Análisis del springback y de la conformabilidad del inconel 718 en procesos de embutición a temperatura ambiente

Resumen

Tal y como ocurre en otros sectores, el propósito de la reducción de emisiones de CO2 en el sector aeronáutico viene dado por el acuerdo internacional del protocolo de Kyoto (Naciones unidas 1998). El objetivo principal de este protocolo es la disminución de los gases que agravan el efecto invernadero, los cuales tienen un impacto directo en el calentamiento global del planeta. El aumento del rendimiento de los motores es una línea de investigación orientada a dicha reducción de emisiones. La eficiencia de un motor, además de estar condicionada por la arquitectura del mismo, también está directamente relacionada con la eficiencia termodinámica. Esta última está limitada por los materiales empleados en el diseño del núcleo del motor. El Inconel 718 es una superaleación base níquel que permite mejorar dicha eficiencia termodinámica y debido a ello su uso está reservado para la fabricación de algunos de los componentes que lo forman como discos, carcasas, vanos etcétera. Además tiene una gran conformabilidad a temperatura ambiente, la cual puede mejorarse mediante el uso de tratamientos térmicos de recocido intermedios (TTRI) entre etapas de conformado. Por otro lado también hay que tener en cuenta que su recuperación elástica es considerable. A pesar de la diferencia de la cadencia de fabricación del sector aeronáutico y del sector de la automoción, actualmente se está dando una migración de conceptos de fabricación del sector de la automoción al sector aeronáutico con la finalidad de reducir el coste de fabricación de cada componente. Para ello es imprescindible predecir mediante software de simulación el comportamiento real del material. Tras la revisión bibliográfica realizada para el desarrollo de esta tesis, se ha observado que no solo no hay información sobre una caracterización experimental avanzada del Inconel 718, sino que además existe un vacío de conocimiento a la hora de modelizar el comportamiento elástico, el endurecimiento, la fluencia, la conformabilidad y el coeficiente de fricción del Inconel 718 en procesos de embutición en frío. Tampoco hay estudios relacionados con la predicción del springback, ni del efecto del TTRI en el springback y en la conformabilidad del Inconel 718. Debido a ello, primero se ha procedido a la caracterización avanzada del material y después a la modelización de los parámetros del material y del proceso de embutición. Durante la caracterización y posterior modelización avanzada del Inconel 718, además de observar la capacidad de restauración del TTRI en el material que previamente ha sido estirado, también se ha observado el aumento de conformabilidad que proporciona. También se han observado aspectos interesantes, la necesidad de una metodología tanto para la medición como para el cálculo del módulo de Young y del módulo elástico aparente, así como la forma atípica de la evolución del coeficiente de fricción en función de la presión. Este comienza descendiendo a medida que aumenta la presión pero cuando esta se encuentra alrededor de 10 MPa, se aprecia un ascenso en vez de consolidación del mismo. Este último aspecto en concreto no ha sido posible modelizarlo con los modelos implementados en los software comerciales de simulación. Tras la correspondiente modelización de los parámetros del material y del proceso de embutición en frío, estos modelos se han validado mediante la comparación de los resultados experimentales y numéricos obtenidos a partir de la experimentación y simulación del ensayo U-Drawing, el cual es un ensayo específico para el estudio del springback. Se han comparado la efectividad de la predicción de modelos numéricos básicos y modelos numéricos más avanzados. Se ha observado que los más avanzados resultan ser los más adecuados para predecir el comportamiento del Inconel 718 en procesos de embutición a temperatura ambiente y que son aplicables tanto para el material de partida, como para el estirado y tratado térmicamente con un TTRI.