DEFORMACIÓN PLÁSTICA DE LOS METALES DÚCTILES

La mayoría de las propiedades mecánicas de los materiales se obtienen mediante ensayos de laboratorio realizados mediante normas estandarizadas y utilizando probetas también estandarizadas. Se fijan la velocidad de carga y la temperatura.

Los ensayos se pueden realizar con cargas de compresión, tracción, flexión y cortadura, que a su vez pueden ser estáticas o dinámicas. Los ensayos de compresión, tracción y flexión con cargas estáticas son los que más se suelen realizar.

Los ensayos de tracción se realizan con los materiales dúctiles con un cierto grado de plasticidad, tales como los materiales metálicos ferrosos y no ferrosos, plásticos, gomas, fibras, etc.

Los ensayos de compresión y flexión se realizan con los materiales frágiles, tales como los materiales refractarios, el hormigón, cerámicos, etc. Estos materiales poseen una baja resistencia a la tracción en comparación con la de compresión.

La deformación plástica de los metales tiene lugar principalmente por el proceso de deslizamiento, que involucra un movimiento de las dislocaciones. El deslizamiento usualmente tiene lugar sobre los planos más compactos y en las direcciones compactas. 
La combinación de un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento constituye un sistema de deslizamiento. Los metales con un alto número de sistemas de deslizamiento como Cobre (Cu), Plata (Ag),  Platino (Pt), Níquel (Ni) , Plomo (Pb),  Aluminio (Al) son más dúctiles que aquellos con sólo unos pocos sistemas de deslizamiento Hierro (Fe) , Cromo (Cr), Vanadio (V) , Molibdeno (Mo), Wolframio (W). Muchos metales se deforman con formación de maclas cuando el deslizamiento es difícil.

Los materiales dúctiles toleran métodos de fabricación por deformación plástica y soportan una mayor cantidad de uso, ya que se deforman antes de romperse. Es necesario aplicar una gran fuerza para romper un material dúctil: sus átomos pueden deslizarse unos sobre otros, estirando el material sin romperse.

Es importante saber distinguir entre los términos dúctil y blando. En primer lugar, la ductilidad sólo aparece cuando un material en particular es sometido a una fuerza de gran magnitud; por ejemplo, si se aplica una carga pequeña, entonces el material se deformará discretamente, y recién cederá y se deformará en un grado mucho mayor cuando se lo lleve al límite. Lo más curioso y digno de ser destacado es que cuando este tipo de material atraviesa esa barrera, en la cual la fuerza ejercida sobre él es considerable, conserva su integridad y simplemente cambia de forma.

Durante un ensayo de tracción, un experimento que consiste en evaluar las propiedades relacionadas con la resistencia de un material buscando el punto en el cual se rompen, los dúctiles atraviesan una etapa de deformación irreversible muy considerable que se caracteriza por un mínimo aumento de la carga a la cual se somete.

Para la industria de la tecnología y sin tener en cuenta ciertas cuestiones de tipo económico, resulta muy ventajoso utilizar este tipo de materiales para la fabricación de productos, dado que admiten técnicas muy convenientes para obtener ciertas formas complejas o específicas. Con respecto a su uso, su flexibilidad antes de ser destruidos es su aspecto más atractivo; un material frágil llega a la rotura sin dar señales a su usuario, mientras que en el caso de los dúctiles se advierte una torsión extrema, de manera que resultaría imposible romperlos por accidente.

La Deformación plástica y el proceso de Endurecimiento en los Metales

En la ingeniería de los materiales, los procesos metalúrgicos y de conformación son importantes pues numerosas apliacaciones se presentan como en ocasiones el diseño de aleaciones con alta resistencia pero también con cierta ductilidad y tenacidad. Es así, como la capacidad de un metal o aleación para deformarse plásticamente depende de la capacidad de las dislocaciones para moverse. La resistencia mecánica se puede aumentar reduciendo la movilidad de las dislocaciones; es decir, mayores fuerzas serán necesarias para comenzar la deformación plástica.

En definitiva, todas las técnicas de endurecimiento de las aleaciones se basan en un principio muy simple "La restricción e impedimento del movimiento de las dislocaciones convierte al material en más duro y resistente"

Los Mecanismos de endurecimiento que se pueden encontrar, están:

1. Endurecimiento por solución sólida de metales 

2. Endurecimiento por reducción del tamaño de grano

3. Endurecimiento por deformación 

4. Endurecimiento por precipitación

Endurecimiento por deformación 

La plasticidad de los metales es la característica que los diferencia frente a las cerámicas, y que les ha permitido una gran implantación en los tiempos antiguos en todos los lugares del mundo en numerosas aplicaciones industriales y agrícolas en la conformación de piezas y útiles: puntas de lanza, azadas, aperos, son algunos ejemplos.
Pero además, la plastificación permite el endurecimiento del metal consistente en aumentar su límite elástico aún perdiendo ductilidad. El primer proceso que el hombre descubrió para endurecer los metales y aleaciones: La deformación plástica aplicada mediante trabajo mecánico.
Para evidenciarlo, se muestra en la figura  una punta de lanza de cobre, del hombre iniciador de la metalurgia.

El proceso ocurre cuando en una estructura de grano equiaxial, sometida a un proceso de deformación plástica, los granos sufren cizallamiento relativo unos respecto de otros mediante la generación, movimiento y redistribución de las dislocaciones. Esto significa que la densidad de las dislocaciones aumentará cuanto mayor sea el grado de deformación plástica al que sometamos al material. 

La densidad de la dislocación aumenta con la deformación, se hace cada vez más difícil el movimiento de las dislocaciones a través del “bosque de dislocaciones” y, por tanto, el trabajo sobre el metal que se endurece a medida que aumenta la deformación en frío. 

Por ejemplo, el cobre, aluminio o el hierro- son trabajados en frío, se endurecen por deformación, o lo que es lo mismo endurecen por acritud, uno de los métodos más importantes de endurecimiento para los metales y aleaciones.

El campo de aplicación de los procesos de endurecimiento por deformación plástica, es amplio, porque la deformación plástica es una cualidad que identifica el estado sólido metálico. Es importante el endurecimiento por deformación plástica en las aleaciones porque algunas aleaciones no disponen de otra posibilidad de endurecimiento. Y es conveniente la aplicación de procesos de deformación plástica porque ellos nos permiten controlar la microestructura, tamaño y forma de los granos, lo que es variable en las características resistentes.

LA FORJA es el proceso de deformación controlada de un metal hasta una forma final mediante la aplicación de presión o de impacto sucesivos. Dentro de las características de los productos forjados se tienen:

1. Repetibilidad (largas series de productos idénticos). 

2.Excelentes propiedades mecánicas como:Tenacidad,  Ductilidad, Resistencia a fatiga

3. Resistencia a la corrosión gracias a integridad metalúrgica

4. Fibrado Direccional (siguiendo el contorno de la pieza)

5. Alta Productividad (nº de piezas/hora).

6. Solo se justifican Series Largas (coste de utillajes y medios de producción).

7. Las cotas y superficies funcionales (tolerancias y acabados superficiales) suelen precisar mecanizado posterior.

Los equipos para el proceso de forja se pueden dividir en dos grandes grupos: prensas y martillos

Prensas

 La aplicación de presión sobre el material  proporciona una deformación homogénea del material y mejores tolerancias que los martillos. Su capacidad viene definida por la fuerza disponible en la carrera de bajada de la estampa y se clasifican en función del mecanismo utilizado para el movimiento de la estampa superior:

Prensas mecánicas

• Mecanismo de biela-manivela (energía almacenada en un volante de inercia)

• Fuerza y velocidad dependen de la cinemática de la prensa

Prensas hidráulicas

• Accionadas por un cilindro hidráulico servocontrolado.

• Fuerza y velocidad dependen del caudal y presión en el cilindro hidráulico.

 • Menor productividad que las mecánicas.

 • Adecuadas para forja libre de grandes piezas: capaces de grandes fuerzas y control exhaustivo de la posición de la estampa superior.

 • Más caras y mayor mantenimiento que las mecánicas.

Martillos

 Su aplicación es de impactos sucesivos sobre el material, y proporcionan una deformación más superficial que las prensas. En general son más baratos y flexibles que las prensas y su capacidad viene definida por la energía disponible en el momento del impacto.