Tratamientos mecanicos de los metales
Los productos metálicos contienen en realidad una multitud de imperfecciones ocasionadas por impurezas retenidas y por defectos internos, como grietas, sopladuras, segregaciones, etc., cuyo conjunto definen la calidad del producto, ya que ejercen efectos perjudiciales en sus propiedades. Todos estos defectos adquieren personalidad en la solidificación del metal, desarrollándose con la cristalización primaria y constituyendo lo que hemos denominado su macroestructura,
Tratamientos mecanicos y su clasificacion
Las alteraciones estructurales que se desarrollan en algunos metales en su enfriamiento, y que constituyen, como hemos expuesto en el anterior post, el fundamento de los tratamientos térmicos, no afectan a la macroestructura del metal y sólo por difusión pueden mejorar algo la homogeneidad del mismo, reduciendo ligeramente los efectos de la segregación.
Pero si lo sometemos a deformaciones plásticas, al aplastarse y estirarse el metal, sufrirán igual efecto todas sus partes constitutivas y hasta sus propios defectos, modificándose así la macroestructura tanto más profundamente cuanto más enérgica haya sido la deformación. Tal es la base de los tratamientos mecánicos.
Claro está que los tratamientos mecánicos podemos asociarlos con la acción del calor para qué combinando sus efectos obtener modificaciones macroestructurales más sustanciales. El calentamiento, en efecto, no sólo reduce la resistencia y aumenta la ductilidad de los metales, facilitando con ello su deformación en mayor magnitud y con menor esfuerzo, sino que por los fenómenos de restauración y recristalización puede afectar más profundamente las consecuencias del tratamiento. Como los fenómenos desarrollados se diferencian según la deformación se realice a temperatura superior o inferior a la de recristalización, ésta nos servirá de base para clasificar los tratamientos mecánicos en:
a) Tratamientos en caliente: Los realizados por encima de la temperatura de recristalización.
b) Tratamientos en frío: Los realizados por debajo de dicha temperatura.
Tratamientos en caliente: Forja
Como hemos dicho, éstos son los que se realizan calentando previamente el metal a una temperatura superior a la de recristalización y sometiéndole, en tales condiciones, a una deformación plástica. Este tratamiento se denomina forja, y la deformación puede provocarse mediante un martillo, una prensa o un laminador. En el primero, la deformación afecta más a la superficie y, por ser más brusca, tritura más los granos. La prensa, más lenta y progresiva, afecta más al interior de la masa del metal y provoca menos trituración, facilitando la deformación por deslizamientos de unos granos sobre otros. El laminador es un intermedio de ambos y, por ello, muy útil para la forja en general. Veamos sus consecuencias.
Por una parte, al deformar estirando o comprimiendo el metal todos sus granos, irregularidades, defectos, sopladuras, etc., se estirarán en igual forma que el metal, alargándose y estrechándose tanto más cuanto mayor sea la deformación. Esto engendra la fibra en el metal y da lugar a que así como en el estado virgen sus propiedades fuesen independientes de la dirección, después de forjado las propiedades se hagan direccionales, ya que, estirándose los defectos en el sentido y dirección de la forja, sus secciones longitudinales aumentan, disminuyendo las transversales, por lo que las propiedades transversales (a través del estiramiento) serán menores que las longitudinales.
Longitudinalmente, el metal forjado aumenta su resistencia y, sobre todo, su ductilidad. Por el contrario, en sentido transversal, ambas disminuyen, especialmente la última.
La fibra que adquiere un metal por la forja depende de la cantidad de forja a que se le somete, pero también de la calidad del metal origen; cuando peor sea ésta (mayores defectos), mayor será el efecto de fibra producido para igual deformación.
Consecuencia de ello es que cuanto peor sea la calidad del metal, una misma cantidad de forja provocando más fibra nos conducirá a que el metal posea peores propiedades transversales. Esto es preciso tenerlo en cuenta cuidadosamente, y sus consecuencias son:
- Hay que procurar que los metales trabajen siempre en sentido de su fibra.
- Si se requiere una forja enérgica para que afecte a toda la masa del metal y mejore sus propiedades, habrá que exigir más alta calidad al metal origen para que soporte tal forja sin excesiva formación de fibra.
La forja produce otros beneficiosos efectos en los métales. Por una parte, al comprimir las zonas segregadas, aproximando las capas más heterogéneas, facilita, por la difusión que le procura al metal su alta temperatura, la homogeneización del mismo. Por otra parte, las grietas y soluciones de continuidad, como sopladuras, desgarres, etcétera, al ser fuertemente comprimidos por la forja, sus caras o superficies de separación se sueldan entre sí mejorando la compacidad del metal. La soldadura se produce por el efecto de recristalización y crecimiento de grano que se origina entre golpe y golpe de la forja, debido a la deformación que éstos originan y a que el metal se halla por encima de la temperatura de recristalización. Los nuevos granos formados se entrelazan fácilmente a través de la antigua superficie de separación del defecto haciéndolo desaparecer.
Claro está que para ello es indispensable que las superficies que han de soldar no estén oxidadas, pues si no la película interpuesta impedirá que los granos de una cara la traspasen y crezcan a través de ella.
Este efecto de soldadura de grietas que produce la forja es muy importante, pues no sólo mejora a los metales corrigiendo estos defectos, que siempre existen después de la solidificación, sino que automáticamente corrige (hasta cierto punto) los desgarrones que produce la propia forja.
No todas las aleaciones son aptas para la forja, pues siendo la base de ésta la fácil soldadura de las discontinuidades se hace preciso que el constituyente matriz sea forjable, lo que requiere que sea de naturaleza plástica. De no ser asi, el material no será forjable. Así, pues, serán forjables los metales, las soluciones sólidas y todas aquellas aleaciones en que éstos formen el constituyente matriz. Por el contrario, si éste fuese un compuesto químico (que no es plástico) o una eutéctica ,que no forma un verdadero cristal, la aleación no será forjable.
La temperatura de forja hemos dicho que debe ser superior a la de recristalización; así, pues, debemos realizarla calentando el metal a muy alta temperatura (cuanto más alta, más fácil la forja) y trabajarlo mientras la temperatura no descienda por debajo de dicha temperatura; cuando tal ocurra, será preciso volver a calentar para continuar la forja.
Una circunstancia muy interesante conviene tener presente, ya que puede ser causa de que se originen graves defectos en el metal. Por una parte, si bien la temperatura conviene que sea elevada, pues ello facilita los efectos beneficiosos de la forja en lo que respecta a homogeneización y compacidad lograda, así como reduce los esfuerzos necesarios para forjar, ello tiene la limitación del riesgo de quemar el metal, de lo que ya hablamos anteriormente.
Así, pues. la temperatura de forja no podrá elevarse más allá de lo que permita el metal, en lo que influye no sólo su temperatura de fusión, sino sti grado de limpieza, pues cuanto mayores sean ¡as proporciones de impurezas y su segregación, mayor peligro hay de que se queme el metal.
Por otra parte, según hemos dicho durante la forja, el metal debe hallarse constantemente sometido a deformación plástica y a la consiguiente recristalización inmediata. Mientras sea así, no puede haber crecimiento de grano, pues la propia trituración que impone la forja lo impide. Pero si la deformación de la forja cesa estando el metal aún a temperatura superior a la de recristalización, se producirá un rápido crecimiento de grano y quedará una estructura sumamente basta.
Ello no tendrá gran importancia si se trata de un metal que posee transformaciones que permiten el afino de grano mediante un recocido de regeneración, però si no es así, el defecto de estructura será irremediable a menos de someterlo a una nueva deformación y recristalización. Por ello, la forja debe terminarse precisamente cuando el metal que se va enfriando alcanza la temperatura de recristalización. Ni antes, por el crecimiento de grano, ni después, por la acritud que provocaríamos en el metal.
Como a pesar de todo, ello no puede realizarse así con precisión, pues el tamaño de las piezas y la distinta temperatura del núcleo a las superficies lo impide, toda pieza forjada deberá ser sometida después a los correspondientes recocidos de estabilización y regeneración.
La forja no sólo se emplea como tratamiento para mejorar la macroestructura del metal, sino que también permite afinar él grano en su microestructura, proporcionando por todo ello al metal una mejora en sus propiedades. Además de como tratamiento, la forja se emplea en la tecnología metalúrgica para obtener la configuración necesaria a las piezas metálicas. En general, el metal se somete previamente a una forja de tratamiento para mejorar sus propiedades y formar su fibra, y luego a la deformación precisa para su conformación.
Tratamientos en frio
Si la deformación se efectúa a la temperatura ambiente o simplemente por debajo de la temperatura de recristalización, los fenómenos son más simples y el efecto beneficioso menor. Por una parte, la falta de temperatura impide la recristalización y con ello la soldadura de defectos tan beneficiosa para la compacidad del metal. Por otra, la difusión es demasiado baja para homogeneizar el producto.
Las deformaciones no pueden ser tan profundas, pues no sólo lo impide la menor ductilidad del metal a tan baja temperatura, sino que aún la reduce la acritud que adquiere y que será tanto mayor cuanto más baja sea la temperatura de trabajo o de deformación (aunque en el hierro y en los aceros de bajo carbono, la deformación a temperaturas próximas a los 250-3000 C provocan una acritud más intensa que a la temperatura ambiente).
Los trabajos en frío tienen la ventaja, utilizados para la conformación, de que las superficies y dimensiones de acabado pueden ser mucho más correctas y precisas que con los trabajos en caliente y también en la acritud que producen, que pueden interesamos para aumentar la resistencia del metal.
Así un alambre puede estirarse en frío para obtener precisión de calibrado y, finalmente, mediante la acritud mejorar su resistencia.
La cantidad de deformación en los trabajos en frío puede aumentarse todo lo preciso sin más que intercalar entre cada dos operaciones de trabajo un recocido contra acritud.
