Entendimiento de dibujo frío

El dibujo frío es un proceso de metalurgia que reduce la sección transversal del alambre de acero al tirarlo a través de una serie de mueres progresivamente más pequeñas a temperatura ambiente. A diferencia del trabajo caliente, que se produce por encima de la temperatura de recreación del acero, el dibujo frío se realiza por debajo de ese umbral, típicamente entre 20°C y 50°C. Esta deformación de baja temperatura no permite una recretación dinámica, por lo que la estructura de granulometría posterior

El die es un componente crítico. Generalmente fabricado en carburo cementado o diamante (para alambres finos), cuenta con un ángulo de entrada, una sección de rodamientos y una zona de salida. La lubricación se aplica para reducir la fricción y la generación de calor; los lubricantes comunes incluyen estearato de calcio, estearato de sodio o compuestos basados en aceite. La reducción en el área transversal por paso normalmente va desde 15% hasta 25%, aunque las herramientas de acero más elevadas son posibles.

Impacto en la fuerza de rendimiento

La fuerza de rendimiento es el estrés en el que un material comienza a deformar plásticamente, lo que significa que no volverá a su forma original una vez que se elimina la carga. En alambre de acero, el dibujo frío eleva la fuerza de rendimiento dramáticamente — a veces por más del doble del valor original. Este aumento se debe principalmente a endurecimiento del trabajo, también conocido como movimiento de endurecimiento de la tensión.

La relación entre densidad de dislocación y fuerza es bien descrita por la ecuación de Taylor: τ = αGb√ρ, donde τ es la fuerza de desgarro, α es una constante, G es el módulo de escamas, b es el vector de Burgers, y ρlocación es la densidad de dislocación.

Factores que afectan a la mejora de la fuerza

  • ratio de reducción por paso: Una reducción mayor aumenta la densidad de dislocación y así produce fuerza, pero la reducción excesiva puede causar defectos superficiales o desgaste de la muerte.
  • Número de pases de dibujo: Más pases permiten un fortalecimiento incremental. Múltiples pases de luz producen a menudo una microestructura más uniforme que una simple reducción pesada.
  • Velocidad de aumento: Las velocidades más lentas permiten una mejor lubricación y reducen el aumento de temperatura, lo que da lugar a una deformación más consistente y a un menor riesgo de suavidad adiabática.
  • Ángulo de salida: Un ángulo de entrada más grande aumenta la presión hidrostática y la calefacción friccional, que puede influir en la tasa de endurecimiento del trabajo. Un ángulo semi-die de 6° a 10° es típico para el acero.
  • Composición de los tacos: Los elementos de aleación como el carbono, el manganeso, el cromo y el vanadio afectan la capacidad de trabajar. El contenido de carbono superior generalmente produce mayor fuerza después del dibujo, pero también aumenta la hervidez.
  • Lubricación y fricción: La lubricación inadecuada conduce a una fricción superior de la superficie, que puede elevar la temperatura y alterar el flujo de material, a veces reduciendo el aumento de la fuerza efectiva.

Ventajas de la Dibujo Frío

El dibujo frío ofrece varios beneficios distintos sobre otros métodos de fortalecimiento, como el tratamiento térmico o laminación caliente:

  • Aumentar la fuerza de la tensión y el rendimiento sin añadir elementos de aleación o energía térmica. El alambre se vuelve más fuerte puramente a través de la deformación mecánica.
  • Acabado superficial mejorado: Los mueres queman la superficie, reduciendo la rugosidad a valores tan bajos como Ra 0.2 μm. Esto es crítico para aplicaciones en las que la resistencia a la corrosión o la apariencia estética importa.
  • Mejor precisión dimensional: El dibujo frío puede contener tolerancias de diámetro de ±0.01 mm, lo que lo hace ideal para piezas de precisión.
  • La resistencia a la fatiga mejorada: Las tensiones residuales compresivas inducidas en la superficie durante el dibujo pueden retrasar la iniciación de la fatiga de la grieta, mejorando el rendimiento del alambre bajo carga cíclica.
  • No es necesario el tratamiento térmico postproceso en muchos casos, lo que reduce los costos energéticos y el tiempo de producción.

Limitaciones y consideraciones

A pesar de estas ventajas, el dibujo frío no es sin inconvenientes. La limitación más significativa es el desarrollo de tensiones residuales. La superficie del alambre puede quedar en compresión mientras el núcleo está en tensión, lo que puede causar la grieta, el grieta retardado o la grieta de tensión en entornos agresivos. Si el dibujo es demasiado agresivo, el alambre puede convertirse en una forma tan difícil de trabajo que

Para mitigar estos problemas, los fabricantes a menudo incorporan un fuerza de alivio a amasar paso después del sorteo final. Este tratamiento térmico de baja temperatura (normalmente 200°C–400°C) reduce las tensiones residuales sin reducir significativamente la resistencia al rendimiento. En algunos casos, se puede requerir un ananal completo para restaurar la ducttilidad para las operaciones posteriores de formación, aunque eso cambiará la resistencia.

Comparación con otros métodos de fortalecimiento

El dibujo frío es sólo un enfoque para fortalecer el alambre de acero. Otros métodos incluyen:

  • Movimiento de la casa: Se realiza sobre la temperatura de recrystallización. Produce una menor fuerza porque las dislocaciones se aniquilan durante la recrystallization. Sin embargo, la onda caliente produce una mayor ductilidad y menor tensión residual.
  • Presentación y templado: Un tratamiento térmico que puede lograr una resistencia de rendimiento comparable o superior al dibujo frío, pero requiere un control preciso de las tasas de temperatura y refrigeración, y puede causar distorsión. El dibujo frío es más rentable para largas longitudes de alambre.
  • Embajamiento: A menudo se utiliza en combinación con el dibujo. Los aceros de baja emisión de carbono pueden envejecerse después del dibujo para aumentar la fuerza de rendimiento en un 10–20% mediante la colocación de dislocaciones. Esto se explota en la producción de alambre de refuerzo de hormigón de alta resistencia.
  • Patente:] Se utiliza para alambres de acero de alta carbono (por ejemplo, para el cable de neumático). El alambre se calienta en la fase austenita y luego se enfría en una pista fundida o baño de sal para formar una estructura fina de perlas, que proporciona una excelente combinación de fuerza y ductilidad antes del dibujo.

Cada método tiene su propio costo, energía y propiedad desactivados. El dibujo frío es favorecido cuando la alta resistencia, tolerancias estrechas y el buen acabado de la superficie son requeridos a un costo moderado.

Aplicaciones de acero fundido

La fuerza de rendimiento mejorada del dibujo frío hace que este material sea indispensable en muchas industrias:

  • Construcción: Las hebras de hormigón prestécnicas, malla de alambre para refuerzo, y los alambres de corbata dependen de alambre frío dibujado para una alta capacidad de tracción.
  • Automotriz:] Las fuentes de válvula, los manantiales de embrague y los componentes de suspensión se hacen de alambre desenrollado frío endurecido por el dibujo y a menudo templado.
  • Maquinaria industrial: Las cuerdas de alambre para grúas, cables de ascensor y operaciones mineras utilizan múltiples hilos de corte frío retorcidos juntos para lograr tanto la fuerza como la flexibilidad.
  • Fasteners:] Las uñas, los tornillos y los tornillos producidos a partir de alambres dibujados se benefician de una fuerza mejorada sin costo adicional.
  • Artículos de consumo:] Las cuerdas de instrumentos musicales, costillas paraguas e incluso clips de papel utilizan alambre dibujado para mantener la forma y durabilidad.

En muchas de estas aplicaciones, la resistencia al rendimiento es el criterio de diseño primario. Por ejemplo, ASTM A1060 especifica las resistencias mínimas de rendimiento de 1.500 MPa para alambre de acero preestrestresing en frío. Tales valores elevados son alcanzables sólo a través de procesos de dibujo frío controlados.

Conclusión

El proceso frío dibujado afecta profundamente la resistencia del alambre de acero al introducir el endurecimiento del trabajo y el refinamiento de granos. Al seleccionar cuidadosamente la geometría de la muerte, los horarios de reducción, la lubricación y la composición, los ingenieros pueden adaptar las propiedades mecánicas para satisfacer las especificaciones exigentes. Mientras que las tensiones residuales y la posible hervidura requieren mitigación a través del alivio del estrés de lavado o posterior tratamiento térmico, el equilibrio general de la fuerza, precisión y el costo del dibujo del dibujo del dibujo del dibujo del frío especifican una piedra angular de la aplicación correcta.

Para más lectura, vea la guía comprensiva sobre el dibujo frío del acero por AZoM, o la CienciaDirect topic page on cold drawing. Los detalles técnicos sobre el endurecimiento del trabajo pueden encontrarse en el artículo de Wikipedia sobre endurecimiento del trabajo[LT] [5].