Saltar la navegación

4.3.- Interacción estructura, procesamiento y propiedades.

La estructura y propiedades originales determinan la manera de procesar el material.

Tanto el proceso de obtención del material inicial como el de fabricación de la pieza afectan a la estructura de la misma, y por consiguiente a sus propiedades.

En general, mediante los procesos de conformado mediante deformación volumétrica, como la forja, laminación, etc. se consiguen unos efectos en las piezas tales como el afino de grano, la orientación de la fibra, y disminución de segregaciones y sopladuras. Es importante entender la importancia de dichos parámetros:

  • El tamaño de grano
Imagen que muestra el afino del grano.

Un metal es generalmente un conjunto formado por gran cantidad de pequeños cristales individuales, que se denominan granos, cuyo tamaño y proceso de formación influyen enormemente en las propiedades mecánicas de los materiales. Cuanto mayor es su tamaño, peores son en general sus propiedades mecánicas; esto es debido a que los materiales suelen contener una gran cantidad de impurezas, bastante frágiles, que se concentran formando capas que envuelven los granos y los separan unos de otros, así que, cuanto más pequeños son los granos, mayor resulta la superficie total (superficie intergranular) en la que puede repartirse una misma proporción de impurezas, resultando así capas más finas, o incluso discontinuas.

La imagen de la izquierda muestra el afino del grano a consecuencia de un proceso de forja a golpes; el grano se tritura y afina.

Orientación de la fibra en un gancho obtenido por  forja.
  • La orientación de la fibra

Cuando los materiales se laminan o estiran, es decir, cuando se aumenta su longitud y reduce su sección, todas las impurezas que contienen, se aplastan y se alargan en la misma dirección que la pieza, formando una especie de fibra. A consecuencia de esta concentración, las propiedades mecánicas del metal varían según la dirección, siendo peores en sentido transversal de la fibra, y mejores en sentido longitudinal. Por eso, es importante que la fibra esté orientada en la dirección en que la pieza haya de soportar mayores esfuerzos.

La fotografía de la derecha, propiedad de IRIZAR Forge, muestra la orientación de la fibra en un gancho obtenido mediante forjado. Se aprecia que la estructura del grano, la fibra, se orienta según la forma de la pieza, dando lugar a una mayor ductilidad y mayor resistencia al impacto y a la fatiga.

  • Segregaciones y sopladuras
Imagen de sopladuras.

Tanto unas como otras constituyen defectos de solidificación en el proceso inicial de conformación de los metales. Ten en cuenta que los metales y aleaciones de interés industrial se obtienen casi siempre en estado líquido en hornos, solidificando después en moldes, dando lugar a los lingotes.
Las segregaciones son las desviaciones de la composición química, y las sopladuras son cavidades producidas por los gases desprendidos en el enfriamiento del lingote, y que no han podido llegar a las superficie. Ambos defectos hacen que aumente la fragilidad del material, pudiendo originar agrietamiento durante un conformado mecánico posterior.

La imagen superior muestra el aplastamiento de la masa de metal que se produce en la forja, a consecuencia de lo cual las sopladuras quedan también aplastadas. Además si sus paredes están perfectamente limpias y no oxidadas, al ponerse en íntimo contacto a temperaturas elevadas, se sueldan, desapareciendo así la sopladura.

Barra obtenida por fundición.
Barra obtenida por conformado por deformación.

De todo lo comentado hasta ahora se deduce que una barra de cobre, por ejemplo, presentará una estructura muy diferente según si ha sido obtenida obtiene mediante fundición (imagen de la izquierda) o por conformado por deformación (imagen de la derecha). La orientación, el tamaño y la forma de los granos son diferentes en uno y otro caso: la estructura fundida suele tener cavidades huecas o rechupes (sopladuras) o inclusiones de partículas no metálicas, mientras que en el material conformado mecánicamente las partículas no metálicas se deforman en la dirección del flujo al igual que los granos.

 

En el caso de los polímeros, sus propiedades mecánicas están determinadas por su estructura química y peso molecular. Propiedades como la resistencia a la tensión, su módulo elástico, dureza y facilidad de proceso requieren un valor de peso molecular mínimo. Si bien la resistencia mecánica aumenta con el peso molecular, la facilidad de procesamiento disminuye. Las variables más importantes que determinan el estado físico de un polímero son la magnitud y naturaleza de las restricciones al movimiento de sus cadenas moleculares, principalmente en el estado amorfo, en cambio cuando existe cierto grado de cristalinidad el material se endurece, aumentando su punto de fusión y propiedades mecánicas.
Los polímeros clasificados como termoestables o termofijos no pueden deformarse plásticamente, mientras que los termoplásticos son fácilmente deformables.
La estructura y propiedades originales determinan la manera de procesar el material.

Autoevaluación

Pregunta

Si una de estas pieza ha sido obtenida mediante mecanizado por arranque de viruta, y la otra mediante conformado por deformación, y sabiendo que las líneas trazadas representan la orientación de la fibra, ¿sabrías determinar cuál es cuál?

Comparativa de la orientación de la fibra en dos piezas obtenidas mediante procesos diferentes.

 

 

Respuestas

La pieza A ha sido obtenida mediante forja, y la pieza B ha sido mecanizada.

La pieza A ha sido mecanizada, y la pieza B ha sido obtenida mediante forja.

Retroalimentación