Fermentadores Tratamiento térmico de materiales no ferrosos

Algunas aleaciones no ferrosas son endurecibles y otras no. Ciertas aleaciones de aluminio se endurecen por precipitación, también conocida como endurecimiento por añejamiento. Un ejemplo es el aluminio aleado con hasta aproximadamente 4.5% de cobre. Este material se puede trabajar en caliente (laminado, forjado, etc.) a una temperatura particular y a continuación calentado y mantenido a una temperatura mas elevada, con el fin de forzar una dispersión aleatoria del cobre en la solución solida. A continuación es templado para capturar esa solución supersaturada a temperatura normal. La pieza subsecuentemente es recalentada a una temperatura por debajo de la temperatura de templado y se mantiene durante un largo tiempo, al tiempo que parte de la solución supersaturada se precipita e incrementa así la dureza del material.

Otras aleaciones de aluminio, de magnesio y de titanio, así como unas cuantas aleaciones de cobre, aceptan un tratamiento térmico similar. La resistencia de las aleaciones de aluminio endurecidas se acerca a la de los aceros al medio carbono. Ya que todo aluminio tiene mas o menos la tercera parte de la densidad del acero, las aleaciones de aluminio mas resistentes ofrecen relaciones mas elevadas de resistencia al peso que los aceros al bajo carbono (dulces).

Biorreactores. Conformación y endurecimiento mecánico

TRABAJO EN FRÍO El trabajo mecánico de los metales a temperatura ambiente, a fin de modificar su forma o tamaño, también los endurecerá, pero incrementara su resistencia a expensas de la ductilidad. El trabajo en frío también puede resultar del proceso de rolado, en el cual barras metálicas son laminadas de manera progresiva al ser pasadas entre rodillos, o a partir de cualquier operación que lleve al metal dúctil mas allá del punto de fluencia para deformarlo de manera permanente.

Conforme la carga se incrementa a partir del origen en 0 mas allá del limite elástico y hacia el punta B, se introduce una deformación permanente OA.

Si en ese momento se elimina la carga, la energía elástica almacenada se recupera y el material regresa al estado de esfuerzo cero en el punto A a lo largo de una nueva línea elástica BA, paralela a la pendiente elástica original E. Si la carga ahora se vuelve a aplicar, llevándola hasta el punto C, de nuevo haciendo que el material ceda, la nueva curva esfuerzo-deformación será ABCf, ahora hay un nuevo punto de límite elástica y , que tiene un esfuerzo mas elevado que antes. El material se ha endurecido por deformación, incrementando su punta de fluencia y reduciendo su ductilidad. Este proceso se puede repetir basta que el material se vuelva frágil y se fracture.

Si para su manufactura es necesaria una deformación plástica importante, como en el caso de la fabricación de recipientes o cilindros metálicos de embutido profundo, se requiere formar el material en frio, por etapas, y recocer la pieza también entre etapas sucesivas a fin de evitar la fractura. El recocido restablece el material a la curva esfuerzo-deformación original dúctil, lo que permite cedencia adicional sin fractura.

TRABAJO EN CALIENTE Todos los metales tienen una temperatura de recristalización por debajo de la cual los efectos del trabajo mecánico se pueden describir como se indicó arriba, es decir, como trabajo en frio. Si el material se trabaja mecánicamente por encima de su temperatura de recristalización (trabajo en caliente), tendera, por lo menos al enfriarse, a recocerse parcialmente así mismo. Por lo que el trabajo en caliente reduce el problema de endurecimiento por deformación, pero introduce sus propios problemas de rápida oxidación de la superficie, debido a las elevadas temperaturas. Los metales de rolado en caliente tienen tendencia a tener mayor ductilidad, menor resistencia y un terminado superficial inferior a metales trabajados en frio de la misma aleación. El trabajo en caliente no incrementa apreciablemente la dureza del material, aunque puede incrementar su resistencia al mejorar la estructura del grano y alinear el «grano» del metal a lo largo del contorno final de la pieza. Esto es particularmente cierto en el caso de las piezas forjadas.

FORJA Es la automatización del ancestral arte del herrero. El herrero calienta la pieza al rojo vivo en la fragua y luego la golpea con un martillo para darle forma. Cuando la pieza se enfría demasiado para seguirla conformando, se vuelve a calentar Y se repite el proceso cuantas veces sea necesario. La forja moderna utiliza una serie de troqueles martillo para ir conformando gradualmente el metal caliente hacia su forma final. La forma del troquel para cada etapa representa un cambio alcanzable para ir formando la pieza a partir del lingote original y lograr la forma final deseada. La pieza se recalienta entre golpes de los troqueles montados en el martillo pilón. Las enormes fuerzas necesarias para formar plásticamente el metal caliente requiere de martillos masivos para piezas de tamaño de medio a grande. Se requieren operaciones especiales de maquinado para eliminar la considerable cantidad de «rebaba» que aparece en la línea de separación de troqueles, y también para el barrenado de perforaciones, la preparación de las superficies de montaje, etcétera. El terminado superficial de una pieza de forja es tan áspera como cualquier pieza de rolado en caliente, esto debido en parte a la oxidación y la descarburización del metal caliente. Casi cualquier metal dúctil fraguado es forjable. Por lo común se utilizan el acero, el aluminio y el titanio. La forja tiene la ventaja de crear piezas mas resistentes que las conseguidas por fundición o maquinado. Las aleaciones de fundición son inherentemente mas débiles a la tensión que las aleaciones de forja. El conformado en caliente de un material de forja a su forma final hace que las «líneas de flujo» o «granos» internos del material se aproximen a los contornos de la pieza, lo que puede dar como resultado una mayor resistencia que si las líneas de flujo de un material estándar se cortaran mediante maquinado hacia el contorno final. Las piezas forjadas se utilizan en piezas muy esforzadas, como estructuras de las alas y fuselajes de aeronaves, los cigüeñales de motores y sus bielas, así como los elementos de la suspensión de los vehículos.

EXTRUSIóN Se utiliza en particular con metales no ferrosos ( especialmente el aluminio ), ya que se suele emplear troqueles de acero. El troquel normal es un grueso disco de acero endurecido grado herramienta, con un orificio o perforación cónica que termina con la forma de la sección recta de la pieza terminada. Un lingote a extruir se calienta basta un estado blando y en seguida se empuja a presión a una velocidad relativamente alta a través del troquel sujeto a la maquina. El lingote fluye ( o se extruye) y va adquiriendo la forma del troquel. El proceso es similar al de la elaboración del macarrón. Dell ingote se extruye una tira larga del material, con la sección recta deseada. La pieza de extrusión pasa luego a través de una estación de enfriamiento por rociado de agua. La extrusión es una forma económica de obtener formas variadas de sección transversal constante, ya que los troqueles no son de fabricación muy costosa. Tanto el control dimensional como el terminado superficial son buenos. La extrusión se aplica en la fabricación de formas continuas de aluminio, como ángulos, canales, vigas en I y formas especiales para marcos de puertas y ventanas para tormenta, así como marcos para puertas corredizas, etcétera