Investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia MISIS (NUST MISIS) han desarrollado nuevas aleaciones de aluminio que resultan especialmente económicas y eficientes en la fabricación de distintos tipos de vehículos modernos.
Los resultados del estudio están publicados en la revista Materials Science and Engineering A.
El aluminio y sus aleaciones ocupan el segundo lugar en términos de aplicaciones solo por detrás de las aleaciones de hierro. El aluminio se procesa fácilmente mediante forjado, estampado, laminado y se caracteriza por su baja densidad, resultando ligeros los artículos fabricados con este material.
Las aleaciones de aluminio son muy resistentes a la corrosión y tienen gran conductividad térmica y eléctrica (dejan pasar el calor y la corriente eléctrica con un mínimo de pérdidas), solidez y ductilidad, buena facilidad para fabricación. Se utilizan ampliamente en la aeronáutica: en muchos aviones, a las piezas de aluminio les corresponde más del 20% del peso de todas las estructuras. Las aleaciones de aluminio desbancan las de acero en las piezas de los automóviles, lo que disminuye su peso y, como consecuencia, permite ahorrar el combustible.
La tecnología de fabricación de piezas de paredes delgadas con perfil complejo, que es tradicional para la ingeniería mecánica, se basa en técnicas de estampado de láminas que se caracteriza por una baja tasa de utilización de metales y una gran cantidad de piezas componentes y elementos de sujeción —piezas compuestas obtenidas por estampado que se componen de partes que deben unirse por remachado o soldadura—.
Estas deficiencias se eliminan mediante el uso de conformado superplástico de lámina (SPF): se obtienen estructuras ligeras de una sola pieza y con geometría compleja.
Los investigadores de la NUST MISIS se plantearon el objetivo de desarrollar aleaciones de aluminio con una mayor resistencia a temperatura ambiente y facilidad para el conformado superplástico a velocidades elevadas.
"Fundimos los componentes necesarios en el horno a una temperatura de aproximadamente 800 grados centígrados y rellenamos un molde especial. Después, recocemos los lingotes y los laminamos", explica la responsable del estudio Anastasía Mijáilovskaya, docente de la NUST MISIS.
"En cada etapa, es importante controlar su microestructura, cuyos parámetros determinan la estructura de la lámina final después de las operaciones intermedias. Para ello, utilizamos microscopios con un aumento de hasta 20.000 veces. A continuación analizamos las propiedades de las muestras de las aleaciones, su resistencia y ductilidad a temperaturas ambiente y elevada (400 a 500 grados centígrados) estirando la muestra para que se rompa", asegura Mijáilovskaya.
Según la investigadora, la implementación del efecto de superplasticidad en el procesamiento de metales por presión permite obtener en una sola operación en equipos de potencia relativamente pequeña piezas de forma compleja, muy próxima a la final. Eso ayuda a reducir significativamente la complejidad y el costo de la fabricación del artículo. Además, el método permite evitar el martilleo manual para lograr la geometría buscada del artículo.
Hoy en día existen varias aleaciones superplásticas para el SPF, la mayoría de las cuales tienen velocidades de deformación muy bajas y un alargamiento relativo de aproximadamente el 300%, dice la coautora del estudio Anna Kíschik, estudiante de doctorado de la NUST MISIS.
"El conformado de una pieza con complejidad media a estas velocidades lleva varias horas. El costo del proceso tecnológico alcanza el 70 u 80% del costo del producto final. Por lo tanto, reducir varias veces el tiempo del conformado aumentará los volúmenes de producción y disminuirá el costo del producto. Proponemos nuevas aleaciones con facilidad para el SPF de alta velocidad, lo que reduce el tiempo de obtener una pieza a 15 o 20 minutos, mientras que los posibles grados de deformación superan el 400%. Son precisamente las propiedades que tiene nuestra aleación, que es entre un 20% y un 30% más resistente que las similares", explica.
Antes de introducir la aleación en la producción, los científicos prevén llevar a cabo pruebas en condiciones de fabricación de láminas. En el futuro inmediato, los investigadores realizarán gestiones para obtener una patente internacional.
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