Dobra em V do Ti-6Al-4V com corrente pulsada

O Ti-6Al-4V apresenta baixa formabilidade à temperatura ambiente e uma alta relação entre o limite de escoamento e o módulo de elasticidade. Como a retorno elástico aumenta com essa relação, o ângulo de retorno elástico é grande e as dimensões finais são difíceis de controlar. Para melhorar o desempenho na dobra em V, este estudo examina como os parâmetros da corrente pulsada — especificamente a tensão de alimentação e a frequência de pulso — afetam a qualidade da peça, a carga de conformação e a retorno elástico. Ele identifica parâmetros de processo úteis e explica os mecanismos microscópicos da dobra eletroplástica.

Efeito da densidade de corrente na dobra em V do Ti-6Al-4V

Efeito da densidade de corrente na força de conformação

Os ensaios de dobra em V com material eletroplástico foram realizados em uma máquina de ensaio de tração SANS. As matrizes de dobra superior e inferior da máquina eram isoladas com baquelite, e os eletrodos aplicavam corrente pulsada à amostra por meio das matrizes. Cada amostra em forma de folha retangular media 50 mm × 30 mm. A velocidade da travessa era de 10,5 mm/min, o raio de curvatura era de 1 mm, o ângulo de curvatura era de 90°, e o mesmo deslocamento foi aplicado a todas as amostras. Diferentes tensões de alimentação e frequências de pulso foram utilizadas para avaliar seus efeitos sobre a recuperação elástica e a força de conformação.

A uma frequência de pulso de 200 Hz, a curva força-deslocamento apresenta três estágios. Primeiro, a força de conformação aumenta com a deformação durante a flexão elástica. Em segundo lugar, o deslocamento continua a aumentar enquanto a força varia pouco, produzindo um estágio de deformação estável. Por fim, quando a peça entra em contato com a matriz inferior, a força aumenta acentuadamente durante a retenção e continua até o término da flexão. Em comparação com a flexão à temperatura ambiente, a corrente pulsada encurta a fase elástica e reduz substancialmente a força na fase estável. O aumento da densidade de corrente efetiva encurta ainda mais a fase elástica e produz uma redução maior da força. A 38,67 A/mm², a força na fase estável foi de 568 N, 49,01% abaixo dos 1.114 N exigidos à temperatura ambiente. Essa redução pode diminuir o consumo de energia e o custo de produção.

Efeito da densidade de corrente na qualidade da conformação

À temperatura ambiente, a amostra de Ti-6Al-4V sofreu fratura grave na região da dobra em V, apresentando trincas longas e profundas e baixa qualidade de superfície. Com uma densidade de corrente efetiva pulsada de 14,00 A/mm², a superfície curvada estava lisa e sem rachaduras. A corrente pulsada aumenta o alongamento e reduz o limite de escoamento, ajudando a prevenir rachaduras e a melhorar a qualidade da conformação.

Qualidade de conformação de amostras com dobra em V por eletroplástica em diferentes densidades de corrente efetivas:

Durante a dobra, a corrente pulsada reduz tanto o limite de escoamento quanto o endurecimento por deformação do Ti-6Al-4V. Um menor limite de escoamento e um menor endurecimento por deformação reduzem a recuperação elástica. A corrente, portanto, melhora o desempenho de deformação e diminui o ângulo de recuperação elástica. À medida que a densidade de corrente efetiva aumenta, o limite de escoamento e o endurecimento por deformação continuam a diminuir, de modo que a recuperação elástica se torna progressivamente menor.

Efeito da frequência de pulso na dobra em V do Ti-6Al-4V

Testes realizados em diferentes frequências mostram que a força de conformação na fase estável diminui à medida que a frequência do pulso aumenta, independentemente de a tensão de alimentação ser de 80 ou 100 V. Uma frequência de pulso mais alta, portanto, reduz a carga necessária para a dobra. Para uma determinada tensão de alimentação, a densidade de corrente de pico permanece a mesma, mas a densidade de corrente efetiva aumenta com a frequência, tornando o efeito eletroplástico mais pronunciado.

O melhor desempenho em alongamento e flexão do Ti-6Al-4V sob corrente pulsada resulta principalmente do aquecimento de Joule e do efeito eletroplástico intrínseco. O efeito intrínseco está associado à força exercida pelos elétrons em movimento sobre as dislocações, frequentemente chamada de força do vento de elétrons, que reduz a força motriz necessária para o movimento das dislocações. Como a força proveniente dos elétrons em movimento é proporcional à densidade de corrente, uma densidade de corrente efetiva mais alta intensifica o efeito eletroplástico intrínseco. Isso também eleva a temperatura e aumenta o aquecimento por Joule. Consequentemente, o material amolece, os emaranhados de deslocamentos e a densidade de deslocamentos diminuem, o alongamento aumenta e a tensão e o limite de escoamento diminuem. A corrente pulsada, portanto, melhora a qualidade da amostra ao mesmo tempo em que reduz a recuperação elástica e a força de conformação, com melhorias maiores à medida que a densidade de corrente efetiva aumenta.