CONFORMABILIDAD DE METALES

ALEACIONES FORJADAS

• En todos los procesos de deformación, se da forma a la pieza de trabajo al desplazar material de localizaciones no deseadas a posiciones requeridas por la forma de la pieza.

• Esto exige que el material sea capaz de soportar una deformación plástica sin fracturarse.

• Se analizó que la factibilidad volumétrica y la formabilidad de lámina se ven afectadas por el proceso mismo. De esta manera, en forma general, sólo se puede decir que las aleaciones adecuadas para el procesamiento de la deformación (tradicionalmente llamadas metales forjados) deben poseer una ductilidad mínima conmensurable al proceso que se planea.

• Este requisito se satisface por completo en todos los metales puros que tienen un número suficiente de sistemas de deslizamiento y también por la mayor parte de las aleaciones de solución sólida de los mismos metales.

• Los materiales de dos fases y de fases múltiples son deformables si cumplen con ciertos requisitos mínimos.

• No debe existir una fase líquida o frágil en las fronteras de los granos o a través de varios de ellos (así, no se pueden trabajar en frío el hierro gris, el hierro fundido blanco, o una aleación hipereutéctica de Al-Si). Las cantidades excesivas de un constituyente frágil no son permitidas aun en una. matriz dúctil, sobre todo si aquél es además grueso o laminar. Si la matriz es menos dúctil, es más importante que el material esté libre de otras características debilitantes, como las inclusiones, los vacíos o los contaminantes de la frontera de grano.

Aceros al carbono

• Tipos

• 1. Los llamados aceros efervescentes no se desoxidan. El carbono reacciona con el oxígeno en la fusión para formar monóxido de carbono de acuerdo con la reacción 2C + O2 = 2CO. Como el ca es un gas reductor, las grandes sopladuras que se forman tienen superficies limpias, y a las temperaturas y presiones elevadas que prevalecen en el trabajo en caliente, se sueldan sin huella. Una ventaja del gran número de burbujas de gas que se forman durante la solidificación es que el rechupe se elimina de manera virtual. Las sopladuras son prominentes a una distancia por debajo de la superficie del lingote y ayudan a mover los contaminantes hacia el centro, impartiendo un fuerte patrón normal de segregación (Fig. 7-4a), el cual persiste durante todos los pasos del proceso. La superficie del lingote ( reborde) es particularmente limpia y baja en carbono. La superficie limpia es una ventaja en muchas aplicaciones y con frecuencia se produce en esta forma la lámina con hasta 0.25% C.

• 2. La separación del gas se suprime hasta cierto punto cuando se coloca un reverbero (un tapón metálico) en el lingote (aceros reverberados), el cual retiene un poco de la limpieza de la superficie, pero logra una homogeneidad estructural mayor que en un acero efervescente. Los aceros semicalmados se desoxidan parcialmente y son adecuados para aplicaciones en que no se requiere gran uniformidad estructural, como en muchos aceros usados para propósitos de construcción.

• 3. Las aplicaciones más exigentes requieren acero calmado, en el cual se evita (calma) la reacción del gas al añadir aluminio, silicio, etcétera. Virtualmente no se presenta la segregación, las propiedades son uniformes en todas partes y el tamaño de grano se puede controlar en el producto terminado. Sin embargo, se debe asegurar una alimentación adecuada para evitar rechupes.

• Se puede hacer otra distinción de acuerdo con el contenido de carbono. Los aceros al bajo carbono (menos de 0. 15% C) contienen muy poco de éste como para beneficiarse del endurecimiento, y se emplean con el acabado del trabajo en caliente, o, para máxima ductilidad, en la condición recocida, principalmente en la forma de lámina y alambre.

• Los aceros que se van a trabajar en frío suelen ser recocidos, y los de contenido mayor de carbono se esferodizan para asegurar máxima ductilidad.

ACEROS ALEADOS

• Para muchas aplicaciones, los aceros al carbono no pueden proporcionar la combinación requerida de las propiedades; por lo que se especificarán los aceros de aleación, más costosos.

• Aceros de baja aleación

• Las cantidades relativamente pequeñas de elementos de aleación permiten el tratamiento térmico de secciones más gruesas.

• Aceros de alta aleación

• Las concentraciones mayores de elementos de aleación, en combinación con un contenido elevado de carbono, aumentan la dureza y la dureza en caliente de los aceros para herramientas y matrices. Se trabajan más fácilmente en la condición de recocido, aunque el mayor contenido de carburo incrementa las fuerzas de formado, el desgaste de la matriz, y reduce la ductilidad. Por lo tanto, estos aceros se suelen trabajar en caliente, ya que su resistencia a la fluencia en el rango de temperatura austenística no es mucho más alta que la de los aceros al carbono.

• Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA)

• Dependen de cantidades muy pequeñas de Ti, V o Nb para desarrollar resistencia y tenacidad elevadas.

• Aceros inoxidables

• Su resistencia a la corrosión los hace valiosos en muchas aplicaciones. La mayoría se puede trabajar en caliente si se toman las precauciones adecuadas. Los que contienen níquel y cromo (aceros inoxidables austeníticos) se encuentran entre los materiales más formables en frío debido a su elevada tasa de endurecimiento por deformación.

MATERIALES NO FERROSOS

• Aleaciones de Estaño

• La baja resistencia del estaño lo hace inadecuado como material estructural, excepto para hojas y tubos colapsables (aunque se usa por su resistencia a la corrosión). Entre las aleaciones de estaño, el peltre moderno se deforma con facilidad, se utiliza principalmente en productos decorativos.

• Aleaciones de plomo

• El plomo tiene baja resistencia pero su resistencia a la corrosión fomentó una amplia difusión de su uso en forma de lámina, tubo y blindaje de cables. Se puede reforzar por medio de una variedad de elementos (As, Sn, Bi, Te y Cu) . También sirve como absorbente de sonido, vibraciones y de radiación. Una aleación de Pb-Ca-Sn se usa, en forma de lámina expandida, para baterías de almacenamiento de electricidad. La toxicidad del plomo provoca restricciones en muchas aplicaciones.

• Aleaciones de zinc

• El zinc puro se emplea como el material para las camisas estiradas de baterías y techumbres corrugadas (usualmente con 1 % Cu para la última aplicacion) . Debido a su estructura hexagonal, se trabaja en frío arriba de 20°C. Una transformación eutéctica en el sistema zinc-aluminio permite la producción comercial de un material de grano extremadamente fino qué presenta superplasticidad (Prestal). Las aleaciones binarias con 22% Al Y las variantes aleadas se pueden deformar posteriormente a temperaturas elevadas, casi como plásticos, y obtener así una resistencia sustancial a temperatura ambiente. Se han usado para trabajos de prototipos y gabinetes para instrumentos en que se debe reproducir un detalle considerable del diseño.

• Aleaciones de magnesio

• La estructura hexagonal del magnesio lo hace algo frágil a temperatura ambiente. Sin embargo, se trabaja con facilidad a temperaturas ligeramente elevadas, por lo general arriba de 220°C, las cuales no crean problemas en la herramienta o de lubricación y sí dan el beneficio de una gran facilidad de formado. Su baja densidad se combina con una resistencia elevada para producir razones de resistencia elevada al peso, deseables para aplicaciones aeroespaciales y automotrices.

• Aleaciones de aluminio

• El segmento de crecimiento más acelerado en la industria del trabajo de metal es el de las aleaciones de aluminio. Siendo un material fcc, el aluminio se deforma con facilidad en todas las temperaturas . Con la ayuda de mecanismos de endurecimiento por solución sólida y por precipitación, se pueden producir materiales de gran resistencia a menudo con una razón de resistencia al peso muy alta. Las aleaciones de aluminio han sido el principal material de construcción para aeronaves, y están empezando a hacer grandes incursiones en la construcción de vehículos terrestres como en parachoques, ruedas y algunos componentes de la carrocería (incluidos bastidores completos) . Su resistencia a la corrosión y su peso ligero las hace atractivas para muchas aplicaciones domésticas, en la industria de alimentos, para recipientes, para casos marinos y para plantas químicas. Se puede obtener una conductividad eléctrica equivalente a un costo con frecuencia menor al del cobre, y se usan en grandes cantidades en líneas de alto voltaje, barras colectoras y embobinados de motores. Su condición metalúrgica se llama temple y se designa por una letra seguida de números. La mayoría de las aleaciones se forman en la condición de recocido.

Aleaciones con base de cobre

• El cobre es uno de los materiales más dúctiles y tiene la conductividad eléctrica más elevada, después de la plata. Su alta conductividad térmica, y su facilidad para unirse por métodos de soldadura suave y fuerte, lo hacen el material principal en la construcción de alambrado eléctrico y para sistemas domésticos de agua. Su resistencia se puede incrementar sin gran pérdida de la conductividad eléctrica, por medio de pequeñas cantidades de Ag, Ca o Be.

Aleaciones con base de níquel

• El níquel se deforma con facilidad en su forma pura, tanto a temperatura elevada como a la ambiente. Algunas de sus aleaciones, sobre todo aquellas con cobre, no presentan problemas de manufactura. Las superaleaciones con base de níquel son altamente aleadas con elementos para endurecimiento por solución sólida y por precipitación, para dar una resistencia elevada a la termofluencia a temperaturas elevadas. Esto las hace difíciles de trabajar porque el rango de la temperatura del trabajo en caliente es muy estrecho y cercano al solidus. Se usan técnicas complejas de fusión y vaciado para excluir los contaminantes y los gases, y se necesita un conocimiento profundo de la metalurgia de las aleaciones y de las tecnologías de proceso para evitar el agrietamiento durante el trabajo en caliente.

Aleaciones de alta temperatura

• El titanio hexagonal, estable a temperatura ambiente, tiene una ductilidad razonable pero requiere de frecuentes procesos de recocido. La forma bcc (más de 880°C) es la más dúctil. Para el control de las propiedades terminadas, las aleaciones a menudo se trabajan apenas debajo de la temperatura de transformación, pero a tasas mayores de deformación tienen una resistencia relativamente alta. Por lo tanto, frecuentemente se emplea el forjado isotérmico; ya que el enfriamiento no es una preocupación, la elevada sensibilidad a la tasa de deformación y la ductilidad del material se pueden explotar trabajando con una tasa muy baja de deformación y con sus correspondientes bajos esfuerzos.

• Debido a su resistencia a la corrosión, el titanio y sus aleaciones, en las formas de tubos y láminas, se utilizan mucho en aplicaciones químicas. Las aleaciones de titanio tratadas térmicamente con elevadas razones de resistencia a peso, se han hecho indispensables para componentes críticos de aeronaves, incluyendo las etapas del compresor en los motores de reacción.

BIBLIOGRAFÍA

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