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.
