grado. Una temperatura de calentamiento demasiado alta hará que el material se vuelva quebradizo y no favorece el estampado. Dado que el titanio es un elemento químicamente muy activo, la temperatura requerida para la química del oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno no es alta, y los compuestos generados con oxígeno, hidrógeno y nitrógeno son los principales factores que producen fragilidad; por lo tanto, el calentamiento del titanio y sus aleaciones está estrictamente limitado. Cuando se requiere un procesamiento a alta temperatura, este debe realizarse en un gas protector o en un envase completamente protegido y a prueba de fugas para un calentamiento integral. Al trabajar con piezas estampadas de titanio y sus aleaciones, se debe utilizar la velocidad de estampado más baja posible. 

Además, el titanio se puede cortar mediante métodos mecánicos, como aserrado, corte con agua a alta presión, torno, máquinas herramienta para cortar tubos, etc., la velocidad de aserrado debe ser lenta, nunca use oxígeno - llama de acetileno y otros gases para cortar mediante calentamiento, pero tampoco debe usar la sierra de rueda para cortar, para evitar la zona de incisión afectada por el calor por la contaminación del gas, al mismo tiempo, la incisión en la rebaba es demasiado grande, pero también para aumentar el proceso de procesamiento de rebabas. 

Los tubos de titanio y sus aleaciones se pueden doblar en frío, pero el rebote es evidente. Normalmente, a temperatura ambiente, la temperatura es dos o tres veces mayor que la del acero inoxidable. Por lo tanto, el doblado en frío de los tubos de titanio para controlar este rebote debe tener un radio de curvatura mínimo de 3,5 veces su diámetro exterior. Para evitar la aparición local de una elipticidad deficiente o arrugas, se puede rellenar el tubo con arena de río seca y apisonarlo con un mazo de madera o de cobre. Para el doblado en frío, se debe añadir un mandril. Para el doblado en caliente, la temperatura de precalentamiento debe ser de 200 a 300 °C. 

Para bridas de 90° se deben utilizar tres juegos de moldes de 30°, 60°, 90° prensados en etapas para evitar grietas.