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La importancia de la estructura cristalina de los metales en los procesos mec�nicos industriales

 

The importance of the crystalline structure of metals in industrial mechanical processes

 

A import�ncia da estrutura cristalina dos metais nos processos mec�nicos industriais

		Juan Gabriel Ballesteros-L�pez IV jballesteros.istmnv@gmail.com �����������������������������������������https://orcid.org/0000-0003-1759-512X �

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: jsolis.istmnv@gmail.com ����������

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culos de investigaci�n

 

*Recibido: 16 de julio de 2021 *Aceptado: 30 de agosto de 2021 * Publicado: 30 de septiembre de 2021

 

        I.            Maestr�a en Ingenier�a Mec�nica Menci�n Sistemas de Transporte.

      II.            Ingeniero Automotriz. Investigador Independiente.

   III.            Ingeniera Electr�nica en Control y Redes Industriales

    IV.            Mag�ster en seguridad industrial menci�n prevenci�n de riesgos y salud ocupacional

 

 

Resumen

La evoluci�n del hombre esta entrelaza con los metales, debido a que la humanidad se desarroll� a trav�s de eras reflejadas en la edad de piedra, edad de bronce, edad del acero y la edad de los superligeros. Es as� que, la formaci�n de nuevos materiales provenientes de la combinaci�n de metales naturales ha permitido desarrollar nuevas tecnolog�as, que permiten la construcci�n de innumerables maquinarias y equipos. Esto es gracias a los diversos fen�menos que ocurren, producto del acomodamiento at�mico dentro de las estructuras, lo que permite arrojar diferentes propiedades de los metales. En consecuencia, estas estructuras cristalinas permitir�n variar los par�metros de muchos procesos de conformado de los metales. Por lo tanto, el objetivo general de esta investigaci�n es analizar la importancia de la estructura cristalina de los metales en los procesos mec�nicos industriales. La metodolog�a empleada se bas� en un dise�o bibliogr�fico de tipo documental. En conclusi�n, los metales poseen diversas estructura cristalinas que condicionan los procesos de conformado, debido a que dichas estructuras tienen un acomodamiento at�mico que pueden dar mayor resistencia, como la estructura BCC o HCP, lo que condiciona el trabajo en funci�n de la temperatura; materiales de mayor resistencia deben ser calentados para que se pueda producir m�s f�cilmente la deformaci�n del metal, gracias a la condici�n alotr�pica del mismo; los metales con estructura at�mica FCC se trabaja en frio porque su acomodamiento at�mico brinda una menor resistencia, es decir una mayor ductilidad del metal.

Palabras claves: �tomos; estructura; cristales; conformado; resistencia; ductilidad.

 

Abstract

The evolution of man is intertwined with metals, because humanity developed through eras reflected in the stone age, bronze age, age of steel and the age of superlight. Thus, the formation of new materials from the combination of natural metals has allowed the development of new technologies, which allow the construction of innumerable machinery and equipment. This is thanks to the various phenomena that occur, a product of the atomic accommodation within the structures, which allows different properties of metals to be cast. Consequently, these crystalline structures will allow the parameters of many metal shaping processes to be varied. Therefore, the general objective of this research is to analyze the importance of the crystalline structure of metals in industrial mechanical processes. The methodology used was based on a bibliographic design of the documentary type. In conclusion, metals have various crystalline structures that condition the shaping processes, due to the fact that these structures have an atomic arrangement that can give greater resistance, such as the BCC or HCP structure, which conditions the work depending on the temperature; Materials of greater resistance must be heated so that the deformation of the metal can more easily occur, thanks to its allotropic condition; Metals with an atomic structure FCC are worked cold because their atomic accommodation provides less resistance, that is, greater ductility of the metal.

Keywords: Atoms; structure; crystals; conformed; endurance; ductility.

 

Resumo

A evolu��o do homem se confunde com os metais, pois a humanidade se desenvolveu atrav�s de eras refletidas na idade da pedra, idade do bronze, idade do a�o e idade da superluz. Assim, a forma��o de novos materiais a partir da combina��o de metais naturais tem permitido o desenvolvimento de novas tecnologias, que permitem a constru��o de in�meras m�quinas e equipamentos. Isso se deve aos diversos fen�menos que ocorrem, produto da acomoda��o at�mica dentro das estruturas, que permite a fundi��o de diferentes propriedades dos metais. Consequentemente, essas estruturas cristalinas permitir�o que os par�metros de muitos processos de modelagem de metal sejam variados. Portanto, o objetivo geral desta pesquisa � analisar a import�ncia da estrutura cristalina dos metais nos processos mec�nicos industriais. A metodologia utilizada baseou-se num desenho bibliogr�fico do tipo documental. Em conclus�o, os metais possuem diferentes estruturas cristalinas que condicionam os processos de conforma��o, devido ao fato de essas estruturas possu�rem uma acomoda��o at�mica que pode dar maior resist�ncia, como a estrutura BCC ou HCP, que condiciona o trabalho em fun��o da temperatura; Materiais de maior resist�ncia devem ser aquecidos para que a deforma��o do metal possa ocorrer mais facilmente, gra�as � sua condi��o alotr�pica; Metais com estrutura at�mica FCC s�o trabalhados a frio porque sua acomoda��o at�mica proporciona menor resist�ncia, ou seja, maior ductilidade do metal.

Palavras-chave: Atoms; estrutura; cristais; conformado; resist�ncia; ductilidade.

 

Introducci�n

Los materiales, en especial los metales, han estado entrelazados con el desarrollo de la humanidad, tanto as� que el hombre a evolucionado a trav�s de eras reflejadas en la edad de piedra, edad de bronce, edad del acero y la edad de las superaleaciones. En este sentido, la curiosidad permiti� crear constantemente innovaciones en materiales, lo que permiti� solventar las necesidades m�s b�sicas y complicadas de la sociedad. Seg�n Callister (2005)

El hombre primitivo s�lo tuvo acceso a un n�mero muy limitado de materiales, que encontr� en la naturaleza: piedras, madera, arcilla, cuero y pocos m�s. Con el transcurso del tiempo, el hombre descubri� t�cnicas para producir materiales con propiedades superiores a los de los naturales; entre estos nuevos materiales se encontraban la cer�mica y algunos metales. Adem�s, se descubri� que las propiedades de un material se podr�an modificar por tratamiento t�rmico o por adici�n de otras sustancias. (p�g. 2)

La formaci�n de nuevos materiales provenientes de la combinaci�n de metales naturales ha permitido desarrollar nuevas tecnolog�as. Esto proviene a consecuencia de la era de bronce, cuando el hombre paso de desarrollar sus actividades a trav�s de la piedra y madera a convertir dos elementos naturales como el Cobre y el Esta�o en materiales que utilizaba para la cocci�n de los alimentos, para el desarrollo de la agricultura y construcci�n, para la ampliaci�n de herramientas para la pesca, caza y protecci�n. Asimismo, llego la era del Acero en la revoluci�n industrial, donde el hierro era combinado con el carbono m�s otros elementos para formar uno de los principales materiales que todav�a en la actualidad tiene protagonismo. El acero es utilizado en grandes proporciones para la construcci�n de edificaciones, maquinaria pesada, autom�viles, barcos y aeronaves. En estos tiempos que domina la globalizaci�n, son los materiales superlivianos que prevalecen por su bajo peso, resistencia el�ctrica, t�rmica y mec�nica, donde destacan el aluminio, las superaleaciones cromo-cobalto, los termopl�sticos, entre otros.

Sin embargo, los metales siempre han sido los materiales por excelencia en los procesos de construcci�n de innumerables maquinarias y equipos. Es as� que Askeland (1998) comenta que los metales, de manera general, tienen como caracter�sticas una buena conductividad el�ctrica y t�rmica, una resistencia relativamente alta, una alta rigidez, ductilidad o conformabilidad y resistencia al impacto. Estas cualidades que resaltan entre los demas materiales porque provienen de las caracter�sticas de su estructura at�mica.

Los �tomos son una de las unidades m�s peque�as que contiene la materia, la cual contiene part�culas que le dan sentido a la formaci�n de la misma y su respuesta ante variables que se ejecutan sobre estas. El �tomo esta constituido por un n�cleo, conformado por la misma cantidad de neutrones y protones, y electrones que giran alrededor de �ste. En los ultimos a�os se ha determinado la existencia de las particulas quarks que habitan dentro del prot�n y que dan sentido a la formaci�n de la materia. Las caracter�sticas de la estructura at�mica lo refleja Avner (1988) en su libro denominado Introducci�n a la Metalurg�a F�sica:

Los electrons que dan vueltas sobre sis porpios ejes conforme giran alrededor del n�cleo, estpan arreglados en capas definidas. El m�ximo n�mero de electrones que puede acomodar en cada capa es de 2n2, donde n es el n�mero de capas. A su vez, cada capa es subdividida en niveles de energ�a. El n�mero de niveles de energ�a aumenta con la distancia desde el n�cleo y los electrones tienden a ocupar los niveles de energ�a m�s bajos. (p�g. 79)

De igual forma, la estructura at�mica es diferente para cada tipo de metal, por lo cual es uno de los tantos factores que brinda propiedades diferentes en los metales o aleaciones. Kalpakjian (2002) se�ala que la composici�n del metal, las impurezas y vacantes en la estructura at�mica, el tama�o de grano, las fronteras del grano, el entorno, el tama�o y estado supercicial del metal son unosde los elementos que modifican las propiedades del metal.

Para poder comprender estos factores es importante detallar la relevancia que tiene la estructura cristalina, la cual esta conformada por una n cantidad de �tomos del elemento qu�mico principal unidos a trav�s del efecto electromagn�tico de sus n�cleos, permitiendo que se genero los electrones de valencia que brindaran parte del porque de las propiedades de los metales. Estas estructuras cristalinas est�n conformadas por 14 redes, donde 3 de ellas predominar�n la gran cantidad elementos qu�micos. Estas estructuras son la centrada en el cuerpo (BCC), la centrada en las caras (FCC) y la hexagonal compacta (HCP)., las cuales se observan en la Figura 1.

Figura 1. Estructura cristalina BCC, FCC y HCP.

Fuente: (Askeland, 1998)

 

El acomodamiento at�mico dentro de estas estructuras y los espacios libres que puedan existir conforman las diferentes propiedades de los metales. En los espacios libres puede existir la posibilidad de que se a�ada otro elemento ajeno al elemento principal. Estos conceptos concuerdan con los t�rminos solvente (el de mayor cantidad y es el elemento principal) y soluto (el de menor cantidad y es el que se agrega al solvente). Esto permitir� la formaci�n de las diversas aleaciones met�licas que brindaran las soluciones a las m�ltiples necesidades de la humanidad.

En consecuencia, estas estructuras cristalinas permitir�n variar los par�metros de muchos procesos de conformado de los metales. Por lo tanto, el objetivo general de esta investigaci�n es analizar la importancia de la estructura cristalina de los metales en los procesos mec�nicos industriales. La metodolog�a empleada se bas� en un dise�o bibliogr�fico de tipo documental.

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Metodolog�a

La metodolog�a utilizada se baso en un dise�o bibliogr�fico de tipo documental. Este tipo de metodolog�a tiene como principales herramientas los textos, documentos y art�culos cient�ficos publicados disponibles en la web. Por lo cual, la investigaci�n documental se concreta exclusivamente en la recopilaci�n de informaci�n de diversas fuentes, con el objeto de organizarla describirla e interpretarla de acuerdo con ciertos procedimientos que garanticen confiabilidad y objetividad en la presentaci�n de los resultados (Palella & Martins, 2010).

 

Resultados y discusi�n

Solidificaci�n de las estructuras cristalinas

Cuando los materiales met�licos se encuentran en el estado l�quido es porque han superado su temperatura de fusi�n. Los �tomos se encuentran cargados energ�ticamente que se encuentran dispersos por todo el volumen del recipiente que los contiene, gracias a esa energ�a externa que se transform� en un aumento de la energ�a vibracional producto del movimiento de los electrones alrededor del n�cleo, m�s una energ�a cin�tica gobernada por la velocidad con que se desplaza, as� como tambi�n una energ�a potencial que depende de la distancia que recorre gracias a la alta temperatura que se manifiesta.

Al empezar a disminuir la temperatura externa, la energ�a interna tambi�n empieza a disminuir por lo que empieza la transformaci�n de fase liquida a fase s�lida. La solidificaci�n empieza desde la parte en contacto con el medio de enfriamiento, es decir desde la superficie hacia el centro de la pieza. El centro es lo �ltimo que se solidifica. Esta situaci�n ocurre gracias al fen�meno de nucleaci�n y crecimiento. Seg�n el profesor Quintero (2003) la transformaci�n l�quido-s�lido es un proceso discontinuo de primer orden, caracterizado por la existencia de racimos de la fase s�lida dentro del l�quido antes de que se produzca la solidificaci�n; durante este proceso se produce el crecimiento de esos n�cleos hasta conformar todo el volumen.

La solidificaci�n est� gobernada por la energ�a libre del sistema. La energ�a libre (ΔG) depende de la energ�a interna, llamada entalpia (ΔH), de la temperatura y de la energ�a externa, llamada entrop�a (ΔS). Esto queda de la siguiente manera ΔG = ΔH � TΔS. La entrop�a es la clave para la transformaci�n de l�quido a s�lido, debido que gobierna el desorden de los �tomos, la cual aumenta cuando aumenta la temperatura. Al aumentar la entrop�a lo hace en menor grado la entalp�a, por lo cual el ΔG es negativo. Si existe la solidificaci�n, la temperatura disminuye, disminuye tambi�n el desorden de los �tomos y por ende la energ�a interna tambi�n lo hace. Esto produce un ΔG positivo.

Cuando ocurre la solidificaci�n, lo primero que sucede es la nucleaci�n de las primeras part�culas en el estado s�lido. La energ�a libre de la superficie es mayor a la energ�a libre de todo el volumen. Esto sucede porque es all� donde empieza a formarse los primeros cristales s�lidos, debido a que esta en contacto con el medio de enfriamiento. Al comienzo de la solidificaci�n, los n�cleos se forman y desaparecen por las al tas temperaturas. Estos n�cleos que se desintegran son porque no superan el tama�o cr�tico que les permitir� crecer y formar la estructura cristalina en el estado s�lido. En la Figura 2 se detalla la energ�a libre en funci�n de radio de los n�cleos.

Figura 2. El radio cr�tico del n�cleo depende de la energ�a libre.

Fuente: (Quintero, 2003)

 

Cuando los n�cleos superan el radio cr�tico, empieza a gobernar el crecimiento de los mismos disminuyendo la posibilidad de formar nuevos n�cleos. Esto va acompa�ado de la disminuci�n de la energ�a libre, a consecuencia de la disminuci�n de la temperatura producto de la solidificaci�n, disminuci�n de la entrop�a y entalpia. Con el crecimiento se forman los granos, los cuales est�n conformados por las diferentes estructuras cristalinas. Estas estructuras dependen del tipo de metal que se est� solidificando. El crecimiento se hace en las direcciones del enfriamiento, esto produce que la estructura se forme tipo �rbol. Esta estructura se le denomina dendrita, tal como se detalla en la Figura 3.

Figura 3. Dendrita de magnesio que crecen a partir de un l�quido

Fuente: (Avner, 1988)

 

A medida que aumenta la solidificaci�n las dendritas crecen formando los cristales que caracterizan a los metales. Estos cristales son denominados granos. El �rea a lo largo de la cual est�n unidos los cristales se conoce como frontera de grano, donde los �tomos se encuentran espaciados irregularmente, debido a que son los �ltimos residuos del l�quido que se solidifican y por lo cual tiene mayor probabilidad de concentraci�n de impurezas at�micas en esa �rea. Los granos y limites de grano se detallan en la Figura 4. En la Figura 5 se muestra el proceso de solidificaci�n, desde la nucleaci�n y crecimiento de los granos.

 

 

 

 

 

 

Figura 4. Representaci�n esquem�tica de un l�mite de grano entre dos granos

Fuente: (Avner, 1988)

 

Figura 5. Representaci�n esquem�tica del proceso de cristalizaci�n por nucleaci�n y crecimiento dendr�tico.

Fuente: (Avner, 1988)

 

Estructura cristalina BCC

La estructura cristalina centrada en el cuerpo tiene como fundamento que la celda unitaria, mostrada en la Figura 1, tiene un �tomo del solvente completo en el centro y fracciones de �tomos en los v�rtices. Los �tomos del centro y de los v�rtices se tocan mutuamente a lo largo de las diagonales del cubo y la longitud a de la arista de la celdilla y el radio at�mico R (Callister, 2005).

Los elementos qu�micos que presentan este tipo de estructura son cromo, tungsteno, hierro alfa (α), hierro delta (δ), molibdeno, vanadio y sodio (Avner, 1988). Una particularidad tiene el hierro y es que presenta el fen�meno alotr�pico. El t�rmino alotrop�a por lo general se reserva para elementos que cambian su estructura cristalina en funci�n del aumento de temperatura, como es el caso del hierro que a bajas temperaturas es BCC y a temperaturas m�s altas es FCC (Askeland, 1998). El efecto alotr�pico del hierro se detalla en la Figura 6. Este fen�meno es interesante en una de los principales materiales que se utilizan a nivel industrial como es el acero, debido a que su principal elemento es el hierro y por lo cual adopta estas mismas caracter�sticas del metal puro.

Asimismo, en temperaturas menos a 910�C el hierro se presenta bajo una estructura BCC. Esta estructura es resistente mecanicamente, debido a la presencia del �tomo en el centro de la celda. Para poder comprender este fenomeno es necesario detallar que cuando un metal se le aplica un fuerza externa, sea en un proceso de conformado, los �tomos empiezan a moverse gracias a los electrones de valencia que sirven de plano de deslizamiento. La presencia de ese �tomo en el centro no permite un desplazamiento eficiente, caso contrario produce resistencia a dicha movilidad. Esto �ltimo se traduce en un incremento en la resistencia mec�nica. En consecuencia la estructura cristalina BCC produce al ta resistencia en los metales que poseen este acomodamiento.

Figura 6. Efecto alotr�pico del hierro cuando varia la temperatura.

Fuente: (Apraiz Barreiro, 1984)

 

Por otra parte, una de las caracter�sticas m�s importante de las estructuras cristalinas es el factor de empaquetamiento, que no es m�s que el espacio ocupado por los �tomos del elemento. Esta situaci�n es muy importante para el estudio del endurecimiento por soluci�n, es decir agregar �tomos de solutos en la estructura del solvente. Lo que realmente interesa es el espacio libre, en la cual radicar� la incursi�n de los �tomos intersticiales de carbono para formar uno de las principales aleaciones como lo es el acero. Los �tomos de carbono al poseer menor radio at�mico de que los �tomos de hierro se ubican dentro de esos espacios libres que genera esta estructura BCC. Esto aumenta a�n m�s la resistencia del material porque lo vuelve m�s denso y menor probable que los �tomos se desplacen producto de la fuerza ejercidas externamente. El factor de empaquetamiento es de 68% (Callister, 2005). El espacio libre es del 32%.

Estructura cristalina FCC

Este tipo de estructura cristalina es la misma que se visualiza en la Figura 1, donde existen fracciones de �tomos en los v�rtices y mitad de �tomo en las caras de la celda. Cada �tomo de las caras toca los �tomos de las esquinas m�s pr�ximas (Avner, 1988). Cristalizan en esta estructura el cobre, aluminio, plata, n�quel y oro (Callister, 2005).

El factor de empaquetamiento de la estructura FCC es del 74% (Callister, 2005). Es decir, el espacio libre del 26%, lo que produce que estos metales tienen pocas aleaciones debido a que solo suceder� el endurecimiento por soluci�n si los �tomos de soluto son del mismo tama�o del �tomo del solvente, claro esta cumpliendo las reglas de Hume-Rothery. Esta situaci�n es la que permite que los �tomos de soluto sean de tipo sustitucional.

Este tipo de estrutura se detalla en el fen�meno alotr�pico del hierro, entre 911�C a 1400�C,. Este tipo de estructura es mucho m�s accesible para que la movilidad de los �tomos se desarrollen si hay presencia de una energ�a externa, especialmente presiones y fuerzas ejercidas en los distintos procesos de conformado. Al no existir un �tomo en el centro sino fracciones del mismo en las caras de la celda permite que la movilizaci�n de los �tomos aumenten. Esto permite que el metal sea m�s ductil; es decir menos resistente.

Estructura cristalina HCP

Seg�n Avner (1988) la figura usual muestra dos planos basales en forma de hex�gonos regulares, con un �tomo tanto en cada esquina del hezagono como en el centro; adem�s, hay tres �tomos en forma de triangulo a la mitad de la distancia entre los dos planos basales. El factor de empaquetamiento de este tipo de estructura es igual al de la estructura FCC, lo que corresponde a un 74% (Callister, 2005). Los metales que cristalizan en este tipo de estructura son el berilio, cadmio, cobalto, magnesio, titanio al, zinc y circonio (Kalpakjian, 2002).

Diferentes procesos de conformado de metales

Para la obtenci�n de maquinarias y equipos a nivel industrial es necesario que los metales pasen por una serie de procesos de conformados donde se involucren par�metros como presiones, temperaturas, fuerzas de roce, tama�o de la pieza, entre otras. Estas variables, en especial la temperatura y la presi�n, ser�n diferentes si la estructura cristalina es diferente. En tal sentido, se debe conocer como es la descripci�n de cada proceso de conformado para as� comprender la influencia de la estructura cristalina en estos desarrollos.

Forjado

Uno de los principales procesos que realizo el hombre a comienzos de su evoluci�n fue el forjado. Este proceso consiste en modificar la forma de una pieza a trav�s del uso de presiones por medios de martillos o por equipos como el martinete o prensa hidr�ulica. El proceso de forjado se puede observar en la Figura 7. Seg�n Dieter (1987) en su libro Metalurg�a Mec�nica se�ala que el forjado evolucion� en la revoluci�n industrial, por lo que se sustituyo el brazo del herrero por las m�quinas, donde en la actualidad hay una extraordinaria varbilidad de equipos de forja que permiten obtener piezas con tama�os que van desde un remache, a un rotor de turbina o un ala entera de aeroplano. En la Figura 8 se muestra la secuencia de pasos para realizar el forjado.

Figura 7. Proceso de forjado

Fuente: (Dieter, 1987)

 

Figura 7. Secuencias de pasos para realizar el forjado

Fuente: (Kalpakjian, 2002)

En general, el forjado se puede realizar variando la temperatura del metal o palanquilla que se desea conformar. Esto es lo que se denomina trabajo en fr�o y trabajo en caliente. Seg�n Kalpakjian (2002) se�alan que

El forjado en fr�o requiere mayores fuerzas, por la alta resistencia del material, y los matewriales de la pieza deben tener la ductilidad suficiente a temperatura ambiente. Las piezas forjadas en fr�o tiene buen acabado superficial y buena precisi�n dimensional. El forjado en caliente se requieren menores fuerzas, pero producen precisi�n dimensional y acabado superficial que no son tan buenos. (p�g. 342)

Esta situaci�n es caracter�stica de todos los procesos de conformado. El trabajo en caliente se hace realmente en materiales que poseen una estructura cristalina resistente como es el caso de la BCC. Del mismo modo, se eleva la temperatura de trabajo porque se juega con la condici�n alotr�pica del acero, seg�n sea el caso de que se este trabajando con este metal. Al aumentar la temperatura, la estructura cambia de BCC a FCC, pasando de un material resistente a un material d�ctil.

Laminaci�n��

A nivel industrial es uno de los primeros procesos de conformado, el cual consiste en modificar las palanquillas provenientes del proceso de funci�n. Esta materia prima se deforma a trav�s de unos rodillos que ejercen la fuerza y van dando forma que se requiere en el producto final. Al deformar los metales pas�ndolos entre los rodillos se somete el material a intensas tensiones de compresi�n, por el efecto del aplastamiento de los rodillos y a tensiones superficiales de cizallamiento originadas por la fricci�n entre los rodillos y el metal (Dieter, 1987). El proceso de laminado plano y de forma se puede detallar en la Figura 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 8. Proceso de laminado plano y de forma

Fuente: (Kalpakjian, 2002)

 

Del mismo modo, como se desarrolla el proceso de forjado en funci�n de la temperatura de trabajo, la laminaci�n ocurre de la misma forma. Sin embargo, considera que primero se efect�a a temperaturas elevadas (laminado en caliente), durante esta fase, la estructura de grano basta, fr�gil y porosa del lingote o del metal continuamente colado se reduce a una estructura laminada (forjada) con un tama�o de grano m�s fino y mejores propiedades (Kalpakjian, 2002). En otras palabras, adquiere mayor resistencia.

En la laminaci�n, en caliente o en fr�o, se pretende, fundamentalmente, disminuir el espesor del metal. Por lo general aumenta poco la anchura, por lo que la disminuci�n del espesor se traduce en aumento de longitud. El perfilado de la chapa con rodillos, que a veces se llama perfilado por laminaci�n, es una operaci�n especial de trabajo en fr�o en la que la chapa o fleje se pliega progresivamente, para obtener perfiles estructurales de formas complejas, pas�ndolas a trav�s de series de cilindros o rodillos accionados mec�nicamente. (Dieter, 1987, p�g. 521)

El aumento o distorsi�n del ancho, la disminuci�n del espesor y el aumento de la longitud de la palanquilla se detalla en la Figura 9.

 

 

 

 

Figura 9. Distorsi�n de la palanquilla en el proceso de laminaci�n.

Fuente: (Dieter, 1987)

 

Extrusi�n

Este tipo de conformado se utiliza para obtener piezas de gran longitud y su forma va a depender de la forma del dado. Este proceso consiste en pasar la palanquilla por una matriz que contiene un dado con la forma que se requiere en la pieza. Seg�n Dieter (1987) la extrusi�n se emplea, en general, para obtener barras o tubos, pero tambi�n se pueden obtener perfiles con secciones de formas complicadas, en el caso de metales m�s faciles de extrusar, por ejemplo, el aluminio. El proceso de extrusi�n se ve reflejado en la Figura 10.

Figura 10. Esquema del proceso de extrusi�n directa.

Fuente: (Kalpakjian, 2002)

 

Existen diversos productos que son fabricados a trav�s de este proceso de conformado. Estos productos son puertas corredizas, tubos de distintos perfiles transversales, perfiles estructurales y arquitect�nicos y marcos para puertas y ventanas; los productos extruidos se pueden cortar en tramos, con lo que se transforman en piezas discretas como soportes, engranajes y perchas (Kalpakjian, 2002). Este tipo de conformado tambi�n se puede realizar en frio o en caliente, seg�n sea el metal que se va a trabajar.

Se necesitan presiones elevadas y, por ello, la mayor�a de los metales se extrusan en caliente, a fin de que sea menor la resistencia a la deformaci�n. A pesar de ello, tambi�n se puede hacer la extrusi�n en frio en el caso de muchos metales, por lo que este proceso est� alcanzando una importancia industrial considerable. La reacci�n de la palanquilla contra el cuerpo de extrusi�n y la matriz origina altas tensiones de comprensi�n, que son muy eficaces para evitar el agrietamiento del material en el desbaste primario de la palanquilla. Esta es una raz�n importante para la creciente utilizaci�n de la extrusi�n en el trabajo de los metales dificiles de conformar, tales como los aceros inoxidables, las aleaciones a base de n�quel y el molibdeno. (Dieter, 1987, p�g. 549)

 

Referencias

1.      Apraiz Barreiro, J. (1984). Tratamiento t�rmico de los aceros, 8va Edici�n. Madrid, Espa�a: Editorial Dossat, S. A.

2.      Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingenier�a de los materiales. M�xico, D.F., M�xico: International Thomson.

3.      Avner, S. (1988). Introducci�n a la metalurg�a f�sica, 2da edici�n. M�xico, D. F. : McGraw-Hill / Interamericana de M�xico S. A de C. V. .

4.      Callister, W. (2005). Introducci�n a la Ciencia e Ingenier�a de los Materiales. Barcelona, Espa�a: Editorial Revert�, S. A.

5.      Dieter, G. (1987). Metalurg�a Mec�nica. Madrid, Espa�a: Editorial Aguilar.

6.      Kalpakjian, S. (2002). Manufactura, ingenier�a y tecnolog�a. M�xico, D.F.: Editorial Pearson.

7.      Palella, S., & Martins, F. (2010). Metodolog�a de la investigaci�n cuantitativa. Caracas, Venezuela: FEDUPEL, Fondo Editorial de la Universidad Pedag�gica Experimental Libertador.

8.      Quintero, O. (2003). Solidificaci�n. Caracas, Venezuela: Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Sim�n Bol�var.

� 2021 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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