Aplicación de criterios de conformabilidad en productos planos de aceros de alta resistencia

Resumen

La conformabilidad de chapas metálicas suele evaluarse mediante los diagramas FLD (Forming Limit Diagrams), que informan sobre el límite de conformado de un material representado por la curva FLC (Forming Limit Curve). Estos diagramas y curvas han sido empleados durante años para estudiar la conformabilidad de un material y como criterio de fallo en la simulación por elementos finitos del conformado de componentes estructurales. La aparición de nuevos aceros con mayores prestaciones, como son los aceros AHSS (Advanced High Strength Steels), ha evidenciado las carencias de dichas curvas, debido principalmente a que son dependientes de los caminos de deformación. Por tanto, en los procesos de conformado donde existen procesos multietapas, dichas curvas no definen correctamente la conformabilidad del mismo. Para afrontar este problema, surgieron los diagramas basados en las tensiones principales FLSD (Forming Limit Stress Diagrams) y su respectiva curva límite FLSC (Forming Limit Stress Curve) que son menos sensibles a los caminos de deformación. El objetivo de la tesis es estudiar y proponer diferentes criterios de conformabilidad en productos planos (chapa metálica) de aceros de alta de resistencia que permita ser utilizado con criterio de fallo en las simulaciones por elementos finitos. Para alcanzar dicho objetivo la tesis se divide en tres bloques principales, un primer bloque dedicado a la caracterización mecánica (utilización de ensayos de tracción y compresión) y microestructural (determinación cualitativa y cuantitativa de las fases presentes). Un segundo bloque dedicado al estudio de las curvas FLC obtenidas de los ensayos de estirado Nakajima y Marciniak, donde se reflejan las diferencias de los caminos de deformación en los aceros AHSS y la diferencia según el método de cálculo para determinar el inicio de la estricción localizada. De aquí que se determinen las curvas FLC con criterio a rotura FLCF (Forming Limit Curve at Fracture) donde no se utiliza ninguna aproximación matemática para su cálculo. A partir de las curvas FLC experimentales, las leyes de endurecimiento obtenidas de los ensayos de tracción o compresión y la simulación por elementos finitos, se han determinado las curvas FLSC de los diferentes aceros estudiados. En el tercer bloque se han validado los diferentes criterios de conformabilidad mediante diferentes ensayos de conformado y la simulación por elementos finitos. Se ha utilizado el ensayo de embutición profunda para calcular el LDR (Limiting Drawing Ratio) y se ha conformado una pieza tipo montante abierto. A partir de los datos experimentales y los resultados de la simulación por elementos finitos aplicando los diferentes criterios de fallo estudiados se han verificado los criterios de conformabilidad. Para concluir, se ha estudiado la capacidad de los AHSS al ensanchamiento de orificios o abocardabilidad, definido en inglés como flangeability o stretch-flangeability. A diferencia de los aceros convencionales, se ha constatado que en un cierto rango de resistencia mecánica (800-1200 MPa), los aceros AHSS con mayor resistencia poseen una mejor abocardabilidad. Esto ha generado algunas dudas entre diferentes autores, debido a que la abocardabilidad estaba relacionada con la ductilidad y conformabilidad del material, es decir, mejores propiedades de abocardabilidad se obtenían con materiales más dúctiles y de menor resistencia. En esta sección, para explicar esta divergencia se ha utilizado el trabajo esencial de fractura (Essential Work of Fracture, EWF) que da información de la tenacidad a fractura de las chapas y de la energía necesaria para propagar una grieta. Se ha constatado que en aceros AHSS, a mayor resistencia mecánica, la energía para propagar una grieta aumenta, es decir, su valor de EWF, y que también se obtiene una mejor abocardabilidad.