ESTUDIAN EN LA UNAM PROCESOS DE DEFORMACIÓN PLÁSTICA SEVERA EN ALEACIONES

En el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, Gonzalo González Reyes estudia los procesos de deformación plástica severa en aleaciones base aluminio, para mejorar el límite de cedencia y la ductilidad.

El límite de cedencia o fluencia es el esfuerzo aplicado a un material, a partir del cual sufre una deformación permanente; con estos procesos se puede elevar ese límite hasta un 400 por ciento en ciertas combinaciones, sin sacrificar la ductilidad.

Las aplicaciones potenciales son muchas. Una aleación de aluminio tratada podría tener la resistencia de un acero medio en carbono; la densidad de aquél, explicó González Reyes, es del orden de 2.7 gramos por centímetro cúbico, es decir, casi tres veces menos que el acero. Si además de pesar tres veces menos, se logra que su sección sea menor, entonces se tendrían estructuras sumamente ligeras, de resistencia similar y sin detrimento de la seguridad o la integridad.

También se podrían reducir los costos de producción, pues se utilizaría menos material y se tendría un “perfil” más compacto, lo que suele ser útil, consideró.

Además, se puede aumentar la ductilidad de ciertas mezclas. Ello abriría el campo de aplicación de sistemas cuyo uso estructural es limitado. Sin embargo, aún falta mucho por hacer y, por el momento, no existe un proceso que pueda escalarse a nivel industrial para comercializar las aleaciones producidas con estos procesos.

Actualmente, González Reyes y su grupo de colaboradores trabajan en combinaciones de aluminio-estaño, aluminio-titanio y aluminio-magnesio, ensayadas con las prácticas referidas.

Procedimiento

Si se aplica un esfuerzo a una aleación (fuerza dividida entre área), se producirá una deformación que puede ser o no permanente en función de la magnitud de esa acción.

Si el material regresa a su tamaño original, entonces se habla de una deformación elástica, pero si a pesar de haber suprimido el esfuerzo no recupera su tamaño original, entonces se afirma que es una deformación plástica, y para lograr que sea severa, “empleamos un proceso de extrusión, consistente en aplicar una presión sobre una barra metálica de sección cuadrada, y obligada a pasar a través de un canal que tiene un ángulo de 90 grados”.

Se lleva a cabo de manera repetida, es decir, la barra se vuelve a introducir al canal una y otra vez, hasta generar en él granos de tamaño nanométrico (una millonésima parte de un milímetro).

González explicó que los metales están compuestos por granos, que se forman si la aleación pasa de estado líquido a sólido; ciertas zonas solidifican antes que otras y empiezan a crecer como “islas” dentro de un océano de metal fundido. Al final, los granos ya no pueden crecer, pues a su alrededor ya no hay más líquido.

En el momento que un material tiene granos nanométricos y alcanzamos una alteración plástica, entonces éstos se deslizan unos sobre otros en el interior, como en un reloj de arena; este fenómeno facilita ese cambio.

En los procesos convencionales para deformar una aleación, con tamaño de grano no nanométrico, ocurre un deslizamiento de planos atómicos; la idea al reducir el tamaño, es cambiar este proceso por el de un deslizamiento de los mismos, para mejorar la ductilidad, precisó.

Incluso, en ciertas mezclas se pueden alcanzar propiedades “superplásticas”, donde con esfuerzos relativamente pequeños se logran cambios tan “grandes”, como las comunes en los elementos que se “deforman”, sin problema, en un 300 por ciento.

Para estudiarlas usamos microscopios electrónicos de barrido y transmisión, lo que permite analizarlas químicamente en una escala nanométrica, saber de qué tipo de átomos están constituidas y cómo están ordenadas sus redes atómicas.

“También empleamos otras técnicas, como la difracción de rayos X, para medir los esfuerzos internos y estimar el tamaño de grano promedio. Por último, hacemos pruebas mecánicas en pequeñas probetas, donde medimos el esfuerzo en función de la deformación generada, que nos permite saber si el material recuperó cierta ductilidad después de haber aplicado nuestro proceso”, explicó.

Los primeros resultados de esta investigación fueron publicados en la revista internacional Materials Transactions, en junio de este año (Vol 53 No 7 pp 1234-1239. 2012).

Contó con el apoyo financiero del Instituto de Investigaciones en Materiales, de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la UNAM, y del Conacyt. Los estudios se realizan en colaboración con otros laboratorios del extranjero (Francia), refirió.

En el futuro, desde el punto de vista científico, el universitario espera encontrar valores cada vez mayores, porque “no hemos logrado alcanzar los reportados en otros sitios”.

La metalurgia, a pesar de su antigüedad, tiene mucho que enseñarnos; de ella aún aprendemos y descubrimos. Es un área muy dinámica, donde aún se generan nuevos materiales, que en menos de 15 años podrían ser parte de la cotidianidad, finalizó.