PROCESOS DE MANUFACTURA

John J. Coronado Escuela de Ingeniera Mecnica

Grupo de Investigacin en Fatiga y Superficies (GIFS)

Universidad del Valle

E-mail: johnjairocoronado@yahoo.com

Propiedades de los materiales usados en los cilindros de laminacin

Resistencia a la fatiga trmica: resistencia a la

traccin y compresin a alta temperatura, conductividad trmica, coeficiente de expansin trmica y mdulo de elasticidad.

Resistencia a la oxidacin: elementos de aleacin (Cr).

Alta tenacidad: tamao y forma de los carburos (pequeos y esfricos).

Resistencia al desgaste: dureza en caliente y carburos formados.

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Materiales de los cilindros de laminacin

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Hierro fundido moteado o indefinido (indefinite cast iron, ICI)

Posee una configuracin semicontinua de cementita (25-35%), grafito (2-5%) y una matriz de martensita revenida. Aleado con V y Nb, forma carburos complejos (MC) y duros, adems refinan la estructura dendrtica de solidificacin (Enhanced carbides ECICI). resistencia choque trmico, adherencia () (conductividad trmica y accin lubricante del grafito). Se usa en las ltimas cajas acabadoras.

Hierro fundidos blanco alto cromo (HCrIron)

Carburos eutcticos M7C3 (20-30%) en una matriz martenstica revenida. Se desarrollaron como reemplazo de los cilindros de trabajo de acero forjado (especial). resistencia al desgaste y buen acabado superficial. Se usa en las primeras cajas acabadoras.

C>2%, Cr: 15-20%

Aceros de alta velocidad HSS (M2C, M=Mo, W)

Altamente aleados. Tipo tungsteno grado T. Grado T1 (18-4-1) (18%W, 4%Cr y 1%V). Tipo molibdeno grado M.

Posee carburos complejos y duros de V, W, Nb y Mo (6-15%) y matriz martenstica revenida, resistencia al desgaste a altas temperaturas, resistencia fatiga trmica. (aumenta en 10-25% la fuerza necesaria para la laminacin y en consecuencia consumo elctrico). Se usa en cajas de desbaste y en las primeras cajas de acabado.

La microestructura final de los HSS consta de diferentes porcentajes de carburos tipo MC (V, Nb, Ti), M2C (W, Mo), M6C (W, Mo, Fe, Cr), M7C3 (Cr) y M23C6 (Cr) dispersos en unas matrices bainito-martensticas.

Dureza tpica de los carburos

Semi HSS Aleacin con matriz martenstica y carburos eutcticos (M7C3) no interconectados. resistencia fatiga trmica. Se usa en cajas de desbaste.

Acero alto cromo (HCrSteel)

1.2-1.6% C, 10-14% Cr: carburos eutcticos M7C3 (8-12%) en una matriz de martensita revenida. Se usa en las cajas de desbaste.

Temperaturas superficiales que alcanzan los cilindros en las cajas del tren de acabado, donde el punto A se refiere al contacto inicial con la placa de acero en caliente, y el punto B es el pico mximo de temperatura alcanzado al terminar el contacto para posteriormente entrar en contacto con agua de refrigeracin.

Las condiciones de trabajo de un cilindro de laminacin en caliente son enormemente exigentes: la superficie del cilindro se calienta desde unos 80C (ya en situacin estacionaria) hasta aprox. 600C en 1 s, y al continuar su giro, en virtud del intenso riego con agua de refrigeracin, se enfra hasta alcanzar de nuevo los 80C en unos 4 s.

Se generan esfuerzos de tensin en la zona refrigerada del cilindro, generando gradientes de dilataciones y contracciones bruscas desde la superficie hasta una profundidad determinada

En los cilindros de laminacin en caliente se producen tensiones trmicas y mecnicas debidas al contacto inicial entre el cilindro y la chapa. Las grietas trmicas (perpendiculares a la superficie) se inician en los carburos existentes en los bordes intercelulares (alta fragilidad y diferente coeficiente de expansin trmica que la fase matriz). Las grietas se detienen al encontrarse con la fase matriz y se nuclean de nuevo, ms adelante, en otros carburos. Las grietas progresan a lo largo de los carburos intercelulares.

Sobre la superficie muy caliente de una banda de acero se forman tres capas de xido, una interna de FeO (wustita), otra intermedia de Fe3O4 (magnetita) y, por ltimo, una ms externa de Fe2O3 (hematita), cuyas durezas medias son 350, 450 y 1000 HV respectivamente.

xidos formados

Presentaciones Faltantes PROCESOS DE SOLDADURA CONVENCIONALES: Soldadura de oxiacetileno, Electrodo revestido SMAW, Electrodo de Tungsteno GTAW, Arco sumergido SAW, FCAW. (4) (8 mayo) SOLDADURA POR RESISTENCIA, SOLDADURA EN ESTADO SLIDO. SOLDADURA CON HAZ DE ELECTRONES, SOLDADURA CON RAYO LSER. (3) TCNICAS DE INSPECCIN DE METALES: ultrasonido, rayos X, partculas magnticas, lquidos penetrantes. (3)

Esculturas Soldadas

Laminado plano y su anlisis

Calculo de la fuerza y potencia en el laminado

Velocidad volumtrica de flujo de material, antes y despus debe ser la misma.

Existe punto de no deslizamiento (neutro) donde la velocidad de trabajo iguala la vel. de

rodillo. La cantidad de deslizamiento entre los rodillos y el material de trabajo puede

medirse por medio del deslizamiento hacia adelante, s.

La fuerza de friccin es mayor en la entrada, de manera que la fuerza neta hala el trabajo a

travs de los rodillos.

dmax: tiro mximo posible. Si la friccin fuera cero, el adelgazamiento (draft) sera cero.

Existe la conservacin del material, volumen que entra igual al que sale.

El draft (tiro o adelgazamiento) algunas veces se expresa como una fraccin del espesor

de material inicial llamada reduccin (r).

El esfuerzo de fluencia

promedio es el valor

promedio de los esfuerzos

sobre la curva esfuerzo-

deformacin real desde el

comienzo de la

deformacin hasta el valor

final que ocurre durante el

proceso

Esta ecuacin idealmente corresponde a una situacin sin friccin, mientras ms

elevado sea el entre la tira y los rodillos, mayor ser la divergencia, y la frmula

dar como resultado una fuerza de rodillo menor a la fuerza real.

La fuerza de laminado F se puede calcular

integrando la presin unitaria de laminado p y el

rea de contacto rodillo-trabajo

Cuando ocurre adherencia (=0.7) las capas superficiales del material de trabajo

no se pueden mover a la misma velocidad del rodillo, y debajo de la superficie la

deformacin es ms severa a fin de permitir el paso de la pieza a travs de

abertura entre los rodillos.

Se puede calcular una aprox. con base en Yf

P = Torque * vel. angular

Medios para disminuir la fuerza y la potencia

para laminar una tira de ancho y material dados

Reduciendo la friccin.

Uso de laminado en caliente en lugar de laminado en frio para reducir K y n del material de trabajo.

Reduccin del draft en cada paso, para reducir el rea de contacto.

Utilizacin de un menor radio en el rodillo para reducir la fuerza (longitud de contacto).

Utilizacin de menor velocidad rotacional del rodillo para reducir la potencia.

Produccin de tubos

Proceso de trabajo en caliente para hacer tubos sin costuras de

paredes gruesas.

Laminado de roscas o filetes con troqueles planos (trabajo en fro)

VENTAJAS: Alta velocidad de produccin, mejor utilizacin del material, filetes ms resistentes, sup. ms lisas, resistencia fatiga esfuerzos por compresin.

8 piezas/segundo

Laminacin de anillos

Ventajas

Ahorro de materias primas. Orientacin ideal de los granos para la aplicacin. Endurecimiento a travs del trabajo en fro.

Aplicaciones

Collarines para cojinetes Llantas de acero para rueda ferrocarril Recipientes a presin

Es un proceso de deformacin que lamina las paredes gruesas de un anillo para obtener anillos de paredes ms delgadas, pero de un dimetro mayor.