Cuando el metal fluye como el vidrio líquido: se propone una tecnología para producir alambre superplástico
Nuevas formas de modificar la estructura de las aleaciones de aluminio para mejorar su rendimiento
Actualmente, el aluminio de baja aleación se utiliza ampliamente en la ingeniería eléctrica y la construcción de maquinaria. Al mismo tiempo, cabe señalar que la ingeniería eléctrica moderna impone a las aleaciones de aluminio requisitos muy elevados y, en algunos casos, mutuamente excluyentes.
analogicus / Pixabay
Por ejemplo, las aleaciones de aluminio conductoras deben tener tanto una alta conductividad eléctrica como resistencia, y a veces también estabilidad térmica a largo plazo, si se van a utilizar en condiciones de exposición prolongada a determinadas temperaturas. Normalmente, la alta resistencia y estabilidad térmica de las aleaciones de aluminio se consigue mediante una aleación compleja, que conduce a una fuerte disminución de la conductividad eléctrica de los materiales.
En 2017, un equipo de investigación del Instituto de Investigación de Física y Tecnología de la Universidad Lobachevsky de Nizhny Novgorod, por iniciativa de la Planta de Moscú para el Procesamiento de Aleaciones Especiales, asumió la tarea de mejorar el rendimiento de las aleaciones de aluminio. Para obtener nuevas aleaciones de aluminio de baja aleación, los investigadores de Nizhni Nóvgorod utilizaron la tecnología de fundición por inducción en vacío.
Según el Profesor Alexey Nokhrin, Jefe del Laboratorio de Diagnóstico de Materiales del Instituto de Investigación de Física y Tecnología de la UNN, una de las principales tareas era desarrollar los regímenes de colada para las nuevas aleaciones de aluminio.
"La estructura del metal fundido es muy heterogénea, tiene una estructura de dendrita parecida a una aguja y contiene grandes partículas que resultaron de la fundición. Debido a esto, es muy difícil formar el metal fundido. Para lograr los resultados requeridos, fue necesario primero determinar con mucha precisión los regímenes de fundición del metal que ayudarían a deshacerse de las grandes partículas, y luego, utilizando la deformación plástica, refinar la estructura de las dendritas fundidas. El segundo paso fue especialmente difícil, ya que no era posible procesar la aleación a temperaturas elevadas, como suele hacerse en las fábricas. Un aumento de la temperatura habría provocado la precipitación de grandes partículas, lo que habría causado la ruptura del alambre con un diámetro inferior a 0,5 mm", explica Alexey Nokhrin.
Para resolver el problema de la obtención de alambre delgado, los científicos de la UNN han realizado una gran cantidad de investigaciones para estudiar el efecto de los regímenes de colada en la homogeneidad de la estructura y las propiedades de las aleaciones de aluminio que contienen microaditivos de magnesio y escandio. Se utilizaron tecnologías intensivas de deformación plástica, como el prensado angular de canal igual y la forja rotativa, como métodos clave para controlar la estructura de las aleaciones de aluminio.
Como resultado, se obtuvo una estructura homogénea altamente plástica en las aleaciones donde se formaron nanopartículas por recocido, lo que proporcionó el nivel requerido de fuerza y resistencia térmica de los alambres fabricados.
Las nuevas aleaciones han demostrado una serie de características únicas. Los investigadores de la Universidad Lobachevsky lograron resolver la difícil tarea de aumentar simultáneamente la conductividad eléctrica, la fuerza y la resistencia térmica de las aleaciones, asegurando al mismo tiempo un nivel muy alto de plasticidad a temperaturas elevadas.
La investigación muestra que las nuevas aleaciones poseen superplasticidad: durante el ensayo de tracción a 500 grados centígrados y a altas tasas de deformación las muestras mostraron una elongación de más del 1000%, y después del enfriamiento volvieron a ser muy fuertes y conductoras de electricidad.
"Esto permitirá a los productores fabricar el alambre utilizando el régimen de superplasticidad, cuando se activen los mecanismos especiales de deformación y el metal "fluya" como el vidrio líquido", concluye Alexey Nokhrin.
En la actualidad, el equipo está trabajando en la siguiente etapa del proyecto. Los investigadores están estudiando las posibilidades de sustituir el costoso escandio por otros aditivos de aleación (Zr, Yb, etc.). El objetivo es mantener las altas características de las aleaciones producidas y al mismo tiempo reducir drásticamente su coste.
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