Conformado de materiales metálicos: fundición, deformación plástica, unión y pulvimetalurgia

Conformado de materiales metálicos

Fundición

Fundición: (evitar: los rechupes, segregaciones, gas atrapado y falta de llenado). Pasos: construcción del molde, fundición de metales, colada en un molde, solidificación, extracción de la pieza.

Tipos de fundición

• Fundición a la arena: molde de un solo uso, material no conductor (velocidad de enfriamiento lenta), grano grueso, mayor dureza, resistencia moderada; el molde es permeable a los gases.
• Fundición a la cera perdida: molde perdido (cera). Libertad de diseño, amplia selección de aleaciones, costes de producción bajos, buena tolerancia dimensional y reproducibilidad en el detalle, menor coste de mecanizado y flexibilidad en la producción.
• Moldeo por inyección (MIM): fabricación de piezas de geometría compleja y altas prestaciones mecánicas. Requiere coste en maquinaria y utillaje; ritmo de producción (1–25 s por pieza), enfriamiento rápido, buen acabado superficial y exactitud dimensional.

Ventajas e inconvenientes de la fundición

• Ventajas: permite formas complejas, adecuado para componentes de gran volumen, microestructura homogénea, proceso económico, aplicable a muchos metales y adaptable a procesos masivos.
• Inconvenientes: propiedades mecánicas limitadas en algunos procesos, microestructuras no orientadas, baja precisión dimensional en ciertos métodos, acabado superficial pobre en algunos casos y limitación de temperatura (aprox. 1600 °C para algunos procesos).

Conformado por deformación plástica

Proceso que aplica una combinación de calor y presión, o que consiste en hacer pasar una aleación metálica por una boquilla o colocando la aleación dentro de un molde. Tipos de conformado:

• Masivo: forja, laminación, trefilado, extrusión.
• Chapa: doblado, estirado, cizallado.
• Embutición: combinación de procesos masivos y de chapa.

Trabajo en frío

Trabajo en frío: buen acabado, mayor resistencia por deformación, propiedades direccionales, ahorro energético; requiere altas fuerzas, el endurecimiento limita la deformación y es necesaria la realización de recocidos.

Trabajo en tibio

Trabajo en tibio: fuerzas inferiores respecto al trabajo en frío, disminuye el endurecimiento por deformación, permite formas más complejas y puede evitar recocidos intermedios; requiere algo más de energía y tiene ciertas limitaciones geométricas.

Trabajo en caliente

Trabajo en caliente: menores fuerzas necesarias, no hay endurecimiento por deformación, permite formas complejas y proporciona propiedades más isotrópicas; sin embargo, presenta peor acabado superficial y menor vida útil del utillaje.

Unión

Soldadura

Soldadura: unión de dos piezas metálicas, habitualmente usando metal de relleno. Se distinguen dos grandes grupos:

• Soldadura de fusión: las piezas base se funden localmente para conseguir la unión.
• Soldadura fuerte y blanda: el metal de aportación funde y une las piezas sin fundir las bases. Soldadura fuerte (T > 450 °C) y soldadura blanda (T < 450 °C). Es importante en la fabricación de piezas únicas; no obstante, a menudo resulta más fácil y económico fabricar por partes y luego unirlas. El transporte del producto por partes también puede reducir costes.

Pulvimetalurgia

Pulvimetalurgia: compactación de polvos metálicos. Comienza con temperaturas bajas; en una segunda etapa se aumenta temperatura y presión para mejorar la densificación. Se utiliza para metales de reducida ductilidad. Pasos:

1. Preparación de los polvos: previo a la compactación se alcanza una mezcla homogénea y se añade lubricante.
2. Compactación: se introduce la mezcla en un molde y se presiona (150–400 MPa). La forma y las propiedades mecánicas están relacionadas con la densidad del cuerpo verde. Hay dos tipos: uniaxial (orientación en una dirección) e isostática (para homogeneidad): CIP = prensado isostático en frío; HIP = prensado isostático en caliente.
3. Sinterización: tratamiento térmico con T_sinterizado < T_fusión, aplicando vacío o atmósfera inerte (evita la oxidación de los polvos).

Aplicaciones: discos abrasivos, motores, industria aeroespacial, válvulas, etc.