Conocimiento

El reciente avance tecnológico en las industrias aeroespacial, automotriz, marina, de construcción y de ocio ha hecho que la demanda de materiales que tengan una alta relación resistencia / peso, alto módulo específico, buena resistencia a la corrosión y buena conductividad térmica aumente. El aluminio y sus aleaciones ofrecen una combinación de propiedades tremendas.

El procesamiento de aleaciones de aluminio desde la fundición hasta el producto final está asociado con una gran cantidad de fenómenos metalúrgicos. Para mejorar y optimizar aún más las rutas de proceso y las aleaciones, es necesario un conocimiento profundo de los tratamientos termomecánicos mediante observaciones experimentales y modelos basados físicamente.

La laminación es un proceso mecánico involucrado en muchas operaciones de procesamiento de metales. Los productos de aluminio laminado son materiales esenciales para nuestra vida diaria. Los productos gruesos se usan como miembros estructurales para vagones y aviones, y los productos delgados se usan como materiales de embalaje como latas de aluminio y láminas de aluminio .

Los productos laminados, es decir, láminas, placas y láminas, constituyen casi el 50% de todas las aleaciones de aluminio utilizadas. En América del Norte, la industria del embalaje consume la mayoría de las hojas y papel de aluminio para hacer latas de bebidas , envases de papel de aluminio y envoltorios de papel de aluminio. La lámina también se usa ampliamente en la construcción de techos y revestimientos, en el transporte de fuselajes, vehículos de carretera y ferrocarril, en aplicaciones marinas, incluidas plataformas en alta mar y superestructuras y cascos de embarcaciones.

Además, aunque actualmente se usa relativamente poco en la fabricación de automóviles de producción de alto volumen, se espera que en la próxima década se utilicen láminas tanto para marcos espaciales como para paneles de carrocería, un mercado que podría igualar fácilmente los 2 millones de toneladas que ahora se usan para bebidas latas La placa se utiliza para fuselaje, vehículos militares y puentes, superestructuras de barcos, embarcaciones criogénicas y químicas y como placa de herramientas para la producción de productos de plástico. Las aplicaciones de aluminio fuera del embalaje incluyen equipos eléctricos, aislamiento para edificios, placa litográfica y papel de aluminio para intercambiadores de calor.

La Figura 1 presenta los procesos de fabricación de productos de aluminio laminado . El equipo rodante se divide aproximadamente en tres tipos; a saber, laminadores en caliente, laminadores en frío y laminadores. Por lo general, el rodamiento se realiza aplicando una carga a los materiales forzándolos verticalmente a través de un par de rodillos de trabajo. Los rodillos de trabajo se deforman por la alta carga durante el proceso de laminación. En consecuencia, las formas de las tiras enrolladas están distorsionadas. Para resolver este problema, uno o más rodillos de respaldo están instalados arriba y debajo de cada uno de los rodillos de trabajo para frenar la deformación.

Figura 1: proceso de laminado de aluminio

La operación de laminado en caliente se realiza a la temperatura más alta posible para reducir el estrés de flujo a fin de reducir las cargas y lograr altas reducciones. Se impone un límite superior de temperatura por la necesidad de controlar la recristalización y la precipitación, dependiendo de la aleación, así como por la ocurrencia de una recuperación. Durante el laminado convencional, la estructura gruesa como fundida cambia a una estructura deformada y recristalizada que tiene un tamaño de grano considerablemente más fino. Los precipitados primarios gruesos se trituran y se distribuyen de manera más uniforme. La disminución de las temperaturas durante la laminación y un aumento en la concentración de vacantes en la red debido a la deformación conducen a una precipitación adicional de las fases secundarias.

Con respecto a la microestructura, el laminado en caliente puede verse como una sucesión de deformación y pasos de recocido. Las características metalúrgicas más dominantes son la recristalización y el desarrollo de orientaciones cristalinas (textura) preferidas. Ambos procesos están interrelacionados e influenciados por la precipitación continua. La recristalización está particularmente determinada por el sistema de aleación y las condiciones de procesamiento. En aluminio de alta pureza, la movilidad del límite de grano es alta y el material ya muestra una recristalización rápida durante el procesamiento (recristalización dinámica).

Sin embargo, en aleaciones industriales habituales, la recristalización dinámica puede observarse solo a temperaturas extremadamente altas, donde el efecto es causado principalmente por el abultamiento local de los límites de grano y no por la nucleación y el crecimiento. Para estos materiales, la recristalización generalmente tiene lugar durante los tiempos entre soportes o después de la laminación a temperaturas elevadas (recristalización post dinámica o estática). En aleaciones comercialmente puras como AA1050 , típicamente usadas para empacar láminas o láminas litográficas, los elementos con baja solubilidad, como Fe y Si, interactúan con los límites de grano y obstruyen eficientemente la recristalización cuando están presentes como precipitados finamente dispersos.

La presencia de Mn y Cr provoca el mismo efecto a menos que los elementos ya estén unidos en partículas gruesas. Dentro del sistema de aleación Al-Mg-Mn , utilizado en cantidades considerables para latas de bebidas o componentes automotrices, la recristalización cubre un amplio rango dentro del alcance de las condiciones industriales y, por lo tanto, puede verse influenciada en gran medida por la elección de los parámetros de laminación. En la práctica industrial, la estructura recristalizada se puede obtener en un tratamiento de recocido por separado, pero las tecnologías más sofisticadas utilizan el recocido automático en la bobina del calor de laminación.

En un molino caliente tradicional, los lingotes de aluminio se sumergen en hornos antes de llevarlos al molino de inversión o descomposición para reducirlos a una tira larga y delgada. Una vez que la tira se reduce drásticamente, se pasa al molino de acabado, una serie de rollos más abajo en la misma línea, donde se reduce aún más al grosor final antes de enrollarse al final del proceso. Una línea de laminación continua proyecta una losa delgada y continua, que avanza a través de un molino de desbaste, y luego un molino de acabado antes de ser enrollado, todo en un proceso continuo. Un molino de placas tiene un molino de descomposición y un molino de acabado separado. La placa se pasa repetidamente debajo del mismo molino hasta obtener el espesor final.

La Figura 2 ilustra ejemplos de configuraciones de laminadores en caliente de aluminio. La configuración de los laminadores varía según la cantidad de producción prevista. Los molinos individuales se utilizan para la producción de productos de gran variedad en pequeñas cantidades, mientras que los molinos en tándem se utilizan para la producción en masa. En los últimos años, una práctica notablemente común ha sido comenzar a operar con molinos de un solo soporte para minimizar la inversión inicial y agregar laminadores en línea con la creciente demanda para hacer la transición a los molinos de soporte en tándem.

Los laminadores en caliente para aluminio tienen problemas de revestimiento de rodillos, ya que el polvo de aluminio que se adhiere a la superficie de los rodillos de trabajo afecta la calidad de la superficie de las tiras laminadas. Se instalan rodillos de cepillo y otros mecanismos especiales en los trenes de laminación de aluminio como contramedidas para tales problemas.