RESISTENCIA Y TRABAJO EN FRIÓ

El trabajo en frío es el proceso de deformación plástica por debajo de la temperatura de recristalización en la región plástica del diagrama esfuerzo-deformación unitaria. Los materiales pueden deformarse plásticamente mediante la aplicación de calor, como en la herrería o en el laminado en caliente, pero las propiedades mecánicas resultantes son muy diferentes de las que se obtienen mediante el trabajo en frío. El objetivo de esta sección consiste en explicar lo que sucede a las propiedades mecánicas importantes de un material cuando se trabaja en frío. 

Considere el diagrama esfuerzo-deformación unitaria de la figura 2-6a). En ella el material se ha esforzado más allá de la resistencia a la fluencia en y hasta algún punto i, en la región plástica, y después la carga se ha removido. En dicho punto, el material presenta una deformación plástica permanente ꞓp. Si ahora se aplica de nuevo la carga correspondiente al punto i, el material se deformará elásticamente una cantidad ꞓe. En este caso, en el punto i la deformación unitaria total consiste en dos componentes ꞓp y ꞓe y está dada por la ecuación

En este caso el material tiene un punto de fluencia más alto, es menos dúctil como resultado de una reducción en su capacidad de deformación, y se dice que la fluencia está endurecida por deformación. Si el proceso continúa, esto es, si se sigue incrementando p, el material puede volverse frágil y sufrir una súbita fractura. 

Es posible construir un diagrama similar al de la figura 2-6b), donde la abscisa es la deformación del área y la ordenada es la carga que se aplica. La reducción del área correspondiente a la carga Pf, en la fractura, se define como

donde A0 es el área original. Por lo general, la cantidad R de la ecuación (2-8) se expresa en porcentaje y se tabula en listas de propiedades mecánicas como una medida de ductilidad.

Consulte la tabla A-20 del apéndice para ver un ejemplo. La ductilidad es una propiedad importante porque mide la capacidad de un material para absorber sobrecargas y ser trabajado en frío. De esta manera, las operaciones de doblado, grabado, recalcado y formado por estirado son operaciones de procesamiento de metales que requieren materiales dúctiles. La figura 2-6b) también se emplea para definir la cantidad de trabajo en frío. De esta forma, el factor de trabajo en frío W se define como 

donde Ai´ corresponde al área después de la liberación de la carga Pi. La aproximación en la ecuación (2-13) se debe a la dificultad de medir los pequeños cambios diametrales en la región elástica. Si se conoce la cantidad de trabajo en frío, entonces de la ecuación (2-13) puede despejarse el área Ai´. El resultado es:

El trabajo en frío de un material produce un nuevo conjunto de valores de las resistencias, como se puede ver en los diagramas esfuerzo-deformación unitaria. Datsko3 describe la región plástica del diagrama de esfuerzo verdadero-deformación unitaria verdadera mediante la ecuación

dado que la curva de carga-deformación muestra un punto estacionario (un sitio de pendiente cero). Las dificultades surgen cuando se usa una medida de longitud para evaluar la deformación verdadera en el rango plástico, puesto que el adelgazamiento causa que la deformación no sea uniforme. Puede obtenerse una relación más satisfactoria si se usa el área del cuello. Bajo el supuesto de que el cambio de volumen del material es pequeño, Al A0 l0. Así, l/l0 A0/A, y la deformación unitaria verdadera está dada por

Como Pu Su A0 se determina, mediante la ecuación (2-10), que

la cual sólo es válida cuando el punto i se encuentra a la izquierda del punto u. Para puntos a la derecha de u, la resistencia a la fluencia se aproxima a la resistencia última y, con una pérdida pequeña de exactitud, 

Un análisis superficial revelará que una barra tendrá una carga última en tensión, después de ser endurecida por deformación a la tensión, igual a la que tenía antes. La nueva resistencia es de interés no sólo porque se incrementa la carga estática última, sino porque —como las resistencias a la fatiga están correlacionadas con las resistencias locales últimas— la resistencia a la fatiga se incrementa. Asimismo, la resistencia a la fluencia aumenta, lo que proporciona un intervalo mayor de carga elástica sustentable.