Luzatu eta luzatu puskatu gabe
2006/01/01 Urdanpilleta, Marta - Ingeniaritzan doktorea Iturria: Elhuyar aldizkaria
Belgikan bada txiste zahar bat nederlandarrei buruzkoa; txanpon batetik tiraka asmatu zutela kablea esaten dute, hala lortu zutela egitea Amsterdamdik Rotterdamerainoko lehen kablea. Argi dago txistea gehiegikeria bat dela, ez baitago hainbeste luzatzen den metalik. Hala eta guztiz ere, batzuen diruzaletasuna alde batera utzita, harrigarria da zenbat luza daitezkeen hainbat material metaliko.
Material metaliko gehienak % 50 eta % 100 bitartean luzatzen dira, luzera bikoizteraino gehienez, baina ez denak. Material batzuk askoz gehiago luza daitezke, % 200 eta % 1.000 bitartean. Eta berunez eta eztainuz egindako aleazio bat % 7.000 luza daiteke, hau da, hirurogeita hamar aldiz luza daiteke aleazio hori. Pentsa dezagun aleazio horrekin egindako postreko koilaratxo bat dugula; bada, aldi berean bi aldeetatik tira eginez gero, 10 metroko luzera hartuko luke. Ez da harritzekoa material horri superplastiko deitzea.
Superplastiko hitzak adierazten du, hain zuzen, material horiek ikaragarrizko ahalmena dutela luzatzeko. Metalak izanda ere, tenperatura-tarte jakin batean 'oso bigunak' dira, eta tentsio txiki bat nahikoa dute luzatzeko. Normalean, materiala urtze-tenperaturaren erditik gora luzatzen da errazen. Adibidez, nikel-aleazioak 1.300 ºC inguruan du urtze-tenperatura, eta 950 ºC-an du superplastikotasun handiena.
Metalak mikroskopikoki aztertuta, ikusten da nola gertatzen den fenomeno hori. Gogora dezagun oro har material metalikoak polikristalinoak direla, hau da, kristaltxo txikiz osatuta daudela. Kristaltxo bakoitzaren barruan, atomoak periodikoki ordenatuta daude. Kristaltxo horien tamaina asko aldatzen da egitura metaliko hori sortzeko moduaren arabera: metal batzuek kristaltxo mikroskopikoak dituzte, beste batzuek milimetrotako edo zentimetrotako tamaina dute, azkenik, metal-puska batzuk monokristalak dira, hau da, pusketa osoa kristal bakarra da.
Bada, superplastikoetan kristaltxo horien tamaina txikia da, mikra batzuk bakarrik (mikra bat milimetro baten milarena da), eta kristalen txikitasun horretan dago luzatzearen gakoa: deformazioan zehar kristalak ez dira handitzen. Gogoratu metala berotu egin behar dela jokabide superplastikoa izateko, eta, oinarrizko fisikak dioenaren arabera, berotze horrek zabaldu egiten ditu kristaltxoak, handiago bilakatzen ditu. Baina horrelakorik ez da gertatzen metal superplastikoekin, egitura mikroskopikoak eutsi egiten baitio, nolabait, kristalaren tamainari.
Kristaltxoen tamaina ez da aldatzen materiala luzatzean, baizik eta kristal horien tamaina eta posizioa aldatzen da. Gainera, normalean, material bifasikoak dira, konposizio kimiko ezberdina duten bi kristal-motak osatzen baitute metal superplastikoa. Azkenik, badaude beste faktore batzuk, beharbada teknikoagoak: adibidez, kristalek angelu handian biratzeko ahalmena izan behar dute.
Aplikazio industriala
Bazegoen material horien beharra industrian, industria aeronautikoan, bereziki. Alor horretan, titanio, aluminio eta nikelezko aleazioak erabiltzen dituzte batez ere, eta konformazio superplastikoa eta difusioko soldadura konbinatzen dituzte, morfologia konplexuko piezak ekoizteko. Bi prozedura horiek konbinatuz, piezak operazio bakar batean lortzen dira, eta, hala, materialaren kostea gutxitu eta ekoizpen-denbora murrizten da, teknika arruntekin konparatuta. Lortutako piezek gainazaleko bukaera aparta daukate, eta oso arinak dira. Hala ere, teknika horrek desabantailak ere baditu, adibidez, hasierako materiala garestia dela eta bukatutako piezen lodiera ez dela uniformea.
Modu asko dago superplastikoekin lan egiteko; puzte-konformazioa izeneko teknika erabiltzea da beharbada arruntena. Prozedura horrek beira-puztearen tankera dauka: tresna estanko batean, molde baten ondoan dagoen xafla superplastiko batean argon gasa sartzen da presio ez oso handian, eta xaflak moldearen forma hartzen du. Industrian ohikoak dira presio izugarria egiten duten makinak, baina metal superplastikoak tratatzeko nahikoa dira 10 megapascal, hau da, presio atmosferikoa ehun aldiz, gutxi gorabehera.
Presio handia behar ez izateak ez du esan nahi aldiuneko prozesua denik. Metal-zati bat luzatzeko, tenperatura egokienera berotu eta minutu asko behar izaten dira, orduak batzuetan. Beraz, prozedurak interes industriala izateko, deformazio-abiadurak- ahalik eta handiena izan behar du, ekoizpen-denbora gutxitzeko. Abiadura horretan ere eragin handia izaten du kristaltxoen tamainak. Oro har, zenbat eta txikiagoak izan kristaltxoak, orduan eta deformazio-abiadura handiagoa dute. Beraz, metal superplastikoaren ezaugarri mikroskopikoak oso garrantzitsuak dira material hori tratatzeko garaian. Material espezifikoak dira oso, egiteko zailak, eta, ondorioz, garestiak.
Industrian, askotan, difusioko soldadura erabiltzen da konformazio superplastikoarekin batera. 1960ko hamarkadan hasi zen zabaltzen, eta gaur egun batez ere industria aeronautikoan, nuklearrean eta espazioko teknologian erabiltzen da. Prozesu horretan, material superplastikoaren difusioa eragiten da bi material berdinen edo desberdinen artean, neurrizko presioa eta tenperatura altua ezarriz. Ondorioz, deformazio makroskopiko txiki baten ondoren, bi piezek bat egiten dute. Loturaren kalitatea hobea izan dadin, presio txiki bat eman dakioke gasari.
Euskal Herrian
Mota askotako geometriak lor daitezke teknika honen bidez. Konformazio industriala deformazioaren ordena-gailu-simulazioekin konbinatuta, aplikazio ugari garatzen ari dira gaur egun, eta parametro guztiak gero eta hobeto kontrolatzen dira. Euskal Herriko enpresetan ere erabiltzen da teknologia hau. Adibidez, Zamudioko Parke Teknologikoan dagoen ITP enpresa aeronautikoak abioien motorrak ekoizten ditu konformazio superplastikoaren bitartez, eta I+Gn ahalegin handia egiten du arlo horretan.
Superplastikotasunaren etorkizunak interesgarria dirudi, eta, deformazioaren parametroak hobeto kontrolatu ahala, gero eta aplikazio gehiago sortuko dira. Abiadura handiko superplastikotasunak ere itxaropena sortu du. Agian, garatu ez diren tekniketan aplikatzerik ere izango da etorkizunean. Egia esan, superplastikotasunak bide luzea du egiteko oraindik.
Artikulu honen egileak, Marta Urdanpilletak, superplastikotasuna ikertzeko tesia egin du, ITP eta CEIT zentro teknologikoen elkarlanaren bitartez.
