Deformación en caliente de metales

Montserrat Sarmiento Sanmartín

La elaboración de piezas mediante deformación del material se puede realizar a temperatura ambiente (deformación en frío) o elevando la temperatura del material por encima de la temperatura de recristalización (deformación en caliente). Se aplica principalmente a los metales, aunque también se emplea en la obtención de piezas de plástico (termoconformado). Entre los metales, hay algunos (Oro, Cobre, Plata,….) que se deforman bien en frío, pero otros (materiales férreos) son difíciles de deformar en frío. En caso de poder escoger siempre se realizará la deformación en frío ya que se obtienen unas propiedades mecánicas superiores y un mejor acabado de la pieza, además se ahorra la energía de calentar el material y las herramientas a emplear no tienen que estar preparadas para soportar altas temperaturas. Por el contrario, las máquinas empleadas en la deformación en frío tendrán que tener mayor potencia.

Una de las propiedades más importantes de los metales es su maleabilidad, este término indica la propiedad de un metal para ser deformado mecánicamente por encima de su límite elástico, sin incremento considerable en la resistencia a la deformación.

Se deforma en caliente un material cuando se produce recuperación y recristalización simultáneamente con la deformación. El rango de trabajado en caliente está comprendido entre la temperatura de recristalización y la de fusión del metal.

La materia prima tiene la forma (para los procesos de formado) en el caso, de por ejemplo el acero, en lingote, éste con su estructura cristalina típica gruesa y dendrítica, no es útil para las aplicaciones en las que se requiera resistencia mecánica. Las partes fabricadas directamente del acero en lingote pueden no soportar la recepción de fuerzas de trabajo y cargas de impacto. Los granos dendríticos que contiene un lingote vaciado deben recristalizarse para dar al acero la resistencia necesaria, esto se logra mediante procesos de trabajo en caliente como:

- Colada continua- Forja (laminación, estirado, recalcado, estampado, extrusión,…)Los factores que influyen en el tamaño de grano que se obtiene con la deformación en

caliente son:- Tamaño inicial del grano- Cantidad de la deformación- Temperatura final del proceso- Velocidad de enfriamientoDado que el metal se encuentra a alta temperatura, los cristales reformados comienzan

a crecer nuevamente, pero estos no son tan grandes e irregulares como antes. Al avanzar el trabajo en caliente y enfriarse el metal, cada deformación genera cristales más pequeños, uniformes y hasta cierto grado aplanados, lo cual da al metal una condición a la que se le llama anisotropía u orientación de grano o fibra, es decir, el metal es más dúctil y deformable en la dirección de un eje que en la del otro.

Esta condición (anisotropía) nos ayuda a explicar las siguiente ventajas del trabajo en caliente:

- No aumenta la dureza o ductilidad del metal ya que los granos distorsionados deformados durante el proceso, pronto cambian a nuevos granos sin deformación, es decir, granos equiaxiales.

- El metal se hace más tenaz pues los cristales formados son más pequeños y por lo tanto más numerosos y además disminuye el espacio entre cristales y se segregan las impurezas.

- Se requiere menor fuerza y por lo tanto menor tiempo, ya que el material es más maleable.

- Facilidad para empujar el metal a formas extremas cuando está caliente, sin roturas ni desgastes pues los cristales son más plegables y se forman continuamente.

- Ayuda a perfeccionar la estructura granular, eliminando zonas de baja resistencia.- Se eliminan los poros de forma considerable, debido a las altas presiones de

trabajo.- En los aceros al carbono con menos de 0.25% de carbono el material tiene buena

soldabilidad y maquinabilidad.Por el contrario, presenta las siguientes desventajas:- Se tiene una rápida oxidación o formación de escamas en la superficie con el

consiguiente mal acabado superficial.- No se pueden mantener tolerancias estrechas.- Se requieren herramientas resistentes al calor que son relativamente costosas.

PROBLEMAS EN EL USO DE LA DEFORMACIÓN EN CALIENTELa mayor parte de las operaciones en caliente se efectúan en una serie de pasadas o

etapas. En general, se mantiene la temperatura de trabajo en las pasadas intermedias bastante por encima de la mínima, que es la de recristalización, a efecto de aprovechar la menor resistencia ofrecida por los metales. Esto podría dar lugar a un crecimiento de grano excesivo durante la recristalización, por lo que es práctica común bajar la temperatura de la última pasada hasta un valor tal que el crecimiento del grano sea mínimo. Se recomiendan reducciones severas en este paso, con el mismo objeto de obtener grano fino en la pieza.

QUEMADOEl rango de conformado en caliente está limitado por la temperatura de fusión del

metal. Esta temperatura puede ser diferente a la establecida en los diagramas de fase debido a que las aleaciones comerciales son solidificadas en condiciones industriales. Se pueden presentar las siguientes características:

1.- Segregación en la solidificación (coring), por lo que puede haber zonas del material cuya temperatura de fusión está por debajo de la establecida para la composición media. Puede haber, en algunos casos, zonas con composición eutéctica donde, según el diagrama, no debiera haberlas.

2.- Presencia de impurezas de punto de fusión inferior al de la aleación base.Para evitar el quemado, normalmente se trabaja de 50 a 100ºC por debajo de la

temperatura de solidus.FRAGILIDAD EN CALIENTEMuchos metales y aleaciones no pueden ser trabajados en caliente porque presentan

una marcada tendencia a agrietarse y romperse en ese rango de temperaturas. Este comportamiento se conoce como “fragilidad en caliente”, también es importante en piezas fundidas porque puede producir agrietamientos durante la solidificación.

Las causas que producen en fragilidad en caliente se pueden clasificar en:a.- Componentes estructurales de bajo punto de fusión (eutécticos) o impurezas (Pb en

aceros o latones) que funden a temperaturas cercanas a la de recristalización del metal base.b.- Precipitación de constituyentes duros y frágiles a partir de soluciones sólidas. Esto

implica que las temperaturas en que aparecen estos precipitados no pueden usarse para procesos de deformación plástica.

En ambos casos interesa la morfología de las fases fusibles o frágiles. Estas pueden aparecer como partículas aisladas o como redes continuas en el borde de grano. Esta disposición está gobernada por las tensiones superficiales entre las partículas de segunda fase y la matriz, que determinan el ángulo de formación de partículas dispersas. Un ángulo de

contacto nulo da lugar a una película de segunda fase que rodea completamente a los granos de la matriz.

Para corregir este problema se ha tratado de agregar elementos aleantes que faciliten la formación de partículas dispersas al actuar sobre la tensión superficial de las fases dispersas.

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