Las aleaciones de aluminio de alto rendimiento pueden producirse ahora con poca energía

Según los científicos, la tecnología de Procesamiento y Extrusión Asistida por Cizalla (ShAPE) puede eliminar las etapas de tratamiento térmico en el proceso de producción, lo que supone un importante ahorro de energía y una reducción de las emisiones.

La tecnología ShAPE se ha definido como un método de fabricación ecológico y asequible que permite el uso generalizado de aleaciones de aluminio de alto rendimiento en aplicaciones de automoción.

En un artículo publicado en la revista Materials and Design, los investigadores explican que la producción convencional de metales utiliza el calor para fundir metales individuales y elementos de aleación juntos -como el aluminio, el cobre o el magnesio- para crear aleaciones que sean más ligeras, más fuertes o más fáciles de formar. Si estos elementos no están bien mezclados, pueden formarse grietas y fracturas durante el procesamiento, lo que compromete las propiedades del producto final. En la producción de metales, el calor se utiliza para garantizar que los elementos metálicos individuales de una aleación estén bien mezclados durante un paso llamado homogeneización.

Durante la homogeneización, las grandes piezas de metal fundido, llamadas palanquillas, se calientan a casi 500 grados Celsius durante un máximo de 24 horas. Este paso de tratamiento térmico disuelve los agregados de aleación en el tocho para garantizar que todos los elementos metálicos se distribuyan uniformemente o se homogeneicen. Esto mejora el rendimiento del producto final. Tras la homogeneización, las barras de metal se someten a un nuevo calentamiento y conformación en un paso llamado extrusión.

Sin embargo, la homogeneización es el paso que más energía consume en todo el proceso de extrusión de metales.

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 el calentamiento y la deformación, es decir, el cambio en la forma del propio metal.

En la máquina ShAPE, el tocho de metal se empuja simultáneamente a través de una pequeña abertura en una matriz que gira. Juntos, el movimiento de rotación y la deformación mezclan a fondo los elementos metálicos mientras se extruyen.

En otras palabras, el nuevo proceso homogeneiza el tocho metálico en unos segundos, inmediatamente antes de su extrusión. 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. En conjunto, esto supone un ahorro de energía de hasta el 50%.

Whalen y su colega Tianhao Wang realizaron algunas pruebas de rendimiento que demostraron que su tecnología también mejora la mezcla de los distintos elementos de aleación, lo que da lugar a un mejor producto final. En concreto, los componentes fabricados con aleaciones de aluminio procesadas con ShAPE superaron las normas actuales de resistencia y alargamiento de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales.

«Observamos más de cerca con un microscopio electrónico y vimos que ShAPE rompe los agregados de la aleación y los disuelve en la matriz de aluminio antes de la extrusión, haciéndola 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».