Estira e estira sen romper
En Bélxica hai un vello chiste sobre os holandeses que din que inventaron tirar dunha moeda e que así conseguiron facer o primeiro cable de Amsterdam a Róterdan. Está claro que o chiste é un abuso porque non hai metal que se alargue tanto. Con todo, á marxe da cobiza dalgúns, é sorprendente a cantidade de material metálico que se pode alargar.
A maioría dos materiais metálicos alárganse entre o 50% e o 100%, até un máximo de dobre lonxitude, pero non todos. Algúns materiais poden alargarse moito máis, entre o 200% e o 1.000%. E una aliaxe de chumbo e estaño pode alargarse un 7.000%, é dicir, setenta veces máis. Pensemos que temos una culleriña de sobremesa feita con esta aliaxe, pois se tiramos de ambas as caras á vez, alcanzaría una lonxitude de 10 metros. Non é de estrañar que este material sexa denominado superplástico.
O termo superplástico indica que estes materiais teñen una enorme capacidade de estiramento. Aínda que sexan metais, son 'moi brandos' dentro dun rango de temperaturas e teñen una pequena tensión suficiente paira estirarse. Normalmente, o material alárgase máis facilmente por encima da metade da temperatura de fusión. Por exemplo, a aliaxe de níquel ten una temperatura de fusión duns 1.300ºC, sendo a maior superplasticidad a uns 950ºC.
O estudo microscópico dos metais permite observar como se produce este fenómeno. Lembremos que en xeral os materiais metálicos son policristalinos, é dicir, están constituídos por pequenos cristalinos. Dentro de cada cristalino, os átomos están ordenados de forma periódica. O tamaño destes cristalinos varía moito dependendo da forma en que se forme esta estrutura metálica: algúns metais teñen cristalinas microscópicas, outros teñen un tamaño milimétrico ou centímetro, e algúns fragmentos de metal son monocristales, é dicir, toda a peza é un único cristal.
Pois ben, nos superplásticos o tamaño destes cristalitos é pequeno, só unas micras (una micra é a milésima parte dun milímetro), e a clave do seu estiramento está nesa pequena pequeñez dos cristais: ao longo da deformación os cristais non aumentan. Lembrade que o metal debe quentarse paira ter un comportamento superplástico, e segundo a física de base, este quecemento amplía os cristalitos e faios máis grandes. Pero isto non ocorre cos metais superplásticos, xa que a estrutura microscópica mantén certo tamaño do cristal.
O tamaño dos cristalinos non cambia ao estirar o material, senón que cambia o tamaño e a posición destes cristais. Ademais, normalmente son materiais bifásicos, xa que o metal superplástico está formado por dous tipos de cristais de diferente composición química. Por último, hai outros factores, quizá máis técnicos: por exemplo, os cristais deben poder virar en ángulo grande.
Aplicación industrial
Era necesario na industria, especialmente na industria aeronáutica. Neste campo utilízanse principalmente aliaxes de titanio, aluminio e níquel, combinando conformado superplástico e soldadura de difusión paira producir pezas de morfología complexa. A combinación de ambos os procedementos permite obter as pezas nunha soa operación, reducindo o custo do material e reducindo o tempo de produción en comparación coas técnicas convencionais. As pezas obtidas presentan un excelente acabado superficial e son moi lixeiras. Con todo, esta técnica tamén presenta desvantaxes como que o material de partida é caro e que o espesor das pezas terminadas non é uniforme.
Hai moitas formas de traballar con superplásticos, quizá a técnica máis común sexa a chamada conformación de inflado. Este procedemento ten a forma de soprado de vidro: nun aparello estanco, nunha lámina superplástica situada xunto a un molde introdúcese gas argón a unha presión non moi elevada e a lámina adopta a forma do molde. As máquinas de presión extrema son as habituais na industria, pero paira tratar metais superplásticos bastan 10 megapascales, é dicir, aproximadamente cen veces a presión atmosférica.
O feito de que non se necesite moita presión non significa que se trate dun proceso instantáneo. Paira alargar un anaco de metal quéntase á temperatura óptima e tardan moitos minutos, ás veces horas. Por tanto, para que o procedemento teña un interese industrial, a velocidade de deformación debe ser o máis elevada posible paira reducir o tempo de produción. A esa velocidade tamén inflúe o tamaño dos cristalinos. En xeral, canto máis pequenos son os cristalinos, maior é a velocidade de deformación. Por tanto, as características microscópicas do metal superplástico son moi importantes á hora de tratar este material. Son materiais específicos moi difíciles de realizar e por tanto caros.
Na industria a miúdo utilízase a soldadura de difusión xunto co conformado superplástico. Comezou a expandirse na década de 1960 e actualmente utilízase principalmente na industria aeronáutica, nuclear e na tecnoloxía espacial. Este proceso consiste na difusión do material superplástico entre dous ou máis materiais iguais, cunha presión moderada e una temperatura elevada. Como consecuencia, tras unha pequena deformación macroscópica, as dúas pezas únense. Paira mellorar a calidade da unión pódese dar una pequena presión ao gas.
Euskal Herria
Mediante esta técnica pódense obter diferentes tipos de xeometrías. Combinando a conformación industrial con simulacións de dispositivos de orde de deformación, na actualidade están a desenvolverse numerosas aplicacións, controlando cada vez mellor todos os parámetros. Esta tecnoloxía aplícase tamén a empresas do País Vasco. Por exemplo, a empresa aeronáutica ITP, situada no Parque Tecnolóxico de Zamudio, fabrica motores de avión mediante conformado superplástico, cun importante esforzo en I+D neste campo.
O futuro da superplasticidad parece interesante e a medida que se controlan mellor os parámetros da deformación vanse creando novas aplicacións. A superplasticidad de alta velocidade tamén xerou esperanza. É posible que no futuro póidase aplicar en técnicas non desenvolvidas. A verdade é que a superplasticidad aínda ten un longo camiño por percorrer.
A autora deste artigo, Marta Urdanpilleta, realizou una tese paira investigar a superplasticidad a través da colaboración dos centros tecnolóxicos ITP e CEIT.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
