Cómo mejora la corriente pulsada el plegado en V del Ti-6Al-4V

El Ti-6Al-4V presenta una baja conformabilidad a temperatura ambiente y una elevada relación entre el límite elástico y el módulo de elasticidad. Dado que la recuperación elástica aumenta con esta relación, el ángulo de recuperación es grande y resulta difícil controlar las dimensiones finales. Para mejorar el rendimiento del plegado en V, este estudio analiza cómo los parámetros de la corriente pulsada —concretamente, la tensión de alimentación y la frecuencia de pulso— afectan a la calidad de la pieza, la carga de conformado y la recuperación elástica. Identifica parámetros de proceso útiles y explica los mecanismos microscópicos del plegado electroplástico.

Efecto de la densidad de corriente en el plegado en V del Ti-6Al-4V

Efecto de la densidad de corriente sobre la fuerza de conformado

Los ensayos de flexión en V de materiales electroplásticos se realizaron en una máquina de ensayo de tracción SANS. Las matrices de flexión superior e inferior de la máquina estaban aisladas con baquelita, y los electrodos aplicaban corriente pulsada a la probeta a través de las matrices. Cada probeta, en forma de lámina rectangular, medía 50 mm × 30 mm. La velocidad del travesaño fue de 10,5 mm/min, el radio de flexión fue de 1 mm, el ángulo de flexión fue de 90° y se aplicó el mismo desplazamiento a todas las probetas. Se utilizaron diferentes tensiones de alimentación y frecuencias de pulso para evaluar sus efectos sobre la recuperación elástica y la fuerza de conformado.

A una frecuencia de pulso de 200 Hz, la curva fuerza-desplazamiento presenta tres etapas. En primer lugar, la fuerza de conformado aumenta con la deformación durante la flexión elástica. En segundo lugar, el desplazamiento sigue aumentando mientras que la fuerza varía poco, lo que da lugar a una etapa de deformación estable. Por último, cuando la pieza entra en contacto con la matriz inferior, la fuerza aumenta bruscamente durante la retención y continúa hasta que finaliza la flexión. En comparación con la flexión a temperatura ambiente, la corriente pulsada acorta la fase elástica y reduce sustancialmente la fuerza en la fase estable. El aumento de la densidad de corriente efectiva acorta aún más la fase elástica y produce una mayor reducción de la fuerza. A 38,67 A/mm², la fuerza en la fase estable fue de 568 N, 49,01% por debajo de los 1.114 N necesarios a temperatura ambiente. Esta reducción puede disminuir el consumo de energía y el coste de producción.

Efecto de la densidad de corriente en la calidad del conformado

A temperatura ambiente, la probeta de Ti-6Al-4V se fracturó gravemente en la zona de la flexión en V, presentando grietas largas y profundas y una mala calidad superficial. Con una densidad de corriente efectiva pulsada de 14,00 A/mm², la superficie doblada presentaba un acabado liso y sin grietas. La corriente pulsada aumenta la elongación y reduce el límite elástico, lo que ayuda a prevenir la aparición de grietas y a mejorar la calidad del conformado.

Calidad de conformado de probetas electroplásticas con doblez en V a diferentes densidades de corriente efectivas:

Durante el plegado, la corriente pulsada reduce tanto el límite elástico como el endurecimiento por deformación del Ti-6Al-4V. Un límite elástico más bajo y un menor endurecimiento por deformación reducen la recuperación elástica. Por lo tanto, la corriente mejora el comportamiento ante la deformación y disminuye el ángulo de recuperación elástica. A medida que aumenta la densidad de corriente efectiva, el límite elástico y el endurecimiento por deformación siguen disminuyendo, por lo que la recuperación elástica se reduce progresivamente.

Efecto de la frecuencia de pulso en el plegado en V del Ti-6Al-4V

Las pruebas realizadas a diferentes frecuencias muestran que la fuerza de conformado en la fase estable disminuye a medida que aumenta la frecuencia de los pulsos, tanto si la tensión de alimentación es de 80 como de 100 V. Por lo tanto, una mayor frecuencia de pulsos reduce la carga necesaria para el plegado. A una tensión de alimentación dada, la densidad de corriente máxima permanece constante, pero la densidad de corriente efectiva aumenta con la frecuencia, lo que hace que el efecto electroplástico sea más pronunciado.

La mejora en el comportamiento de elongación y flexión del Ti-6Al-4V bajo corriente pulsada se debe principalmente al calentamiento por efecto Joule y al efecto electroplástico intrínseco. Este efecto intrínseco está asociado a la fuerza que ejercen los electrones en movimiento sobre las dislocaciones —a menudo denominada «fuerza del viento de electrones»—, la cual reduce la fuerza motriz necesaria para el movimiento de las dislocaciones. Dado que la fuerza ejercida por los electrones en movimiento es proporcional a la densidad de corriente, una mayor densidad de corriente efectiva potencia el efecto electroplástico intrínseco. Además, eleva la temperatura y aumenta el calentamiento por efecto Joule. En consecuencia, el material se ablanda, las dislocaciones se entrelazan y su densidad disminuye, la elongación aumenta, y la tensión y el límite elástico disminuyen. Por lo tanto, la corriente pulsada mejora la calidad de la probeta al tiempo que reduce la recuperación elástica y la fuerza de conformado, con mayores mejoras a medida que aumenta la densidad de corriente efectiva.