Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) han desarrollado un nuevo proceso que reduce a la mitad la energía necesaria para fabricar productos de alto rendimiento. aleaciones de aluminio
Según los científicos, la tecnología de procesamiento y extrusión asistida por cizallamiento (ShAPE) puede eliminar los pasos de tratamiento térmico en el proceso de producción, lo que genera un ahorro de energía significativo y una reducción de las emisiones.
ShAPE se ha definido como un enfoque de fabricación ecológico y asequible que permite el amplio uso de aleaciones de aluminio de alto rendimiento en aplicaciones automotrices.
En un papel publicado en la revista Materiales y Diseño, los investigadores explican que la producción convencional de metales utiliza calor para fundir metales individuales y elementos de aleación juntos, como aluminio, cobre o magnesio, para crear aleaciones que son más livianas, más fuertes o más fáciles de formar. Si estos elementos no se mezclan bien, se pueden formar grietas y fracturas durante el procesamiento, lo que compromete las propiedades del producto final. En la producción de metales, el calor se usa para asegurar que los elementos metálicos individuales en una aleación se mezclen bien durante un paso llamado homogeneización.
Durante la homogeneización, las piezas grandes de metal llamadas palanquillas se calientan a casi 500 grados centígrados durante un máximo de 24 horas. Este paso de tratamiento térmico disuelve los agregados de aleación en la palanquilla para garantizar que todos los elementos metálicos se distribuyan u homogeneicen uniformemente. Esto mejora el rendimiento del producto final. Después de la homogeneización, las varillas de metal se calientan y forman más en un paso llamado extrusión.
Sin embargo, la homogeneización es el paso que más energía consume en todo el proceso de extrusión de metal.
Aquí es donde entra en juego el proceso ShAPE.
Scott Whalen, científico jefe de materiales del PNNL y co-desarrollador de la tecnología, dijo que la máquina ShAPE elimina la necesidad de pasos separados de homogeneización y extrusión al combinar calentamiento y deformación, el cambio en la forma del metal mismo.
En la máquina SHAPE, el tocho de metal se empuja simultáneamente a través de una pequeña abertura en un troquel que gira. Juntos, el movimiento de rotación y la deformación mezclan completamente los elementos metálicos a medida que se extruyen.
En otras palabras, el nuevo proceso homogeneiza la palanquilla de metal en unos pocos segundos, inmediatamente antes de que se extruya. Esto elimina la necesidad de un paso de homogeneización de precalentamiento de un día de duración y significa que no se utiliza energía adicional para calentar la palanquilla durante la extrusión. Juntos, esto da como resultado un ahorro de energía de hasta un 50%.
Whalen y su colega Tianhao Wang realizaron algunas pruebas de rendimiento que demostraron que su tecnología también mejora qué tan bien se mezclan los elementos de aleación individuales, lo que lleva a un mejor producto final. En detalle, los componentes hechos de aleaciones de aluminio procesadas con ShAPE excedieron los estándares actuales de la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales en cuanto a resistencia y elongación.
«Echamos un vistazo más de cerca con un microscopio electrónico y vimos que ShAPE rompe los agregados de aleación y los disuelve en la matriz de aluminio antes de la extrusión, lo que la hace más extruible», dijo Wang. “Esto se traduce en un mejor rendimiento: nuestras aleaciones de aluminio 7075 son más fuertes y se estiran más antes de romperse”.
