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Extrusin de polvos metlicosLa extrusin de polvos metlicos ocupa
un nicho especialen la tecnologa de extrusin debido a varias
razones:
La posibilidad de producir piezas de materiales difciles
oimposibles de procesar por colada y deformacin plstica.
Mejora de las propiedades por refinamiento de la microestructura
yminimizacin de la segregacin.
La dispersin de una especie en otra mediante extrusin de
mezclade polvos.
Posibilidad de conseguir densificacin total sin necesidad
desinterizacin u otro tratamiento trmico.
Reduccin de la presin de extrusin y rangos de temperatura
yvelocidad de pistn ms amplios que en la extrusin de
lingotesmacizos.
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Mtodos de extrusin de polvos metlicos
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Encapsulado de los polvos
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Encapsulado de los polvosEl encapsulado se utiliza por las
siguientes razones: Aislacin del material principal de la atmsfera
y lubricantes de
extrusin. Aislacin de materiales txicos, tales como berilio y
uranio. Contencin de polvos esfricos y/o difciles de compactar.
Mejora de la lubricidad y flujo metlico en la interfase con la
matriz
mediante la seleccin del material de encapsulado. Aislacin del
material principal de la matriz y regin de ms alto
cizallado, que es una consideracin importante para materiales
deductilidad limitada.
La posibilidad de posicionar el polvo y componentes
macizosdentro del encapsulado para producir formas complejas
(variantede la tcnica de lingote relleno).
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Mtodos de extrusin
Extrusin directa
Extrusin inversa
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Presin de extrusin
Variacin de la presin de extrusin con el desplazamiento para
unaaleacin Al-Mg-Si compactada en fro, como funcin de la velocidad
deextrusin. Comparacin con una aleacin similar fundida.
Crecimiento ms lento no lineal
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Etapas en la extrusin de polvos1. Compresin del polvo dentro del
contenedor (pobre
ligazn y baja resistencia).
2. Deformacin cortante dentro de la matriz. Uninmetlica entre
las partculas (alta resistenciamecnica).
El trabajo redundante, que es superior en la extrusin depolvos
que en la de lingotes macizos, facilita la soldaduraentre
partculas.
Cuando ms fino es el polvo, mayor es el trabajoredundante.
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Flujo metlico en extrusin
Efecto de la conicidad de la matriz sobre el flujo.
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Extrusin de polvos Extrusin de lingote fundidoProceso 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 travs de la matriz.
Proceso de flujo plstico de un cuerpo macizo. La densidad no
cambia. La microestructura cambia como consecuencia de la
deformacin cortante y la recristalizacin.
Presin de extrusin baja, debido a la presencia de porosidad en
el lingote.Desarrollo de las propiedades finales slo despus de
atravesar la zona de deformacin.
Presin de extrusin alta. Posee alta tensin de fluencia antes de
la extrusin.
El trabajo redundante depende de la relacin superficie/volumen
del polvo. Menor tamao de partcula mayor trabajo redundante mejores
propiedades.
El trabajo redundante depende de la geometra de la matriz, la
lubricacin y la resistencia del material. Mayor trabajo redundante
mayor presin y mayor descarte.
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Prctica de la extrusinEn la extrusin de polvo encapsulado o de
lingote relleno deben considerarse cuidadosamente las propiedades
mecnicas y fsicas de los componentes para evitar serios
inconvenientes tales como:
Formacin de fases eutcticas. Importante desajuste termomecnico a
la temperatura
de extrusin.
Excesiva interdifusin entre el encapsulado y la pieza. Extrema
dificultad para retirar el encapsulado del
producto.
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Prctica de la extrusin
Plegado del encapsulado con polvo poco empaquetado
Tcnica de extrusin para evitar el plegado
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Aplicaciones de la extrusin de polvos Endurecimiento por
dispersin.
El proceso de extrusin facilita la dispersin de xidos
superficialeso partculas exgenas. Esta dispersin aumenta la
resistencia aalta temperatura.
Superaleaciones.El proceso ms usual de consolidacin de
superaleaciones escompactacin en caliente (hasta 94% de densidad)
de polvoatomizado por gas, encapsulado seguido por extrusin con
unarelacin 5-7:1, remocin del encapsulado y posterior forja.
Un desarrollo reciente es la fabricacin de alambres muy
finospara soldadura de labes de turbina.
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Fabricacin de alambres de superaleacin para soldadura.
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Aplicaciones de la extrusin de polvos Berilio.
El berilio es un material txico y difcil de procesar. Presenta
fuerteanisotropa y su ductilidad se incrementa en la direccin
deextrusin. Esta propiedad, junto a su baja densidad (1,85 g/cm3)lo
hace un material ideal para la fabricacin de tubos para satlitesde
comunicacin.
Aleaciones ferrosas.La fabricacin de tubos de acero inoxidable
para servicio crticopuede hacerse mediante CIP (85-90% de densidad)
de polvosatomizados por gas inerte, seguido por extrusin a 1200C,
conuna relacin 4:1, lubricada con vidrio.Tambin se procesan por
extrusin ciertos aceros paraherramienta, en los que se consigue
baja segregacin y granofino.
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Aplicaciones de la extrusin de polvos
Materiales compuestos.La extrusin de polvos permite la
fabricacin de macro y microcompuestos.
Los agentes reforzantes pueden formarse in-situ
mediantereacciones metalrgicas, o pueden incorporarse como
componenteseparado durante la mezcla.
La extrusin sirve para alinear los agentes reforzantes y
paraconsolidar el producto.
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Extrusin con temperaturas mltiples
Este proceso permite co-deformar materiales cuya rigidez
resultara distinta si se encontrasen a la misma temperatura.
La rigidez se iguala si los componentes a diferentes
temperaturas se ensamblan y extrudan rpidamente.
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Procesos de extrusin continuos
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Procesos de extrusin continuos
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Forjado y prensado en calienteEl forjado y el prensado en
caliente de polvosimplican la aplicacin simultanea de calor y
presinpara lograr la consolidacin de los polvos hastadensificacin
completa o casi completa.
Ambos procesos se realizan en el interior de unamatriz que
proporciona la forma final delcomponente.
Sin embargo, ambos procesos presentan notablesdiferencias.
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Forjado y prensado en caliente Forjado:
Se efecta en prensas de alta velocidad. Implica deformacin con
un considerable flujo lateral.
El flujo lateral de la forja produce considerablecizallamiento
que rompe las pelculas superficiales dexidos y mejora la unin
interpartculas.
Prensado en caliente: Se realiza a velocidades de deformacin muy
bajas. Consiste en la compresin de polvo suelto o reprensado
con insignificante deformacin lateral. Los poros simplemente
colapsan por compresin.
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Forjado y prensado en caliente
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Prensado en calienteUna de los principales cuestiones en el
prensado en calientede polvos es la eleccin del material del
molde.Los requisitos que ste debe cumplir son:
Ser suficientemente resistente a la temperatura de computacin
para poder soportar la presin aplicada sin sufrir deformacin
plstica.
No reaccionar con el polvo a prensar.Los materiales ms empleados
son:
Grafito (vaco). Cermicos. Molibdeno (atm. cont.) Aleacin 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 calienteSe ha diseado una gran variedad
de equipos. Estosequipos combinan la calefaccin directa o indirecta
condiferentes configuraciones de matrices y sistema deproteccin de
las mismas con una atmsfera controlada.Puesto que el prensado en
caliente involucra mecanismosde deformacin plstica, creep y
difusin, los tiempos deprensado son de varios minutos e incluso
horas.Por tal razn se usan prensas hidrulicas o neumticas y
noprensas mecnicas.Es importante tener un control preciso de la
carga axial,para asegurar una presin constante o el perfil
presin-tiempo requerido durante la operacin.
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Equipos para prensado en caliente
Dispositivo de prensado en vacopara la consolidacin de
berilio.La matriz es de grafito, rodeada poruna bobina de induccin
para elcalentamiento de la misma y delpolvo.El dispositivo est
montado dentrode una cmara de pared doble consellos de vaco para
los mbolos yconexiones auxiliares.
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Equipos para prensado en caliente
Montaje de matriz y punzn de grafito, calentados por
resistencia, dentro de unaprensa hidrulica, para prensado de acero
y aleaciones de nquel y de titanio.El dispositivo est alojado
dentro de un recinto telescpico para contener laatmsfera
controlada.
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Aplicaciones del prensado en caliente Berilio.
Se consolida en vaco, en matriz de grafito, a 1050-1100C y
presiones de1,4 a 4 MPa.
Carburos cementados.Se compactan en caliente, generalmente en
moldes de grafito calentadospor induccin a 1400C y prensados a
presiones de hasta 17 MPa.
Aleaciones de aluminio.La compactacin en caliente en matriz de
acero de aleaciones endurecidaspor dispersin, es precedida por
compactacin en fro y sucedida porextrusin o forja.
Materiales de friccin.Ciertos materiales de friccin metlicos se
prensan en caliente a partir deuna mezcla metal-cermico.
Simultneamente con la sinterizacin seproduce la soldadura al acero
de respaldo.
Materiales y compuestos matriz cermica o metlica.
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Forjado Factores a tener en cuenta:
Caractersticas de los polvos:Tamao y forma pueden ser
importantes en la fabricacin de lapreforma.Se prefieren polvos
grandes e irregulares, con bajo contenido dexidos.
Caractersticas de las preformas:Se compactan en matrices rgidas
o mediante CIP.El control del peso es crtico, debido a que la forja
se realiza enuna matriz cerrada, sin espacio para rebaba.El
sinterizado es crtico porque determina el nivel de oxgeno dela
preforma y de la pieza forjada, que influye fuertemente sobrelas
propiedades mecnicas.
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Forjado
Efecto del contenido de oxgeno sobre la reduccin de rea y sobre
la tenacidad.
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Forjado Factores a tener en cuenta:
Diseo de la preforma:Es clave para un proceso de forja
satisfactorio, debido a suefecto sobre el flujo metlico y la
distribucin de tensiones.
Temperatura:Influye sobre las propiedades de la pieza y sobre la
vida til delas matrices.Para polvos de acero la temperatura ptima
es 980 C.
Velocidad de forjado:El tiempo de contacto entre la preforma y
la matriz debe ser elms corto posible.
