Metales III. Transformación Industrial de Metales. QUÍM.

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Química

La transformación de los m. ha constituido a lo largo de la historia una necesidad para el hombre, pero es en los últimos cien años cuando, impulsadas por el maquinismo y la revolución industrial, las técnicas que de ella se ocupan han experimentado un desarrollo más espectacular. Esto. ha llevado a algunos a considerar la primera mitad del s. XX como la "Era de las máquinasherramientas", a la vista de la influencia ejercida por las mismas en la vida humana. Para exponer en qué consisten estas técnicas, vamos a considerarlas agrupadas en dos grandes familias: las que transforman la geometría de la pieza metálica, y las que modifican sus propiedades mecánicas por un cambio en la estructura del material conseguido mediante adecuados tratamientos térmicos.

Técnicas de transformación geométrica. Pueden dividirse a su vez en dos grupos, según que la transformación se logre sin o con arranque de viruta. Los procedimientos que operan sin arranque de viruta se emplean en general en etapas iniciales del proceso de fabricación de la pieza. Los más frecuentes son:

1) Laminación. Consiste en hacer pasar a través de uno o varios pares de cilindros un lingote de material, a fin de obtener una chapa o barra con la forma del hueco que queda entre ellos.

2) Trefilado. Con él se reduce la sección transversal de una barra previamente laminada, haciéndola pasar forzadamente y en frío a través de una trefila o hilera de embocadura cónica.

3) Fundición. Se emplea para obtener piezas de forma complicada, licuando la masa metálica y colándola en moldes adecuados. La fundición puede hacerse:

a) En arena. Con modelos adecuados de madera o metálicos se obtiene la forma de la pieza en una caja llena de arena especial, vaciando luego el m. en estado de fusión en los huecos obtenidos.

b) En toquilla metálica. Se forma la cavidad adecuada para recibir el caldo con estampas (toquillas), compuestas de dos o más piezas desmontables.

c) En resina. Se construyen modelos metálicos con sus superficies muy pulidas, calentándolos a continuación y derramando sobre ellos el polvo resinoso que, adhiriéndose a la superficie metálica, se derrite y endurece. Se separan después las medias toquillas así formadas, se reúnen en pares y se vierte en ellas el caldo por gravedad.

d) Inyectada. Se requieren estampas desmontables con huecos o cavidades iguales a la forma de la pieza a obtener; dichas estampas se montan en máquinas especiales que permiten el cierre de las mismas e inyectan a presión el m. líquido.

e) Microf usión. Se emplea para piezas pequeñas de bastante precisión. Se suele llamar "a la cera perdida", porque los modelos son preparados con cera, que después se pierde.

4) Forja. Consiste en golpear en caliente con martillo un tocho o lingote de m., que el operario coloca al rojo bajo la masa batiente, a ritmo constante.

5) Estampado en caliente. Mediante unas estampas que actúan por una fuerza exterior, se imprime al tocho la forma deseada en sucesivas etapas. Se emplea para piezas de forma complicada y que vayan a estar sometidas a grandes esfuerzos, las cuales, aun pudiéndose conseguir por arranque de viruta, requieren elevada resistencia mecánica, lo que obliga a emplear este procedimiento que, orientando las fibras en las direcciones deseadas y mejorando la homogeneidad del material, permite conseguir unos valores más altos de dicha resistencia (p. ej.: engranajes de automóviles y aviones).

6) Estampado en frío. Consiste en obtener, a partir de una chapa y mediante adecuadas estampas, piezas de formas definidas. El estampado en frío se clasifica en tres ramas principales: corte, doblado y embutido.

7) Extrusión en caliente o en frío. Consiste en impeler a viva fuerza, fuera de la matriz de una estampa, el m. previamente introducido en ella, a fin de obtener un objeto de forma sencilla (un tubo, un casquillo, etc.).

8) Sinterización. Consiste en comprimir polvo de m. en estampas apropiadas, a fin de obtener piezas de mucha precisión. Se requieren presiones de 55-60 Kg/mm2, y las piezas así obtenidas deben ser calentadas después a 1.100°. No es apto este procedimiento para piezas que trabajen a golpes o requieran cierta resistencia mecánica.

Los procedimientos empleados en las transformaciones con arranque de viruta son los siguientes:

1) Torneado. Consiste en perfilar alrededor de un eje un sólido de revolución. En este caso, la herramienta es móvil y la pieza fija.

2) Taladrado o agujereado. Consiste en practicar un hueco cilíndrico en la pieza metálica utilizando una broca. El movimiento principal de rotación es efectuado por la herramienta, que gira alrededor de su propio eje, practicando el hueco en la pieza, que permanece fija.

3) Mandrinado y escariado. Operaciones muy parecidas al torneado interior; la primera se efectúa en las mandrinadoras con herramientas de un solo corte (herramientas de mandrinar); en estas máquinas es posible agrandar un agujero cilíndrico previamente realizado con otra herramienta, con objeto de obtener una medida de precisión en el diámetro. Los escariadores son herramientas de penetrar de muchos filos de corte, que cumplen lamisma misión anterior y se utilizan generalmente cuando se trata de agujeros de pequeño diámetro.

4) Limado. Consiste en arrancar viruta horizontalmente, a fin de obtener una superficie plana o perfilada en un cuerpo; la máquina empleada se llama limadora y, en ella, el movimiento principal, alternativo de ida y vuelta, es efectuado por la herramienta, mientras la pieza tiene el movimiento de alimentación.

5) Cepillado o planeado. Esta operación es muy parecida a la anterior. Suele utilizarse para piezas grandes y, en las máquinas que lo ejecutan, el movimiento principal (alternativo de ida y vuelta) lo asume la pieza; y el secundario de alimentación, la herramienta.

6) Mortajado. Consiste en arrancar la viruta verticalmente en un hueco o agujero, a fin de obtener una o varias ranuras longitudinales. La máquina que efectúa esta operación se llama mortajadora.

7) Brochado. Se hace pasar forzadamente una herramienta especial llamada brocha por un agujero cilíndrico o una superficie exterior, al objeto de transformar gradualmente el perfil mediante el arranque de viruta.

8) Fresado. Consiste en arrancar la viruta mediante herramientas circulares de cortes múltiples denominadas fresas. El movimiento principal lo tiene la herramienta, que gira sobre su propio eje, y la pieza tiene el movimiento de alimentación; esta última, estando fija en la mesa de la máquina, pasa tangencial o frontalmente delante de la fresa que gira, arrancando abundantemente el material de la superficie expuesta.

9) Aserrado o tronzado. En líneas generales, consiste en separar un trozo de una barra mediante herramientas circulares especiales de disco o herramientas lineales (de cinta). Los dos movimientos, fundamental y de alimentación, son efectuados por la herramienta.

10) Rectificado. Tiene por objeto corregir definitivamente una superficie, sea ésta plana, cilíndrica exterior o interior, de forma exterior acanalada o roscada. La herramienta usada se llama muela y está constituida por granos de un material abrasivo sujeto por un aglomerante.

11) Bruñido o lapidado. Consiste en repasar repetidamente con abrasivo de grano fino y aceite lubricante una superficie previamente templada y después rectificada. Los procedimientos empleados para ello son los antes citados, y los que de ellos se derivan; p. ej., el dentado de engranajes puede efectuarse con máquinas que aplican el principio de la fresadora o el de la mortajadora. La conveniencia de elegir un procedimiento u otro depende de circunstancias que varían en cada caso.

Técnicas de mejora de las características por cambio estructural. Los tratamientos térmicos tienen por objeto mejorar las características de los m., y consisten en calentar y mantener las piezas a temperaturas adecuadas durante un cierto tiempo, enfriándolas luego en condiciones convenientes. De esta forma, se modifica la estructura microscópica y se efectúan transformaciones químicas. Aun cuando algunas de las técnicas que vamos a describir se emplean en otros m. y aleaciones (v.), es en los aceros (v.) donde encuentran un campo de aplicación más amplio en la industria y, en consecuencia, vamos a referirnos a ellos al exponerlas. Los tratamientos térmicos más usados son: recocido, temple, normalizado, revenido y aquellos en los que hay cambio de composición.

Recocido. Se conocen con este nombre varios tratamientos cuyo objeto principal es ablandar el material, regenerar su estructura o eliminar tensiones internas. Consisten en calentamientos a temperaturas adecuadas, seguidos generalmente de enfriamientos lentos. Los diferentes recocidos que se emplean en la industria pueden clasificarse en cuatro grupos:

1) De regeneración. El calentamiento se hace a temperatura superior a la crítica y después se enfría lentamente. Sirve para ablandar el material y regenerar su estructura.

2) Subcriticos. La temperatura alcanzada es inferior a la crítica, y la velocidad de enfriamiento no tiene tanta importancia. Se distinguen dos clases de recocidos subcríticos: de ablandamiento y contra acritud.

3) Recocido globular o de esferoidización. Es un tratamiento que se da a los aceros de herramientas para mejorar su maquinabilidad.

4) Recocido isotérmico. Se calienta a una temperatura superior a la crítica, descendiéndola luego y manteniéndola durante varias horas entre 600° y 700° para conseguir la total transformación del material; luego se enfría lentamente. Con este tratamiento se obtiene una uniformidad grande en la estructura de la pieza, necesaria para conseguir buenos resultados en el mecanizado, especialmente en algunos casos particulares, como el tallado de engranajes.

Temple. Tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello se calientan las piezas a una temperatura superior a la crítica, enfriándolas después rápidamente en un medio adecuado (agua, aceite, etc.). La velocidad de enfriamiento tiene aquí una importancia fundamental, pues ella determina la estructura obtenida y las características mecánicas del material.

Normalizado. Consiste en un calentamiento a temperatura superior a la crítica seguido de un enfriamiento al aire. Con él queda el acero con unas características y propiedades que arbitrariamente se consideran como normales.

Revenido. En un tratamiento que se da a las piezas de acero previamente templadas. Con él se disminuyen la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones internas creadas en el temple y se mejora la tenacidad, quedando además el acero con la dureza y resistencia deseadas. La temperatura alcanzada en él es inferior a la crítica.

Tratamientos en los que hay cambio de composición. En ellos, además de ser factores importantes el tiempo y la temperatura, hay que tener en cuenta el medio o atmósfera que envuelve al m. durante el calentamiento y enfriamiento. Se suelen utilizar para obtener piezas de gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo. Los más empleados son: cementación, carbonitruración, cianuración y nitruración.

V. t.: MÁQUINAS II, 4; ACEROS; ALEACIONES

J. MORENO DELGADO

BIBL.: M. Rossi, Máquinas-herramientas modernas, 3 ed. Barcelona 1962; H. GERLING, Alrededor de las máquinas herramientas, Barcelona 1957; H. DUBBEL, Manual del constructor de máquinas, 2 ed. Barcelona 1955; J. APRAIz, Tratamientos térmicos de los aceros, Madrid 1963; fD, Aceros especiales, Madrid 1964; R. CALvo RODÉS, Prontuario metalotécnico, 1, Madrid 1963