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jueves, 16 de abril de 2015

La plancha de titanio en el SR-71 Blackbird

La gran resistencia del titanio frente a la corrosión atmosférica, su estructura ligera y la más alta relación resistencia-densidad de todos los materiales metálicos convierten tanto la plancha de titanio como las barras de titanio en materiales ideales para la fabricación industrial. La plancha de titanio se utiliza en aplicaciones para la construcción de equipos industriales. Por ejemplo, en los sistemas de tuberías o intercambiadores de calor en la industria química y en alta mar. También en la instrumentación de procesos para bombas y válvulas.

En este artículo vamos a comentar la primera aplicación del titanio como elemento principal en el diseño de un avión, el Lockheed Martin SR-71 "Blackbird", y como gracias a la introducción de este nuevo material se fabricó el primer avión inmune a los misiles tierra-aire.

Hoy en día se puede encontrar placas de titanio en la construcción del fuselaje de aviones (la industria aeroespacial es el mayor consumidor de productos de titanio), implantes médicos, artículos deportivos como raquetas de tenis y palos de golf, monturas de gafas, joyas, pigmentación de pintura, papel y la preparación de cloro (electrólisis de membrana) entre otros.

En el apogeo de la Guerra Fría, el presidente Eisenhower se puso en contacto con el grupo de desarrollo avanzado de Lockheed Martin, para construir un avión que no pudiera ser derribado. Tenía que volar durante largos períodos a velocidades superiores a 2.000mph. A esas velocidades, fuselajes convencionales se derretirían bajo la fricción atmosférica, por lo que fue necesario la introducción de nuevos materiales, tales como el titanio.

Con temperaturas previstas en los bordes delanteros de la aeronave superior a 1.000 grados Fahrenheit, tratar con el calor planteaba una serie de desafíos insuperables en cuanto al diseño y uso de materiales standard para Lockheed Martin. La única solución posible era el uso de planchas de titanio para la fabricación de la estructura del avión, afín de proporcionar la fuerza del acero inoxidable pero con un peso relativamente ligero y una gran durabilidad a las temperaturas excesivas.

Sin embargo, Lockheed Martin se encontró con múltiples problemas a la hora de mecanizar tanto las placas de titanio como las barras de titanio, pues las herramientas de acero-cadmio convencionales utilizadas para mecanizar otros materiales como el acero inoxidable eran demasiado frágiles. La solución que adoptó Lockheed Martin fue diseñar y fabricar sus propias herramientas de corte utilizando, como no titanio. Después de una mano de pintura negra, el primer avión de combate supersónico fabricado en titanio estaba listo para surcar los cielos, lo que hizo por primera vez el 22 de diciembre 1964; se trataba del Lockheed Martin SR-71 "Blackbird"

A partir de ese momento el titanio se ve introduciendo en los nuevos aviones militares, como el MIG-21 o MIG-25, principalmente en zonas del fuselaje para aumentar su resistencia sin aumentar el peso del avión y en las zonas expuestas a altas temperaturas, como los bordes de ataque de las alas y las toberas de los motores. En cuanto a la aviación comercial, los nuevos modelos desarrollados desde principios del siglo XXI como el 787 Dreamliner, 737, A320neo o A350 incorporan tanto titanio como nuevas aleaciones de aluminio o materiales composites; nuevos materiales con fuerza estructural y bajo peso.

Avión SR-71 Blackbird
Avión SR-71 Blackbird


jueves, 9 de abril de 2015

Tratamientos superficiales del aluminio: anodizado y lacado.

El aluminio es, como cualquier otro metal, sensible al proceso de oxidación ambiental. Este proceso espontáneo produciría manchas aleatorias, que afectarían negativamente la estética del material. Para proteger los productos en aluminio existen 2 procesos de recubrimiento ampliamente utilizados.


Proceso de anodizado del aluminio


Se puede definir pues el proceso de anodizado como una oxidación controlada, acelerada y uniforme de la capa más superficial del perfil, por medio de un proceso electroquímico.El proceso de anodizado se puede dividir en tres etapas básicas: pretratamiento (desengrasante + decapado), tratamiento anódico (proceso electroquímico en el que el aluminio se hace eléctricamente positivo y se sumerge en un electrolito) y postratamiento (sellado), para aumentar la resistencia a las manchas y a la corrosión de dicha capa.


Beneficios del aluminio anodizado

  • Durabilidad: La mayoría de los productos anodizados tienen una vida útil extremadamente larga y ofrecen importantes ventajas económicas a través del mantenimiento y el ahorro operativo. La capa de anodizado está completamente integrada con el aluminio subyacente para una unión total y una adhesión inigualable.
  • Estabilidad de color: Los recubrimientos anódicos para exteriores proporcionan una buena estabilidad a los rayos ultravioleta, no se astillan ni se despegan por lo que suelen utilizarse para la construcción de fachadas ventiladas de aluminio.
  • Facilidad de mantenimiento: Las marcas de la fabricación, manipulación e instalación en la superficie son prácticamente inexistentes. Para la limpieza del aluminio anodizado únicamente es necesario utilizar agua y jabón, recuperando  la superficie anodizada su aspecto original sin necesidad de procesos costosos. Para los depósitos más difíciles se pueden usar limpiadores abrasivos suaves.
  • Estética: El aluminio anodizado ofrece un gran número colores, con una amplia gama de brillo y acabados. A diferencia del lacado, el anodizado permite que el aluminio mantenga su aspecto metálico.
  • Coste: Un menor coste de fabricación se combina con menores costes de mantenimiento para un mayor valor a largo plazo.
  • Salud y seguridad: El anodizado del aluminio es un proceso seguro que no es perjudicial para la salud humana. El producto acabado es químicamente estable por lo que no se descompondrá, no es tóxico y es resistente al calor hasta el punto de fusión del aluminio. Dado que el proceso es un refuerzo de un proceso de óxido natural, no es peligroso y no produce subproductos dañinos o peligrosos.

Proceso de lacado del aluminio


El tratamiento de lacado consiste en proteger la superficie de las chapas de aluminio con una capa de pintura aplicada, bien en polvo o bien líquida.
Existen diferencias entre los 2 tipos de pintura que explicamos a continuación:

El lacado en polvo del aluminio asegura que se forme una capa fuerte sobre el aluminio: depués de aplicar la pintura en polvo las chapas de aluminio se introducen en un horno, donde la capa aplicada se funde, creando una capa de pintura que es más fuerte y tiene menos probabilidades de dañarse que una capa de pintura líquida común. El recubrimiento que aporta la pintura en polvo permite una mayor protección contra los efectos de sales o sustancias químicas. Esto nuevamente hace que la pintura en polvo sea la mejor opción cuando el producto lacado va a estar expuesto al medio ambiente en ambientes próximos a la costa.
Para estos casos especiales se ha desarrollado la denominación de “Calidad Marina”, que mejora las prestaciones del lacado en ambientes muy agresivos como primera línea de mar, industriales, etc., que consiste en aumentar el rebaje de la superficie del material de 0,8 gr/m2 a 2 y 4 gr/m2, lo que beneficia la penetración y agarre del cromatizado.

Por su parte el lacado mediante pintura líquida aporta un resultado mucho más suave. Los gránulos que se usan durante el lacado en polvo tienen un mayor tamaño que la pintura líquida, por lo que resultado final es un acabado más grueso. Además las pinturas líquidas permiten una gama más amplia de elementos decorativos (texturas, brillos, imitaciones de otros materiales) que no se pueden obtener con la pintura en polvo.

Otra ventaja adicional de la pintura líquida es el hecho de que no hay dimensiones máximas en términos de pintura. Durante el recubrimiento con pintura en polvo se utiliza una cabina de pintura, algo que no es necesario para pinturas líquidas. Al pintar, por lo tanto, no es necesario tener en cuenta las dimensiones máximas del objeto a pintar. Para productos de aluminio de grandes dimensiones, la pintura líquida es normalmente la solución escogida.


Beneficios del aluminio lacado

  • Mayor selección de colores disponibles.
  • Mayor uniformidad de color entre lotes.
  • El aluminio lacado permite el plegado del material siguiendo las instrucciones del fabricante. Por contra al plegar una chapa de aluminio anodizada la capa protectora se rompe, dejando al descubierto el aluminio. En casos de ser necesario plegar el aluminio se recomienda darle la forma primeramente y luego anodizar.
  • Mejor resistencia química al mortero, limpiadores fuertemente ácidos y limpiadores fuertemente alcalinos.



jueves, 2 de octubre de 2014

Procesos de conformado metálico, estampación-troquelado-embutición

En este articiculo vamos a comentar en que consiste el proceso de estampación, que es el tipo de conformado sin arranque de viruta más ampliamente utilizados en la fabricación de piezas metálicas para utillaje, decoración, iluminación, y menaje.

Durante el proceso de estampación se somete el material (aluminio, acero al carbono, acero inoxidable) a un esfuerzo de compresión entre dos moldes de acero (estampas) con el fin de moldear el material hasta conseguir la forma de la matriz.En función de si la temperatura del material es superior o inferior a su temperatura de recristalización podemos distinguir 2 variantes:
  • Estampación en caliente: permite mayores deformaciones, pues el límite plástico del material es mayor. Al ser un proceso de menor precisión que la estampación en frío, se suele utilizar para cigüeñales, bielas, llaves mecánicas en acero, aluminio para utensilios de cocina y cobre junto con aleaciones maleables para valvulería.
  • Estampación en frío: Para este proceso de deformación se utilizan materiales de menor grosor que para la estampación en caliente, normalmente chapas, fleje o banda de acero inoxidable para estampación en frío. El proceso de estampado en frío permite unos acabados del acero inoxidable más brillantes y pulidos, que no se pueden alcanzar mediante la estampación en caliente.
Fregadero acero inoxidable
Fregadero acero inoxidable

    Existe otro tipo de clasificación de los diferentes tipos de estampación, en función del tipo de deformación que queremos. A continuación explicamos las 3 variantes:
    • Troquelación, en la que mediante troqueles (punzones), se van realizando distintos agujeros y/o cortes en la banda de aluminio, para darle forma al material, pero sin alterar las características técnicas del mismo.
    • Embutición, que se puede realizar tanto en frío como en caliente. A la chapa para embutir, mediante troqueles o estampas para embutición se le da una forma ahuecada mediante deformación de la misma. Mediante este proceso se pueden fabricar recipientes, cartuchos, .....
    • Deformación por flexión, entre las que encontramos el plegado de chapa (chapa grecada o chapa perfilada), el doblado (barras) y el curvado (tubo). 
    Chapa grecada lacada aluminio
    Chapa grecada lacada aluminio