Trefilado De Acero Inoxidable 304 4w4h4o

DESCRIPCIÓN DEL ENVEJECIMIENTO POR DEFORMACIÓN DINÁMICA EN EL ACERO INOXIDABLE AUSTENITICO 304 TREFILADO EN FRIO Y SUS VARIABLES DE TRABAJO. 1

A.A. Rodríguez. 2120131003, S. Gonzales. 2120122012 Facultad de Ingeniería, Universidad de Ibagué, Cr 22 Calle 67, Ibagué, Colombia.

Resumen:, Este proyecto esta direccionado a estudiar el comportamiento (morfología y estructura) del acero AISI 304, durante el envejecimiento dinámico por deformación en el proceso de trefilado en frio, como punto de partida es elaborado rediseño del banco de trefilado, para esto fue fundamental tener en cuenta las principales características del material que se va a trabajar, con el fin de ajustar el diseño de cada una de las partes que conforma la maquina trefiladora, por fue elaborado el planteamiento del procedimiento experimental que consistió en determinar las forma (velocidad de avance, tipo de lubricante) y el número de ensayos a realizar. Finalmente se variaran los parámetros de tipo de lubricante y velocidad de avance en el proceso de estirado en frio, con el fin de determinar los cambios en morfología y estructura del alambre antes y después del proceso de trefilado, esto se realizara utilizando técnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM), microscopia de fuerza atómica (AFM), y difracción de rayos x (XR); por último se mostraran los resultados obtenidos a la comunidad investigadora de la universidad de Ibagué.

Palabras clave: Trefilado, Envejecimiento, Acero Inoxidable, velocidad, Lubricante Abstract This project is aimed at studying the behavior (morphology and structure) of the AISI 304 steel, during the dynamic aging by deformation in the cold drawing process, as a starting point is elaborated redesign of the drawing bench, for this it was essential to have in the main characteristics of the material to be worked, in order to adjust the design of each of the parts that make up the drawing machine, for it was elaborated the approach of the experimental procedure that consisted in determining the form (speed of advancement, type of lubricant) and the number of tests to be performed. Finally, the parameters of lubricant type and speed of advance in the cold drawing process will be varied, in order to determine the changes in morphology and structure of the wire before and after the drawing process, this will be done using electronic microscopy techniques scanning (SEM), atomic force microscopy (AFM), and x-ray diffraction (XR); Finally, the results obtained will be shown to the research community of the University of Ibagué. Keywords: Wire drawing, Aging, Stainless Steel, speed, Lubricant.

1. Introducción El trefilado es un proceso en el cual se reduce o cambia la sección transversal de una barra o alambre largo, en general jalándola a través de un dado conocido como dado de estirado; Las maquinas empleadas para este proceso poseen tambores o poleas, que proporcionan por medio de su movimiento la fuerza adecuada para estirar el alambre a través de los dados. [1] Como en todos los procesos de estirado en frio de metales,

el éxito del trefilado requiere de la selección cuidadosa de los parámetros del proceso. En el estirado, la reducción de área transversal por pase llega hasta casi 45%. Por lo general, cuanta más pequeña es la sección transversal inicial, más pequeña será la reducción por pase. Comúnmente se emplea este proceso en alambres compuestos de acero con bajo contenido de carbono, inoxidables y materiales

no ferrosos como el cobre, la plata y el aluminio [1]. En el trefilado a menudo se presentan defectos superficiales causados por el control de las distintas variables que se manejan en dicho proceso, cuando aparecen estos defectos en el interior del alambre trefilado, es difícil determinar por completo que los ocasiono [2]. Los parámetros que se controlan en el proceso de

Trefilado son las características de los dados, la velocidad de avance, calor generado en el proceso y tipo de lubricante. La velocidad de trefilación es un parámetro importante, puesto que, la velocidad de trefilación debe generar una fuerza mínima necesaria para vencer el límite elástico del alambre original, y no sobrepasar el límite elástico del alambre final, de esta manera se evitan fallas en el proceso por rompimiento del alambre; se plantea además que las velocidades de trefilación óptimas para aceros de bajo carbono y materiales como el cobre, se encuentran entre 0,2 m/s y 0,5 m/s [3]. Por otro lado, F. Gálvez realizó un estudio sobre la influencia de la velocidad de deformación en el comportamiento mecánico de alambres de aceros trefilados, determinando que la velocidad de deformación puede ser un factor a tener en cuenta en el diseño de las etapas de un proceso de trefilado, sobre todo en las primeras etapas de trefilación, conjuntamente se evidencio mayor influencia de la velocidad de deformación en las propiedades mecánicas del alambre. [4] Es de gran importancia controlar la concentración de calor ocasionado por la fricción entre el dado y el alambre durante el proceso, por lo que es de suma importancia la selección apropiada del lubricante, de igual forma entre menor sea la cantidad de calor que se concentra mayor será la velocidad, Una lubricación ideal se establece con ángulos pequeños y velocidades altas, si bien la capacidad de estiramiento en el régimen de lubricación de la película completa es mejor que

la condición no lubricada según la investigación de Yang [5], esto también traerá el desgaste rápido de piezas, y aumento en el efecto de envejecimiento en el material. Yang además afirma que El espesor adecuado de lubricante hidrodinámico determina las condiciones indicas de la calidad en la superficie del producto y determinar la expansión del troquel [6] motivo por el cual Yang concluye que para trabajos futuros es importante analizar el uso de lubricantes con diferentes viscosidades, rugosidad en blanco y velocidad de deformación, esto pueden usarse para realizar una serie de experimentos y definir condiciones diferentes en el material. los materiales utilizados para el conformado en frio requieren de lubricantes solidos principalmente se adhiere cal, grafito, bórax o fosfato de zinc. Es importante llevar un control adecuado del proceso de trefilación, con el fin de evitar que se genere cualquier defecto en el alambre, entre los defectos del proceso de trefilado, se encuentran las grietas ocasionadas por excesos de fuerza de trabajo, incrustaciones por falta de limpieza del material antes del proceso, ralladuras que corren longitudinalmente, traslapes, segregaciones, escamas, entre otros. [7] Los estudios del acero inoxidable austenitico 304, se concentran en la combinación de resistencia y ductilidad. Para esto, las investigaciones analizan la martensita que aparece por deformación plástica. En el estirado en frio se identificaron dos fases de ella; H (Hexagonal compacta) y BCT (tetragonal centrada en el cuerpo), esta última disminuye al aumentar la velocidad debido al calentamiento adiabático que suprime la tensión generada, aumentando el tamaño de grano como mencionan Parnian y Parsa en su estudio acerca del alambre inoxidable austenitico [8]. Como consecuencia de esta transformación, el material se endurece después del trefilado en frio, que también es causa del insuficiente suministro de solutos intersticiales para anclar las dislocaciones móviles, proporcionando sitios

para el flujo plástico localizado y reduciendo la ductilidad del material por la inestabilidad plástica. Esta caída de ductilidad, aumento en dureza y resistencia; se da en los aceros durante el trabajo en frío y se conoce como deformación por envejecimiento. Debido a que esto ocurre en presencia de movimiento relativo entre superficies durante el estirado, este fenómeno es llamado envejecimiento dinámico por deformación (EDD), el cual en una aleación es causa de la presencia de carbono y nitrógeno disuelto, como se resalta por Peng y Zhang durante artículo sobre del EDD, especificando que este fenómeno se evidencia por la minúscula aparición de martensita luego de la reducción de diámetro [9]

En la Tabla 2 y 3 se muestra la matriz de experimentos y plan de experimentación, estas muestran las posibles combinaciones para cada ensayo a realizar

Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4

Tabla 2 Matriz de experimentación

Ensayo 1 Ensayo 2

2. Procedimiento Experimental Ensayo 3 Se empleara para el procedimiento experimental el diseño factorial 2^k, para esto se desea comprobar qué efecto tienen la velocidad de avance y el tipo de lubricante sobre el envejecimiento dinámico por deformación en el proceso de trefilado. Por tanto, se decide estudiar estas dos variables. Las variables escogidas y su domino experimental se muestran en la Tabla 1. El dominio experimental de un factor continuo se expresa con los valores mínimo y máximo que puede tomar, y se asigna la notación codificada –1 al nivel inferior y +1 al superior (– y + para simplificar) Variable

Dominio experimental Nivel (-)

Nivel (+)

Velocidad (m/s)

1

7

Lubricante

Aceite de Oxalato de palma hierro

Tabla 1Variables y dominio experimental

Matriz de experimentos X1 X2 + + + + -

Ensayo 4

Plan de experimentación Velocidad (m/s) Lubricante 7 Aceite de palma 7 Oxalato de hierro 1 Oxalato de hierro 1 Aceite de palma Tabla 3 Plan de experimentación

Con el fin de ilustrar el significado de las Tablas 2 y 3, considérese por ejemplo el ensayo 1; el cual se realizara utilizando una velocidad de avance de 1 m/s y aceite de palma. 3. Resultados Diferentes variables de trabajo afectan el proceso de estirado, a continuación se realizara la descripción de los parámetros más relevantes de la literatura acerca de la velocidad de avance y tipos de lubricantes utilizados durante el trefilado de aceros inoxidables austeniticos y planteados en el proceso experimental. Lubricantes. En el estirado de barras, un método típico de lubricación utiliza recubrimientos de fosfato A continuación se describen los métodos básicos de lubricación utilizados en el estirado de alambre:

4. Conclusiones Estirado en húmedo, en el que los dados y la barra se sumergen por completo en el lubricante. Estirado en seco, en el que la superficie de la barra a estirar se recubre con un lubricante al pasarla a través de una caja llena con lubricante (caja de aditivos). Revestimiento metálico, en el que la barra o el alambre se recubren con un metal blando, como cobre o estaño, que actúa como lubricante sólido. Vibración ultrasónica de los dados y los mandriles, en el que las vibraciones reducen las fuerzas, mejoran el acabado superficial y la vida del dado, y permiten reducciones más grandes por pase sin rompimientos. Los materiales utilizados para el conformado en frio requieren de lubricantes solidos principalmente se adhiere cal, grafito, bórax o fosfato de zinc. Buenos resultados se obtienen mediante capas de fosfato, el alambre se fosfato antes del último estirado y se introduce en la superficie la capa fosfato mediante un lubricante apropiado. Ahora muy usado el aceite de palma y el oxalato de hierro. Las cargas tribológicas significativas son; el esfuerzo normal de o, la superficie de ampliación, la velocidad relativa, la distancia de deslizamiento y la temperatura. Sin embargo, estos valores disponibles en la literatura son limitados, se observan en la Error! Reference source not found.. En la mayoría de los casos, estos valores no son sistemáticamente investigados, solo estimados.

Ilustración 1 Parámetros tribológicos de la literatura [10].

Las velocidades de avance más recomendadas para realiza el proceso es de 1mm/s a 7m/s. Según la literatura en industrias se trabaja de 6 a 60 m/s por lo que se recomienda hacer pruebas con velocidades más altas, hasta donde lo resista el material. El oxalato de hierro es uno de los lubricantes más utilizados en la industria del estirado. Las Investigaciones demuestran que el aceite de natural puede generar propiedades en los materiales similares a este. Un resultado interesante podría ser el que diera la combinación de estos tipos de lubricantes y jugar con los porcentajes de estos hasta registrar el mejor equilibro en el material. Debido a que es importante tener un flujo de lubricante tanto para la entrada como en la salida, un sistema de lubricación que soluciones este problema a bajo costo y de forma eficiente puede ser el de estirado húmedo.

5. Referencias

Referencias [1] S. Kalpajian, «Estirado de alambres,» de Manufactura Ingenieria y Tecnologia 5ta edicion, Mexico, Pearson education , 2008, p. 418. [2] B. G. J. M. Jesus Toribio, «Initiation and propagation of gatigue cracks in colddrawn perlitic steel wires,» ScienceDirect, p. 2, 2017. [3] M. A. Q. Cutter, «Diseño de un Sistema de Control de Velocidad para motores en una trefiladora seca de alambres de acero mediante sistema SCADA,» revista boliviana, nº http://goo.gl/WllE8Q, 2014. [4] F. Galvez, J. M. Atienza, J. Ruiz y M. Elices, «INFLUENCIA DE LA

VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN EN EL COMPORTAMIENTO,» ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA, vol. 18, pp. 185-189, 2001. [5] T.-s. Yang, «Full film lubrication of deep drawing,» ELSILVER , pp. 89-96 , 1999. [6] M. Allen, «The effect of lubrication on die expansion during the deep drawing of axisymmetrical steel cups,» sciencie of materials , vol. 199 , pp. 102-107, 2008 . [7] J. Granados Labastida, «ELEMENTOS QUE INFLUYEN EN EL TREFILADO DE ALAMBRE,» ANTAAC, 25 Marzo 2016. [En línea]. Available: http://goo.gl/I6TwHT. [Último : 25 Noviembre 2010]. [8] M. p. P Parnian, «The effects of strain rate on ultra-fine grained structure of cold drawn 30L stainless steel wires,» ScienceDirect, p. 3, 2015. [9] J. Z. Peng land, «Twinning and dynamic strain aging behavior during tensile deformation of Fe-Mn-C TWIP steel,» Materials science y engineering, vol. 700, pp. 250-258, 2017.