Laminado en caliente
El laminado en caliente es un proceso de trabajo de metales que se produce por encima de la temperatura de recristalización del material. Después de que los granos se deforman durante el procesamiento, se recristalizan, lo que mantiene una microestructura equiaxial y evita que el metal se endurezca. El material de partida suele ser piezas grandes de metal, como productos de fundición semiacabados, como losas, tochos y palanquillas. Si estos productos procedieran de una colada continua en funcionamiento, el material suele introducirse directamente en los trenes de laminación a la temperatura adecuada. En operaciones más pequeñas, el material comienza a temperatura ambiente y debe calentarse. Esto se hace en un pozo de remojo a gas o aceite para las piezas de trabajo más grandes; para piezas de trabajo más pequeñas, se utiliza calentamiento por inducción. A medida que se trabaja el material, se debe controlar la temperatura para asegurarse de que se mantenga por encima de la temperatura de recristalización. Para mantener un factor de seguridad, se define una temperatura de acabado por encima de la temperatura de recristalización (entre 50 y 100 °C por encima). Si la temperatura cae por debajo de este valor, el material debe recalentarse antes de proceder a un laminado en caliente adicional.[12].
Los metales laminados en caliente generalmente tienen poca direccionalidad en sus propiedades mecánicas, y carecen de tensiones residuales inducidas por deformación. Sin embargo, en ciertos casos, las inclusiones no metálicas impartirán cierta direccionalidad y las piezas de trabajo de menos de 20 mm de espesor a menudo tienen algunas propiedades direccionales. El enfriamiento no uniforme inducirá una gran cantidad de tensiones residuales, lo que ocurre generalmente en formas que tienen una sección transversal no uniforme, tal como las vigas en I. Si bien el producto terminado es de buena calidad, la superficie está cubierta de cascarilla, que es un óxido que se forma a altas temperaturas. Por lo general, se elimina mediante decapado o un proceso de limpiado, que revela la superficie lisa.[13] Las tolerancias dimensionales suelen ser del 2 al 5 % de las medidas de diseño correspondientes.[14].
El acero dulce laminado en caliente parece tener una tolerancia más amplia para el nivel de carbono incluido que el acero laminado en frío y, por lo tanto, es más difícil de usar para un herrero. También para metales similares, los productos laminados en caliente parecen ser menos costosos que los laminados en frío.[15].
El laminado en caliente se utiliza principalmente para producir chapas o secciones transversales simples, como vías de ferrocarril. Otros usos típicos del metal laminado en caliente son:[16].
Laminación y conformado
Los trenes de laminación a menudo se dividen en secciones de desbaste, intermedias y de acabado. Durante el laminado de formas, una palanquilla inicial (redonda o cuadrada) con un borde de diámetro que suele oscilar entre 100 y 140 mm se deforma continuamente para producir un determinado producto terminado con una dimensión y geometría de sección transversal más pequeñas. A partir de una palanquilla determinada, se pueden adoptar diferentes secuencias para producir un determinado producto final. Sin embargo, dado que cada tren de laminación es significativamente caro (hasta 2 millones de euros), un requisito típico es reducir el número de pasadas de laminación. Se han usado diferentes enfoques para optimizar el proceso, incluido el conocimiento empírico, el empleo de modelos numéricos y técnicas de inteligencia artificial. Lambiase y sus colaboradores[17][18] validaron un modelo de elementos finitos (FE) para predecir la forma final de una barra laminada al pasar de una sección redonda a una plana.
Una de las principales preocupaciones al diseñar trenes de laminación es reducir el número de pasadas. Una posible solución a tales requisitos es el paso de hendidura, también llamado paso dividido, que divide una barra entrante en dos o más subpartes, aumentando así virtualmente la relación de reducción de la sección transversal por paso según lo informado por Lambiase.[19] Otra solución para reducir el número de pasadas en laminadores es el empleo de sistemas automatizados como el propuesto por Lambiase y Langella.[20] Posteriormente, Lambiase desarrolló aún más un sistema automatizado basado en inteligencia artificial y particularmente un sistema integrado que incluye un motor inferencial basado en Algoritmos Genéticos, una base de datos de conocimiento basada en una Red Neural Artificial entrenada por un modelo paramétrico de elementos finitos para optimizar y diseñar automáticamente trenes de laminación.[21].
Laminado en frío
El laminado en frío se realiza con el metal por debajo de su temperatura de recristalización (generalmente, a temperatura ambiente), lo que aumenta su resistencia a través del endurecimiento por deformación hasta en un 20 %. También mejora el acabado superficial y mantiene más ajustadas las tolerancias. Los productos comúnmente laminados en frío incluyen planchas, tiras, barras y varillas; productos que suelen ser más pequeños que los mismos productos laminados en caliente. Debido al tamaño más pequeño de las piezas de trabajo y a su mayor resistencia en comparación con el material laminado en caliente, se utilizan máquinas de laminado de fases sucesivas o de cuatro alturas.[2] El laminado en frío no puede reducir el espesor de una pieza de trabajo tanto como el laminado en caliente en una sola pasada.
Las láminas y tiras laminadas en frío se suministran en varias formas: "totalmente endurecidas", "semi endurecidas", "con un cuarto de dureza" y "laminadas superficialmente". El laminado completo reduce el espesor en un 50 %, mientras que los otros implican una reducción menor. El acero laminado en frío se somete a recocido para inducir su ductilidad, lo que se conoce simplemente como "recocido cerrado y laminado en frío". El laminado superficial implica la menor cantidad de reducción, del 0,5 al 1 %. Se utiliza para producir una superficie lisa, un grosor uniforme y reducir el fenómeno de fluencia al evitar que se formen bandas de Lüders en el procesamiento posterior, bloqueando las dislocaciones en la superficie. Para evitar la formación de bandas de Lüders, es necesario crear una densidad sustancial de dislocaciones no fijadas en la matriz de ferrita. También se utiliza para eliminar las asperezas en el acero galvanizado. El material laminado en superficie se usa generalmente en procesos posteriores de trabajo en frío cuando se requiere una buena ductilidad.
Se pueden laminar en frío otras formas si la sección transversal es relativamente uniforme y la dimensión transversal es relativamente pequeña. Las formas de laminación en frío requieren una serie de distintas operaciones de conformación, para lo que generalmente se dispone de líneas de dimensionamiento, descomposición, desbaste, semidesbaste, semiacabado y acabado.
Si va a ser trabajado manualmente, los aceros más suaves, más consistentes y con niveles más bajos de carbono encapsulado son los más fáciles de procesar, pero a costa de un mayor coste.[22].
Los usos típicos del acero laminado en frío incluyen muebles metálicos, escritorios, archivadores, mesas, sillas, tubos de escape de motocicletas, armarios y carcasas de computadoras, electrodomésticos y componentes, estanterías, accesorios de iluminación, bisagras, tuberías, tambores de acero, cortadoras de césped, gabinetes para equipos electrónicos, calentadores de agua, contenedores de metal, aspas de ventiladores, sartenes, kits de montaje en paredes y techos, y una gran variedad de productos relacionados con la construcción.[23].