Metales y aleaciones superplásticas

Llamamos a un material superplástico cuando puede deformarse a tracción más allá de su punto de ruptura habitual. La denominación se aplica exclusivamente a materiales de estructura cristalina, pese a que otros materiales como los amorfos y los polímeros pueden tener estas características.

Fue en 1912 cuando se empezó a tratar este tema en la literatura científica comparando el comportamiento superplástico de ciertas aleaciones con el del vidrio caliente, que se estira sin presentar rotura en un porcentaje cercano al 2.000%. Como otros descubrimientos científicos, que no encuentran una posible aplicación industrial inmediata, la superplasticidad no se desarrolla hasta mediados de los años 40 en la Unión Soviética. Se determina entonces que para que una aleación presente este fenómeno, el tamaño de grano de la estructura no debe superar las 10 µm, lo que supone un reducción de hasta diez veces del tamaño normal de los metales comunes. También se descubre que el comportamiento del material a nivel estructural no se ajusta durante la deformación al típico deslizamiento de planos atómicos, sino que, aparentemente, se produce la reordenación por deslizamiento del grano como lo haría un material granular. Sin embargo, actualmente no se descarta que existan otros factores desconocidos hasta la fecha que influyan también en esta capacidad mecánica. Se ha avanzado mucho en la investigación sobre el micromecanismo de la superplasticidad en los materiales de grano fino, pero no existe ninguna teoría que pueda describir con precisión la deformación superplástica. No obstante, se tiene certeza de que, a menor tamaño de grano, mayor plasticidad. Los llamados granos se aprecian con la observación microscópica de una muestra de metal tras su preparación (pulido y ataque) Se puede apreciar a simple vista en una superficie galvanizada. La fotografía de cabecera muestra la vista de una superficie de acero inoxidable 316L en el que se aprecia el tamaño del grano.

Actuando sobre el enfriamiento de determinadas aleaciones podemos controlar el tamaño de grano y por lo tanto aumentar la plasticidad de un metal. Igualmente tratamientos como la laminación o la extrusión consiguen un fin similar. Existen más de cien aleaciones conocidas que cuentan con un comportamiento superplástico. Algunas aleaciones, como la eutéctica de Pb-Sn (plomo-estaño) o B-Al (boro-aluminio) pueden alcanzar deformaciones cercanas al 8.000% (80 veces su longitud inicial)

En arquitectura ya se emplean aleaciones como el Al7075 o el Supral que permiten deformaciones del 1.000% a alta temperatura. Esto permite la fabricación de conformados continuos sin el uso de soldaduras, ensambles o grandes prensas moldeadoras. Para elementos de gran tamaño, este tipo de material permite la soldadura por difusión. La soldadura por difusión se ejecuta mediante la combinación de presión y temperatura en fase sólida o líquida. La ventaja de este sistema estriba en que la temperatura de soldeo es un 30% inferior a la temperatura de fusión del material y se logra una unión casi perfecta del material.

Las aleaciones superplásticas permiten de igual modo el revestimiento de otros materiales con láminas de escaso espesor mediante presión por vacío como se aprecia en la siguiente imagen.

Metales y aleaciones superplásticas

Quedan a nuestra imaginación cientos de posibles aplicaciones en el campo de la arquitectura e ingeniería.

Autor fotografía integrada en el texto: F. K. Abu-Farha, M. K. Khraisheh. “An integrated approach to the Superplastic Forming of lightweight alloys: towards sustainabl Sustainable Manufacturing”, Vol. 1, Nos. 1/2, 2008· 18-40.
Referencias bibliográficas (14,15, y 16)
 

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