Extrusión de polvos
Extrusión de lingote fundido
Proceso continuo: soldadura rotura de las uniones resoldadura. Aumento de densidad en el contenedor. La integridad estructural se alcanza cuando el polvo compactado es forzado a pasar a través de la matriz. Presión de extrusión baja, debido a la presencia de porosidad en el lingote. Desarrollo de las propiedades finales sólo después de atravesar la zona de deformación.
Proceso de flujo plástico de un cuerpo macizo. La densidad no cambia. La microestructura cambia como consecuencia de la deformación cortante y la recristalización. Presión de extrusión alta. Posee alta tensión de fluencia antes de la extrusión.
El trabajo redundante depende de la relación superficie/volumen del polvo. Menor tamaño de partícula mayor trabajo redundante mejores propiedades.
El trabajo redundante depende de la geometría de la matriz, la lubricación y la resistencia del material. Mayor trabajo redundante mayor presión y mayor descarte.
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Práctica de la extrusión En la extrusión de polvo encapsulado o de “lingote relleno” deben considerarse cuidadosamente las propiedades mecánicas y físicas de los componentes para evitar serios inconvenientes tales como: Formación de fases eutécticas.
Importante desajuste termomecánico a la temperatura de extrusión.
Excesiva interdifusión entre el encapsulado y la pieza.
Extrema dificultad para retirar el encapsulado del producto.
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Práctica de la extrusión
Plegado del encapsulado con polvo poco empaquetado
Técnica de extrusión para evitar el plegado
Aplicaciones de la extrusión de polvos
Endurecimiento por dispersión. El proceso de extrusión facilita la dispersión de óxidos superficiales o partículas exógenas. Esta dispersión aumenta la resistencia a alta temperatura.
Superaleaciones. El proceso más usual de consolidación de superaleaciones es compactación en caliente (hasta 94% de densidad) de polvo atomizado por gas, encapsulado seguido por extrusión con una relación 5-7:1, remoción del encapsulado y posterior forja. Un desarrollo reciente es la fabricación de alambres muy finos para soldadura de álabes de turbina.
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Fabricación de alambres de superaleación para soldadura. 02/06/2014
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Aplicaciones de la extrusión de polvos
Berilio. El berilio es un material tóxico y difícil de procesar. Presenta fuerte anisotropía y su ductilidad se incrementa en la dirección de extrusión. Esta propiedad, junto a su baja densidad (1,85 g/cm 3) lo hace un material ideal para la fabricación de tubos para satélites de comunicación.
Aleaciones ferrosas. La fabricación de tubos de acero inoxidable para servicio crítico puede hacerse mediante CIP (85-90% de densidad) de polvos atomizados por gas inerte, seguido por extrusión a 1200°C, con una relación 4:1, lubricada con vidrio. También se procesan por extrusión ciertos aceros para herramienta, en los que se consigue baja segregación y grano fino.
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Aplicaciones de la extrusión de polvos
Materiales compuestos. La extrusión de polvos permite la fabricación de macro y micro compuestos. Los agentes reforzantes pueden formarse in-situ mediante reacciones metalúrgicas, o pueden incorporarse como componente separado durante la mezcla. La extrusión sirve para alinear los agentes reforzantes y para consolidar el producto.
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Extrusión con temperaturas múltiples
Este proceso permite co-deformar materiales cuya rigidez resultaría distinta si se encontrasen a la misma temperatura. La rigidez se iguala si los componentes a diferentes temperaturas se ensamblan y extrudan rápidamente.
Procesos de extrusión continuos
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Procesos de extrusión continuos
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Forjado y prensado en caliente El forjado y el prensado en caliente de polvos implican la aplicación simultanea de calor y presión para lograr la consolidación de los polvos hasta densificación completa o casi completa. Ambos procesos se realizan en el interior de una matriz que proporciona la forma final del componente. Sin embargo, ambos procesos presentan notables diferencias. 02/06/2014
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Forjado y prensado en caliente
Forjado:
Se efectúa en prensas de alta velocidad. Implica deformación con un considerable flujo lateral. El flujo lateral de la forja produce considerable cizallamiento que rompe las películas superficiales de óxidos y mejora la unión interpartículas.
Prensado en caliente: Se realiza a velocidades de deformación muy bajas. Consiste en la compresión de polvo suelto o reprensado con insignificante deformación lateral. Los poros simplemente colapsan por compresión.
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Forjado y prensado en caliente
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Prensado en caliente Una de los principales cuestiones en el prensado en caliente de polvos es la elección del material del molde. Los requisitos que éste debe cumplir son:
Ser suficientemente resistente a la temperatura de computación para poder soportar la presión aplicada sin sufrir deformación plástica. No reaccionar con el polvo a prensar.
Los materiales más empleados son: Grafito (vacío). Cerámicos. Molibdeno (atm. cont.) Aleación TZM (Mo-0,5 Ti-0,1 Zr). Tungsteno. Superaleaciones (refrigerados). Aceros aleados resistentes al calor (refrigerados).
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Equipos para prensado en caliente Se ha diseñado una gran variedad de equipos. Estos equipos combinan la calefacción directa o indirecta con diferentes configuraciones de matrices y sistema de protección de las mismas con una atmósfera controlada. Puesto que el prensado en caliente involucra mecanismos de deformación plástica, creep y difusión, los tiempos de prensado son de varios minutos e incluso horas. Por tal razón se usan prensas hidráulicas o neumáticas y no prensas mecánicas. Es importante tener un control preciso de la carga axial, para asegurar una presión constante o el perfil presióntiempo requerido durante la operación. 02/06/2014
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Equipos para prensado en caliente Dispositivo de prensado en vacío para la consolidación de berilio. La matriz es de grafito, rodeada por una bobina de inducción para el calentamiento de la misma y del polvo. El dispositivo está montado dentro de una cámara de pared doble con sellos de vacío para los émbolos y conexiones auxiliares.
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Equipos para prensado en caliente
Montaje de matriz y punzón de grafito, calentados por resistencia, dentro de una prensa hidráulica, para prensado de acero y aleaciones de níquel y de titanio. El dispositivo está alojado dentro de un recinto telescópico para contener la atmósfera controlada.
Aplicaciones del prensado en caliente
Berilio. Se consolida en vacío, en matriz de grafito, a 1050-1100°C y presiones de 1,4 a 4 MPa.
Carburos cementados. Se compactan en caliente, generalmente en moldes de grafito calentados por inducción a 1400ºC y prensados a presiones de hasta 17 MPa.
Aleaciones de aluminio. La compactación en caliente en matriz de acero de aleaciones endurecidas por dispersión, es precedida por compactación en frío y sucedida por extrusión o forja.
Materiales de fricción. Ciertos materiales de fricción metálicos se prensan en caliente a partir de una mezcla metal-cerámico. Simultáneamente con la sinterización se produce la soldadura al acero de respaldo.
Materiales y compuestos matriz cerámica o metálica.
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Forjado
Factores a tener en cuenta: Características de los polvos:
Tamaño y forma pueden ser importantes en la fabricación de la preforma. Se prefieren polvos grandes e irregulares, con bajo contenido de óxidos.
Características de las preformas:
Se compactan en matrices rígidas o mediante CIP. El control del peso es crítico, debido a que la forja se realiza en una matriz cerrada, sin espacio para rebaba. El sinterizado es crítico porque determina el nivel de oxígeno de la preforma y de la pieza forjada, que influye fuertemente sobre las propiedades mecánicas. 02/06/2014
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Forjado
Efecto del contenido de oxígeno sobre la reducción de área y sobre la tenacidad. 02/06/2014
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Forjado
Factores a tener en cuenta: Diseño de la preforma:
Es clave para un proceso de forja satisfactorio, debido a su efecto sobre el flujo metálico y la distribución de tensiones.
Temperatura:
Influye sobre las propiedades de la pieza y sobre la vida útil de las matrices. Para polvos de acero la temperatura óptima es 980 ºC.
Velocidad de forjado:
El tiempo de contacto entre la preforma y la matriz debe ser el más corto posible. 02/06/2014
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