View/Open - Instituto Politécnico Nacional

INSTITUTO P O LITÉCNICO N A C I O N A L
ESCU ELA S U PE R IO R DE IN G EN IER ÍA Q UÍM ICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE IN G EN IER IA EN M ETALURGIA Y
M ATERIALES
“ L A M I N A C I Ó N D E F O IL Y
D E F E C T O S DE C A L ID A D ”
P R O P U E S T A
QUE
PARA
DE
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EL
T E S I S
GRADO
DE
IN G EN IER O M ETALURGICO
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:
V IC TO R M A N U E L S Á N C H E Z U G A L D E
ASESO R: DR. JO S É ANTONIO RO M ERO SER R A N O
MÉXICO,
D. F.
2009
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
E S C U E L A S U P E R I O R D E INGENIERÍA Q U Í M I C A E INDUSTRIAS E X T R A C T I V A S
SECRETARIA
DE
EDUCACION PUBLICA
DEPARTAMENTO DE EVALUACION Y SEGUIMIENTO ACADEMICO
T-100-09.
México, D F , a 02 de Septiembre de 2009
AlC.Pasante.
VICTOR MANUEL SÁNCHEZ UGALDE
Boleta:
8017079
Carrera:
IM
Generación:
1983-1988
Av. Zempoaltecas No. 160
Hacienda del Rosario
Azcapotzalco
México, D.F.
C.P. 02420
Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que el C
D r. J o s é A n to n io R o m e ro S e rra n o , sea orientador en el Tem a que propone usted desarrollar como
prueba escrita en la opción T e s is In d ivid u a l, con el título y contenido siguiente
“L a m in a c ió n d e F o il y d e fe c to s de c a lid a d ”.
Resum en
Introducción
I.- Antecedentes
I!.- Asfalto poroso
III - Defectos en la calidad del Foil
IV.- Etapa de rectificado de ios rodiílos
V.- Tratamientos térmicos.
Conclusiones.
Bibliografía.
Se concéde ürTpiaz&'^iáximo de un año, a partir de esta fecha, para pfé^énrqrlo a revisión
por el Jur-fiáo asignado
Dr Josg'recferico Chávez Alcalá
Di JoEéA'ntqnuYRomero Serrano
Presidente de Academia
Profásóiyótrecioru Orientador
Zed Prof 978975
Jefadel Dpto de Evaluación y
Seguimiento Académico
MAAG/TQS/ams
c c p - Control Escolar
D E P A R T A M E N T O D E E V A L U A C IÓ N Y S E G U IM IE N T O A C A D É M IC O
T-100-09.
México,D.F.,11deseptiembredel2009.
AlC.Pasante:
C.VICTORMANUEL SÁNCHEZ UGALDE
Boleta:
8017079
Carrera:
IM
Generación:
1983-1988
Presente.
Los suscritos tenemos el agrado de informar a Usted, que habiendo procedido a revisar el borrador
de la modalidad de titulación correspondiente, denominado:
“Laminacióndefoil ydefectosdecalidad”
TESISINDIVIDUAL,
PROCEDER A SUIMPRESIÓN
encontramos que el citado trabajo de
reúne los requisitos para autorizar el Examen
Profesional y
según el caso, debiendo tomar en consideración las
indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron.
Atentamente
JURADO
Dr Jos'
%omero Serrano
0residente
r>
Dr. Alejandro Cruz Ramírez
Vocal
Ks*
c c p - Expediente
Dr. Héctor Javier Dorantes Rosales
Secretario
Contenido
R E S U M E N ........................................................................... i
1. I N T R O D U C C I Ó N .................................................................. 1
2 . A N T E C E D E N T E S ..................................................................3
2.1 Características físicas........................................................... 3
2.2 Características mecánicas....................................................... 4
2.3 Producción de Alúmina por proceso B a y e r ........................................ 5
2.4 Electrólisis de la Alúmina...............................................
5
2.5 Purificación y conformado del aluminio............................................7
2.6 Producción mundial de Aluminio.................................................. 7
2.7 Foil o lámina delgada de Aluminio................................................ 9
2.8 Factores que afectan la eficiencia de enfriamiento.................................11
2.9 Efecto del Aceite Lubricante.................................................... 12
3. D E F E C T O S E N L A C A L I D A D D E L FO I L ............................................14
3.1 Porosidad o pinholes.................
|........
|.......... ...14
3.2 Prueba de pinholes............................................................ 15
3.3 Apariencia de la superficie examinada........................................... 16
3.4 Clasificación de pinholes....................................................... 16
3.5 Pinholes tipo A, de Aluminio fino...................
18
3.6 Defectos tipo B, pinholes por inclusiones .....................................
22
3.7 Pinholes tipo C, por puntos brillantes del lado m a t e ................................23
3.8 Efecto del Fe en el foil.......................................................... 28
3.9 Conclusión sobre las causas de pinholes......................................... 30
b
4. E T A P A D E R E C T I F I C A D O D E L O S R O D I L L O S ..................................... 32
4.1
“Piedras de rectificado”........................................................ 33
4.1.1 Selección de piedra..................................
33
4.1.2 Tipo de Abrasivo.......................................................... 34
4.1.3 T a m a ñ o del grano......................................................... 34
4.1.4 Grado.................................................................... 35
4.1.5 Estructura................................................................ 35
4.1.6 Aglutinante................................................................ 35
4.1.7 Clave del Fabricante (Opcional)............................................. 35
4.2 Líquidos Refrigerantes para rectificar............................................ 39
4.3 Refrigerantes Químicos........................................................ 39
4.4 Filtración......................................................................40
4.5 Procedimientos de Rectificado.................................................. 40
4.6 Velocidad de piedra y rodillos................................................... 41
4.7 Traslación de la Piedra......................................................... 42
4.8 Obtención de la Corona........................................................ 42
4.9 Preparación para Rectificado.........
44
5. T R A T A M I E N T O S T É R M I C O S ...................................................... 45
5.1 Temperatura de recristalización................................................. 49
5.2 Recocido......................................................................50
5.3 Aleaciones no tratables térmicamente........................................... 51
5.4 Aleaciones tratables térmicamente...............................................51
5.5 Tipos de Recocidos............................................................ 52
5.5.1 R ecocido d e cinta.....................................................................................................................................................52
c
5.5.2 Recocido intermedio........................................................52
5.5.3 Recocido final ............................................................ 53
5.6 Tratamientos de Recuperación................................................. 53
5.6.1 Relevado de tensiones..................................................... 53
5.6.2 Estabilizado............................................................... 54
5.6.3 Recocido Parcial.......................................................... 54
5.7 Factores que afectan la estructura del grano...................................... 54
5.8 Productos Trabajados en Frío................................................... 55
6. CONCLUSIONES.......................................................................................................57
7. B I B L I O G R A F Í A ................................................................... 61
d
RESU M EN
El presente trabajo desarrolla el t e m a d e laminación d e papel (foil) d e aluminio, e n el
que
se
incluyen
algunos
factores
importantes
del
proceso.
Estos
factores
se
relacionan con la etapa d e la laminación, tales como: (a) La fricción, la cuál está
afectada por el tipo d e lubricante y temperatura del m i s m o ; (b) La rugosidad d e los
rodillos q u e tiene q u e ver con su rectificado; (c) %
reducción e n c a d a pase; (d) El
tratamiento térmico fina!.
A lo largo d e este trabajo también se m e n c i o n a n las c a u s a s del defecto d e porosidad
o “pinhole”. S e incluye un e x a m e n d e pinholes en laminación d e papel d e aluminio
(foil) el cual fue realizado e m p l e a n d o microscopia electrónica d e barrido y u n a celda
fotoeléctrica para
investigar y clasificar este tipo d e
defectos.
Los
defectos d e
porosidad o pinhole se clasifican en: (a) Pinhole de aluminio fino; (b) Inclusiones; (c)
A c a b a d o del lado m a t e del foil por la rugosidad e n los rodillos y limpieza del aceite.
Otros aspectos q u e son analizados en este trabajo son el a c a b a d o superficial y la
planicidad del papel d e aluminio. Estos factores d e p e n d e n de! pulido y la corona d e
los rodillos d e laminación, d e s d e el laminador en caliente hasta el laminador d e
a c a b a d o (en frío). El pulido del rodillo tiene un efecto significativo en la laminación del
papel, por lo q u e es necesario obtener rectificados consistentes y reproducibles. S e
describe el sistema u sado para la identificación d e piedras, selección d e las m i s m a s y
práctica usada para la rectificación d e rodillos para la laminación d e lámina y foil.
S e ha c e m e n c i ó n m u y superficial sobre la importancia de la filtración e n la fundición,
lo q u e permite disminuir problemas d e calidad e n el producto final.
S e incluyen algunos aspectos de los tratamientos térmicos del “foil” d e aluminio ya
q u e es d e fundamental importancia d a d o q u e generalmente constituye el último p a s o
d e un procedimiento iniciado d e s d e la fabricación del lingote.
1. I N T R O D U C C I Ó N
En
1 8 8 2 el aluminio era considerado un metal d e a s o m b r o s a rareza del q u e s e
producían en todo el m u n d o m e n o s d e 2 toneladas anuales. E n 1 8 8 4 se seleccionó el
aluminio c o m o material para realizar el vértice del M o n u m e n t o a Washington, en u n a
é p o c a en q u e la o n z a (30 gramos) costaba el equivalente al sueldo diario d e los
obreros q u e intervenían e n el proyecto, tenía el m i s m o valor q u e la plata.
Sin embargo, con ¡as mejoras d e los procesos los precios bajaron continuamente
hasta colapsarse e n 1 8 8 9 tras descubrirse un m é t o d o sencillo d e extracción del metal
aluminio. La invención d e la d i n a m o por S i e m e n s e n 1 8 6 6 proporcionó la técnica
a d e c u a d a para producir la electrólisis del aluminio. La invención del proceso HallHéroult e n 1 8 8 6 (patentado independientemente por Héroult e n Francia y Hall e n
EE.UU.) abarató el proceso d e extracción del aluminio a partir del minera!, lo q u e
promovió, junto con el proceso Bayer (inventado al a ñ o siguiente, y q u e permite la
obtención d e óxido d e aluminio puro a partir d e la bauxita), q u e se extendiera su u s o
hasta hacerse c o m ú n e n multitud d e aplicaciones. S u s aplicaciones industriales s o n
relativamente recientes, produciéndose a escala industrial d e s d e finales del siglo XIX.
Ello posibilitó q u e el aluminio pasara a ser un metal c o m ú n y económico. Pa r a 1 8 9 5
su uso c o m o
material d e construcción estaba tan extendido q u e había llegado a
Sídney, Australia, d o n d e se utilizó e n la cúpula d e un Edificio Público.
i
La producción mundial alcanzó las 6.700 toneladas hacia 1900, 700.000 ton e n 1 9 3 9
y en 1 9 4 3 llegó a los dos millones d e toneladas debido al impulso d e la II Guerra
Mundial. D e s d e entonces la producción se ha incrementado hasta superar la d e todos
los d e m á s metales n o férreos.
Objetivo:
Finalmente
este
trabajo tiene c o m o
objetivo
mostrar
algunos
de
las
variables q u e intervienen y c ó m o intervienen e n la calidad del foil c o m o resultado dei
proceso de laminación del mismo. E n b a s e a la experiencia profesional d e su servidor
autor d e esta obra.
2
2. A N T E C E D E N T E S
Actualmente el proceso ordinario d e obtención del aluminio consta d e d o s etapas, la
obtención
de
alúmina
por el proceso
Bayer a
partir d e
la bauxita, y
posterior
electrólisis del óxido para obtener el aluminio.
La recuperación del metal a partir d e la chatarra, material viejo o d e s e c h o s (reciclado)
era una práctica conocida d e s d e principios del siglo X X. Sin em b a r g o , es a partir d e
los a ñ o s 1 9 6 0 c u a n d o se generaliza, m á s por razones ecológicas q u e estrictamente
económicas, ya q u e el reciclaje c o n s u m e el 5 %
de energía d e lo q u e c o n s u m e la
producción metalúrgica a partir del mineral.
2.1
Características físicas
Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:
a)
E s un metal ligero, cuya densidad es d e 2.7 g / c m 3, 2.7 v e c e s la densidad del
a g u a y un tercio la del acero.
b)
c)
d)
Tiene un punto de fusión bajo: 6 6 0 °C (933 K).
El p e s o atómico del aluminio es d e 26.9815 u.
E s d e color blanco brillante, con b u e n a s propiedades ópticas y un alto poder
d e reflexión d e radiaciones luminosas y térmicas.
e)
Tiene una elevada conductividad eléctrica c o m p r e n d i d a entre 3 4 y 3 8 (m/(Q
m m 2) y u n a elevada conductividad térmica, d e 8 0 a 2 3 0 W / ( n v K).
3
f)
Resistente a la corrosión, a los productos químicos, a la intemperie y al a g u a
d e mar, gracias a la capa d e Al2 0 3 formada.
g)
E s abundante e n
la naturaleza. E s el tercer e l emento m á s
común
en
la
corteza terrestre, detrás del oxígeno y el silicio.
h)
S u producción metalúrgica a partir d e minerales es m u y costosa
i)
Material fácil y barato d e reciclar.
2.2
Características m e c á n i c a s
Entre las características m e c á n i c a s del aluminio se tienen las siguientes:
a)
Fácil de trabajar mecánicamente.
b)
M u y maleable, permite la producción d e láminas m u y delgadas.
c)
Bastante dúctil, permite la fabricación d e cables eléctricos.
d)
Material blando (de 2 a 3 e n la escala d e Mohs). Límite
d e resistencia en
tracción: 160-200 N / m m 2 [160-200 M P a ] e n estado puro, e n estado aleado el
rango es d e 1400-6000 N / m m 2. El duraluminio es u n a aleación particularmente
resistente.
e)
Para su uso c o m o material estructural se necesita alearlo con otros metales
para mejorar las propiedades mecánicas.
f)
Permite la fabricación d e piezas por fundición, forja y extrusión.
4
2.3 P r o d u c c i ó n d e A l ú m i n a por p r o c e s o B a y e r
El proceso Bayer, inventado por Karl Bayer e n 1889, es el principal m é t o d o utilizado
para producir alúmina a partir de la bauxita. El proceso c o m i e n z a con un lavado d e la
bauxita molida con una solución d e sosa cáustica a alta presión y temperatura. Los
minerales d e aluminio se disuelven mientras q u e los otros c o m p o n e n t e s d e la bauxita,
principalmente sílice y óxidos de hierro y titanio p e r m a n e c e n sólidos y se depositan e n
el fondo d e un decantador d e d o n d e son retirados. A continuación se recristaliza el
hidróxido d e aluminio de la solución y se calcina a m á s d e 9 0 0 ° C para producir u n a
alúmina, Al20 3, d e alta calidad.
2.4 Electrólisis d e la A l ú m i n a
El óxido d e aluminio (o alúmina) se disuelve en un b a ñ o fundido d e criolita (NaaAIFe) y
se electroliza en una celda electrolítica u s a n d o á n o d o s y cátodo d e carbono. S e
realiza d e esta manera, ya q u e la alúmina proveniente del proceso B a y e r tiene un
punto d e fusión extrem a d a m e n t e alto (por e n c i m a de los 2 0 0 0 °C), m u y caro y difícil
d e alcanzar en la práctica industrial. La mezcla con la criolita d a u n a m e z c l a eutéctica,
q u e logra bajar ei punto de fusión a alrededor de los 9 0 0 °C. P or esta razón el
consumo
energético q u e
se
utiliza para
obtener aluminio es m u y
elevado
y
lo
convierte e n u n o d e los metales m á s caros d e obtener, ya q u e es necesario gastar
entre 17 y 2 0 k W h por cada kg d e metal d e aluminio. D e estos b a ñ o s se obtiene Al e n
líquido con u n a pureza de 99.5 a 99.9%, q u e d a n d o trazas d e hierro y silicio.
5
La electrólisis es un proceso electroquímico en el q u e se ha c e pasar u na corriente
eléctrica a través d e una solución q u e contiene c o m p u e s t o s disociados en iones para
provocar
una
serie
de
transformaciones
químicas.
La
corriente
eléctrica
se
proporciona a la solución sumergiendo e n ella d o s electrodos, u n o llamado cátodo y
otro llamado ánodo, conectados respectivamente a! polo negativo y al polo positivo d e
u n a fuente d e corriente continua.
La celda electrolítica usada para obtener el aluminio tiene u n o s electrodos dispuestos
en
forma
horizontal, a diferencia d e
los u s a d o s
para afinar F e
o
Cu.
El b a ñ o
electrolítico d e b e tener m e n o r densidad q u e el aluminio a e sa temperatura (alrededor
d e 2.3 g/crnr a 90 0 °C), ya qu e el aluminio ya refinado d e b e depositarse en el fondo
d e la c u b a electrolítica, saliendo por e! fondo del recipiente. S e calcula q u e por c a d a
tonelada
producida
de
aluminio
metálico
se
consumen
460
kg
de
carbono,
proveniente d e los electrodos.
El gran problema de! aluminio es el precio de la energía q u e c o n s u m e para producirlo
y q u e representa entre un 2 5 % y un 3 0 % del costo d e producción del metal. P o r esta
razón se están desarrollando procesos alternativos q u e permiten u n a reducción d e la
energía necesaria, hasta un 7 0 % m e n o s q u e con el procedimiento electrolítico.
6
2.5 Purificación y c o n f o r m a d o del aluminio
El aluminio procedente d e las c u b a s electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo d e
manera
precisa
con
otros
metales
para
formar
aleaciones
con
propiedades
específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en u n a etapa del
proceso y d e s p u é s se vierte en m o l d e s o se funde directamente e n lingotes. Para
obtener un a tonelada d e aluminio h a c e n falta unas do s toneladas d e alúmina y u n a
gran cantidad d e electricidad. A su vez, para producir d o s toneladas d e alúmina se
necesitan u n a s cuatro toneladas d e bauxita, en un proceso complejo q u e requiere
equipos d e gran tamaño.
2.6 P r o d u c c i ó n m u n d i a l d e A l u m i n i o
La Tabla 1 r e s u m e las estadísticas d e producción de aluminio e n el m u n d o . L a Figura
1 muestra un ejemplo d e una bobina de aluminio
E n 2 0 0 6 la producción mundial d e este metal ascendía a 33.1 millones d e toneladas.
Los m a y o r e s productores mundiales son China (con 8.7 millones d e toneladas al año)
y Rusia (con 3.7 millones d e toneladas). D e esta producción, u n a parte se d e b e al
reciclado, mientras q u e el resto procede d e las reservas d e bauxita.
7
Tabla 1. Producción mundial d e aluminio
Año
América
América
del Norte
latina
África
AA c i.a
E u r o p1a
y Rusia
Oceanía
Total
1978
336
5.409
413
1.126
3.730
414
11428
1982
501
4.343
795
1.103
3.306
548
10.496
1987
572
4.889
1.486
927
3.462
1.273
12.604
1992
617
6.016
1.949
1.379
3.319
1.483
14.763
1997
1.106
5.930
2.116
1.910
6.613
1.804
19.479
2003
1.428
5.945
2.275
2.457
8.064
2.198
21.935
2004
1.711
5.110
2.356
2.735
8.433
2.246
22.591
Producción de Al en millones de ton Fuente InternationalAluminium Association
La producción mundial d e aluminio secundario a partir del reciclado se eleva a 7.6 M t
en 2005, siendo el 2 0 % d e la producción total d e este metal.
F i g u r a 1. B o b in a d e c h a p a d e a iu m in io
2.7 Foil o lámina d e l g a d a d e Aluminio
El foil, es un producto característico del aluminio debido a la gran
maleabilidad y el
relativo bajo costo c o m p a r a d o con otros metales c o m o el cobre q ue es también m u y
maleable. La principal fuente del aluminio es el mineral bauxita el cual es e s c a s o e n
México; por lo q u e
se
importa principalmente de
Venezuela,
Guyana
Francesa,
Guinea, etc El foil tiene diferentes usos, entre los m á s c o m u n e s se encuentra:
a) El d e uso doméstico, que es m u y conocido porque se encuentra en centros
comerciales y se usa para forrar las estufas para cubrir los alimentos en los
recipientes d e cocina, etc Este tipo de producto es de aleación 1100 y/o 1200.
9
b) E n la industria del cigarro es adherido ai papel (bond) y sirve para cubrir al
tabaco d e la intemperie y evita q u e se pierda el a r o m a del producto
c) El farmacéutico
que
tiene c o m o
m e d i c a m e n t o s en presentación
función,
junto con
el P V C ,
encapsular
d e grageas, pastillas, supositorios, capsulas,
etc. El aluminio permite el a c c e s o fácil y rápido al m e d i c a m e n t o q u e envuelve o
q u e está en el interior entre el P V C y el aluminio, las m á q u i n a s q u e producen
este encapsulamiento, son llamadas c o m ú n m e n t e (Blisteadoras).
d)
E n la industria d e los alimentos se encuentra ei recipiente T E T R A P A C K . Este
producto ¡leva u n a combinación
d e varias capas: el plástico, aluminio y cartón
d a n d o lugar a un recipiente q u e evita q u e los alimentos c a d u q u e n a corto
plazo. La función principal del aluminio es evitar el p a s o d e la luz e n el c a s o d e
los productos lácteos, por lo q u e el producto d e foil para este uso, junto c on el
farmacéutico, tiene u n a alta exigencia e n limpieza y porosidad. J a p ó n produce
un foil de 5 |xm con 4 a 5 poros (pinholes) por m
, Méxi c o produce con gran
dificultad un foil d e 7 [im con u n a porosidad de 1 50 a 2 0 0 pinholes por m 2.
E n el proceso d e laminación del foil, el comportamiento del aceite e n las superficies
d e contacto entre los rodillos y la cinta a ú n no es m u y claro. La fricción y lubricación
en la mordida son m u y complejas. A lo largo del arco d e contacto d e laminación, el
cual es d e 2 a 8 m m , casi todos los parámetros relevantes c a m b i a n continuamente.
La cinta bajo deformación plástica es endurecida por trabajo c a m b i a n d o su punto d e
cedencia y el a c a b a d o superficial se modifica por el desprendimiento d e partículas.
10
La velocidad del deslizamiento entre las superficies e n contacto (de los rodillos y la
cinta) c a m b i a continuamente, siendo igual a cero en e! punto neutro. La presión d e
rodillos c a m b i a a lo largo del arco d e contacto, teniendo un valor m á x i m o en el punto
neutro. La temperatura alcanza un valor m á x i m o e n la salida. El espesor d e la película
del aceite disminuye d e la entrada hacia la salida d e la mordida.
La viscosidad del lubricante cambia bajo las variables presión y temperatura.
La
superficie d e los rodillos es aplanada elásticamente, bajo la acción d e la presión d e
laminación alterando así también la configuración geométrica d e la “m o r d i d a ”. L a
naturaleza d e la fricción e n la “mordida” es determinada por el espesor d e la película
d e aceite, la rugosidad d e los rodillos y la rugosidad d e la cinta. Bajo condiciones
normales d e operación, a m b a s clases d e fricción coexisten e n la “m o r d i d a ”.
Las funciones del lubricante son el d e enfriar los rodillos d e trabajo y controlar la
corona d e los mismos.
El aceite d e laminación es llamado por algunos autores,
enfriador d e rodillos (roll coolant), para destacar su importancia en el enfriamiento d e
los rodillos. El propósito d e enfriar los rodillos e s asegurar el funcionamiento del aceite
d e laminación ya q u e si la temperatura de los rodillos es alta se r o m p e la película d e
aceite, debido a una disminución de viscosidad y pérdida d e absorción d e los aditivos.
2.8 Factores q u e afectan la eficiencia d e enfriamiento
Los factores q u e afectan la eficiencia del enfriamiento son la temperatura y el calor
específico del aceite de laminación, la conductividad d e calor entre los rodillos y el
11
fiujo del aceite, la cantidad d e aceite d e laminación, la presión y el ángulo d e c h o q u e
con los rodillos d e e s e flujo d e aceite d e laminación. La generación d e calor durante la
laminación es confinada a las superficies en contacto d e los rodillos y la cinta d e
aluminio. C o m o resultado de ello, la parte m e d i a del cuerpo del rodillo está siempre
m á s caliente q u e los extremos. L a s diferencias en dilatación por calor crean u n a
corona térmica en los rodillos, la cual d e b e ser c o m p e n s a d a para tener u n a abertura
uniforme en la mordida y controlar la planicidad. C o n este fin el operador del molino
hace uso del equipo para flexionar los rodillos o m a n d a r m á s cantidad d e aceite a la
parte m e d i a del cuerpo del rodillo para aliviar la diferencia d e temperaturas. A u n q u e el
equipo
de
flexión
de
rodillos
es
de
respuesta
rápida,
no
puede
reemplazar
c o m pletamente la función del aceite d e laminación en controlar la corona, debido a
q u e la curva d e deflexión del rodillo rio conforma exactamente la curva d e la corona
térmica.
2.9 Efecto del Aceite Lubricante
C o m o un ejemplo d e la importancia del tipo d e aceite lubricante se p u e d e m e n c i o n a r
q u e en la planta de fabricación d e foil d e aluminio, ubicada en Tulpetlac, originalmente
se usaba c o m o lubricante en México, aceite Alico # 4 y se c a m b i ó por Norpar13; sin
embargo, se produjeron varios incendios (8 incendios en solo un m e s ) al usar el
aceite Norpar 13, por lo q u e se decidió cambiar a Norpar 15, perdiendo las ventajas
originales d e
baja viscosidad y por e n d e
incendios.
12
m a y o r velocidad,
pero se evitaron los
La diferencia entre los aceites Alico#4 y Norpar-15 se d e b e a su composición química:
El aceite Alico#4 es u n a mezcla d e parafinas normales, nafténicos y aromáticos, lo
q u e lo convierte, en un aceite con riesgo a la salud por sus c o m p u e s t o s químicos
p e s a d o s y cancerígenos. La Tabla 2 muestra algunos datos comparativos entre los
diferentes aceites u s a d o s para laminación d e aluminio.
Tabla 2. Propiedades físicas d e los aceites para laminación d e foil d e aluminio
A t ic o
A c e it e
#4
N o rp a r- 13
N o rp a r-15
Parafinas normales %masa
70-75
98.7
99.4
C12
-
12
-
C13
-
60
—
C14
-
28
32-34
C15
42-45
C16
16-18
Aromáticos %
5-12
0.2
0.01
Nafténicos
15-20
-
-
Azufre
Mayor 0.06
0.0001
0.0005
Punto de inflamación
94°C
93°C
118°C
Presión de vapor mmHg a
196°C
740
250
195
Viscosidad cst a 100°F
2.59-2.69
1.93
2.42
Tinicial de ebullición °C
200-220
226
250
Tfina! de ebullición
270-297
242
272
T o d o s lo s d a t o s a n te r io r e s s o n a p r e s ió n a tm o s fé r ic a .
13
3. D E F E C T O S E N L A C A L I D A D D E L F O I L
A continuación se m e n c i o n a una variedad d e defectos d e calidad e n el foil y sus
probables causas.
3.1 P o r o s i d a d o pinholes
El análisis d e poros o pinholes en laminación d e papel (foil) d e aluminio ha sido
realizado e m p l e a n d o microscopía electrónica d e barrido y u n a celda fotoeléctrica. Las
principales c a usas d e pinholes son:
a) Pinholes d e aluminio fino
b) Inclusiones
c) A c a b a d o
del lado m a t e del foil fino por la rugosidad en
los rodillos y
limpieza del aceite.
Los procesos limpios son necesarios todo ei tiempo para q u e las inclusiones n o
invadan el foil. El control d e la planicidad e n el laminado y el uso d e materiales q u e
contienen un t a m a ñ o grano fino y u n a distribución uniforme es efectiva e n la finura del
a c a b a d o del lado mate. Recientemente el uso de! foil d e aluminio se ha incrementado
por lo flexible del e m p a q u e . El espesor del foil tiende a disminuir para reducir costos y
la formación d e pinholes genera serios problemas al bajar el espesor.
14
A continuación se analizan los factores m á s importantes q u e afectan la formación d e
pinholes en el laminado del foil. S e clasifican los tipos de pinholes y s e discuten los
m e c a n i s m o s y la prevención d e su formación. La Tabla 3 muestra la composición
química típica d e u n a pieza d e aluminio, generalmente aplicada para e s p e sores d e foil
(papel).
Tabla 3.
Material
Composición química d e u n a muestra típica d e foil
Designación
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Cr
Zn
Ti
99.39%AI
A¡-0.45%Fe
0.15
0.45
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
98.40%AI
Al-1.5% Fe
0.08
1.5
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
El foil examinado fue de 6-6 5 |iin de espesor y fue laminado en un molino de producción en caliente y
laminado en sus pases de desbaste en frío.
3.2 P r u e b a d e pinholes
La cantidad y distribución d e pinholes a lo a n c h o del foil fue determinado c o m o la
cantidad promedio por metro cuadrado d e poros a través d e un detector d e celda tipo
fotoeléctrica. Los datos d e los pinholes detectados se muestran en la Tabla 4. Los
pinholes fueron determinados por el m é t o d o d e visualización estándar (en u n cuarto
obscuro) e n forma ordenada se e x a m i n ó la apariencia d e los pinholes a través d e un
microscopio electrónico d e barrido (SEM).
15
T a b l a 4. E s p e c i f i c a c i ó n d e l d e t e c t o r d e p i n h o l e s
S e n s o r d e pinholes
C e l d a fotoeléctrica
Longitud del pinholes
5-300 |im
A n c h o d e la muestra
Max. 3 0 0 m m
Longitud d e muestra
1650 m m
3.3 Apariencia d e la superficie e x a m i n a d a
La
rugosidad d e
¡a superficie fue m e d i d a
c on
un
rugosímetro d e
contacto,
en
orientación transversal a la dirección d e laminación y el lado m a t e paralelamente a la
dirección d e laminación, la rugosidad p r omedio fue indicada en Ra, La apariencia
superficial y los defectos superficiales fueron obser v a d o s u s a n d o M E B .
3.4 Clasificación d e pinholes
La apariencia d e los defectos pinholes fue clasificada e n 3 tipos; A, B, C, c o m o se
muestra en la Figura 2.
16
Tipo
Causa
A
Al fino
B
Inclusión
c
Lad o mate
corrugado
%
1 0 ttm
1 0 ftm
Figura. 2. Clasificación d e pinholes e n foil d e Aluminio
E n el tipo A, el aluminio fino es presentado c o m o pinholes cerrado y pequeño. El tipo
B es un pinhole d e inclusión. El tipo C fue c a u s a d o por e x c e s o e n la rugosidad e n ei
lado m a t e del pase final del laminado. El t a m a ñ o del pinholes d e los tipos A y B son
usualmente grandes (mayor a 25 ^im). El defecto tipo C, se muestra también e n la
Figura 2 y son defectos m u y escasos.
17
n=50
F=12.3
A
n= 50
F=46.3
B
n=100
F=7 3
C
Figura 3 Distribución del t a m a ñ o d e pinholes en cada tipo d e defecto(A, B y C)
3.5
Pinholes tipo A, d e A l u mi n i o fino
La apariencia superficial del foil (0,35 m m de espesor) fue analizada y se detectó este
tipo d e defecto mediante algunas i m á g e n e s de aluminio fino. El defecto pinhole tipo A
se clasifica a su vez en 3 grupos: A 1 , A2, A3; c o m o se muestra en la Figura 4
Los tipos de defectos A 1 y A2, son el efecto d e la rugosidad d e los rodillos. Para
minimizar este defecto no solo h ay q u e reducir la rugosidad de los rodillos, también
hay q u e reducir la diferencia d e rugosidad entre los rodillos y el material.
18
Figura 4. Defectos típicos en la superficie d e aluminio foil fino.
El efecto d e la diferencia de rugosidades e n las superficies fue simulado en u n molino
y los resultados obtenidos se muestran e n la Figura 5. Los defectos p u e d e n ser
reducidos disminuyendo la rugosidad d e las diferentes superficies.
La m a y o r cantidad d e defectos es detectada d e s p u é s d e los p a s e s intermedios, tanto
en laminado e n caliente c o m o en laminado en frío. Especialmente serios s o n los
defectos q u e se transfieren d e s d e los rodillos d e apoyo e n el proceso d e laminado.
19
Rugosidad de rodillos Ra 0 45pm
0 de rodillos de Trabajo 255mm
% de reducción 20% 0 30-0 24mm/0 30mm
N ú m e ro de d e fe c to s /m 2
después de la m in a r
D E F E C TO S
R ugosidad s u p e rfic ia l a nte s
de la m in a r Ra en n m
Figura 5 Efecto d e la diferencia d e la rugosidad e n la superficie d e ¡os rodillos
y el material, en los defectos d e s p u é s d e la laminación.
Los defectos tipo A 3 son c a u s a d o s por las condiciones e n q u e se encuentra el aceite
d e laminación, p u e d e por e n d e ser disminuido por la reducción d e la rugosidad y por
las b u e n a s condiciones del aceite d e laminación. La reducción d e orificios por aceite
d e laminación es efectiva si se tiene u na consistente película d e aceite e n la “m o r d i d a ”
d e laminación. El espesor d e la película d e aceite p u e d e calcularse con la ecuación
(1), y d e p e n d e
de
las condiciones
de
laminación
laminación y viscosidad del lubricante.
20
tales
como
la velocidad
de
g =
K a ( V , + V 2)
(i)
H
P
donde:
5 = Espesor d e la película d e aceite en la mordida d e los rodillos
|j = Viscosidad del lubricante
V1 = Velocidad d e la lámina
V 2 = Velocidad d e los rodillos
a = Angulo en la mordida^ A h / R ( Ah: Reducción, R:Radio d e los rodillos)
P = Presión
K=
Coeficiente
E n bajas reducciones d e laminación, se genera m á s
aluminio fino q u e
producen
defectos superficiales si la velocidad d e iaminacióri es baja. La Figura 6 mues t r a los
efectos en la superficie por reducción d e espesor de la lámina d e aluminio producidos
en un molino d e prueba. Esta iámina d e aluminio con picadura d e aceite fue
artificialmente formada con u n a composición química y laminado con varios niveles d e
reducción. C o n bajas reducciones m á s defectos superficiales son observados.
21
Antes
d e
laminado
4 0
%
de
6 5
reducción
%
d e
reducción
Figura 6. Efecto d e la reducción en los defectos d e la superficie d e lámina d e
Aluminio laminado en un molino d e prueba (espesor d e lámina 0.35rnm)
3.6
Defectos tipo B, pinholes por inclusiones
La característica principal d e los pinholes tipo B e s q u e se forman rayas paralelas a la
dirección d e laminación, c o m o se observa en la Figura 2, por e s o las inclusiones v an
junto con el rolado. Las partículas grandes, c o m o la sílice, acero, etc., g e n e r a n un
defecto llamado porosidad (menor a 3 0 0 pm). E s necesario limitar estas partículas lo
m á s posible. Tiene q u e ser debajo d e 1:1000 m 2 en foil d e 6.5 p m . Para prevenir la
formación d e estos orificios, es necesaria la minuciosa limpieza en c a d a etapa del
proceso (colada continua, laminado, corte, etc.). P o r ejemplo, se d e b e
filtración en el metal fundido y en la colada.
22
evitar la
3.7 Pinholes tipo C, por p u n t o s brillantes del lado m a t e
La superficie m a t e se produce por el doble rolado es decir por el laminado d e d o s
hojas d e foil al m i s m o tiempo en el laminador. La intención d e meter 2 hojas al m i s m o
tiempo, e s alcanzar con m a y o r facilidad el espesor tan delgado del foil. A este proceso
d e laminación se le c onoce mejor c o m o laminado en paquete ó laminado dobie. La
superficie q u e q u e d a dentro d e ó entre las d o s hojas d e foil (y a la cual se agrega
aceite lubricante, para poder separar ¡as hojas) está fuera del contacto d e los rodillos
y es e n esa zona d o n d e se crean los puntos brillantes. Los puntos brillantes del lado
m a t e se muestran en la Figura 7 y generalmente son defectos superficiales c o m o la
picadura por aceite entre las hojas del laminado doble.
F i g u r a 7. E s q u e m a d e f o r m a c i ó n d e p i n h o le s d e l tipo “C ”.
23
La deformación por laminación es un esfuerzo deslizante lineal y los pinholes se
forman por deslizamientos perpendiculares a la dirección d e laminación y entonces ¡a
superficie p u e d e llegar a formar puntos brillantes. Este tipo d e pinholes se caracteriza
claramente por el efecto transversal a la dirección de laminación. Los puntos brillantes
oscilan e n toda la longitud del orden d e 10 p m
E n este ca s o el t a m a ñ o de los
pinholes es m á s pequeño, pero el n ú m e r o tiende a ser m a r c a d a m e n t e mayor.
La Figura 8 muestra la relación entre la rugosidad de las superficies del lado m a t e y el
n ú m e r o de pinholes
C o m o se observa, el n ú m e r o de pinholes disminuye en forma
exponencial con la rugosidad d e la superficie del lado m a t e y los puntos brillantes
disminuyen en forma considerable
fM
E
800
S
400
Q.
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
RUGOSIDAD Ra um
Figura 8. Efecto de la rugosidad sobre la concentración d e defectos pinholes
24
H a y m u c h o s factores q u e afectan la rugosidad del lado m a t e y éstos son afectados
por los elementos d e laminación c o m o se muestra en la Tabla 5.
Tabla 5. Factores q u e afectan la rugosidad d e la superficie del lado m a t e
Condiciones de Laminación
Material
1. Propiedades mecánicas
ITensión
Alta tensión
Delantera y Trasera
Propiedades endurecimiento por trabajo
2.Microestructura
2 Cédula de pases
Tamaño de grano
Reducción en laminado doble y otros pases.
Compuestos intermetálicos
Textura
3 Perfil de la lámina
3 Velocidad de laminación
Grown ratio
Planicidad de la lámina
4. Lubricante de separación en
laminado.
el doble
Viscosidad, etc
La Figura 9 muestra el efecto de la planicidad e n el n ú m e r o d e pinholes y la rugosidad
del lado m a t e a todo lo a n c h o del foil (papel). C u a n d o la lámina tiene bolsa centra!, los
pinholes se concentraron a lo largo d e a m b a s orillas. Pero e n el c a s o d e bolsas
(ondas) en las orillas, los pinholes se concentraron en la parte central. Generalmente,
la planicidad e s c a s a m e n t e se ajusta para las bolsas e n las orillas, pero n o es así para
el corte de las orillas, es decir se le da m á s importancia al corte q u e a la planicidad
(bolsa). Por lo tanto es normal q u e haya m á s pinholes e n el centro q u e e n las orillas.
25
EFECTODE LAPLANICIDADEN LAPOROSIDAD
O
LO
•BOLSA EN ORILLAS
UJ
400 -í
350 ^........ ...,... ...
300 J
0
250 i
■ PLANO
N
E
T
z
E
BOLSA EN EL CENTRO
200
150 100 i
o o
LO
1
I
,0&
I
I
1
&
<r
ZONA DEL ANCHO DE LAMINA
Figura 9. Efecto de la planicidad en el n ú m e r o de pinholes y rugosidad en la
superficie del lado m a t e a lo a n c h o del foil de aluminio.
La figura 10 muestra alabeo ó mejor conocida c o m o bolsa en las orillas, ilustración
superior y bolsa en el centro, ilustración inferior
Para disminuir el n ú m e r o de pinholes, las condiciones de laminación d e b e n ser tales
que la tensión total debe ser baja y distribuida uniformemente a lo a n c h o del rollo del
foil La figuran muestra la apariencia superficial y rugosidad del lado m a t e en foil de
las aleaciones IN30 y K S 1 115
26
.*»*.• Bl M J L
MJtkMLMJk-M
Fig 10. Bolsa en el centro, (ilustración inferior) y alabeo ó mejor conocida c o m o bolsa
en las orillas, (ilustración superior).
Dirección d e laminación
IN30
i
*
au
V
v
5.
zw m .
K S 1115
% > « £ ■ rn
Figural 1.
Apariencia superficial y rugosidad del lado m a t e en foil IN30 y K S 1 1 15
3.8 Efecto del F e e n el foil
La Tabla 6 muestra el efecto del F e contenido e n el material; para ello se c o m p a r a n
dos aleaciones: a) Aleación AI-0. 4 5 % F e y b) Aleación AI-1.5%Fe.
El n ú m e r o
de
pinholes e n el foil AI-1,5%Fe es m u c h o m e n o r c o m p a r a d o con el foil AI-0.45%Fe. Esto
fue f u n d a m e n t a d o d e s d e la clasificación del tipo d e pinholes q u e resultó ser del tipo
“C ”, q u e disminuye. A d e m á s disminuye con la rugosidad d e la superficie del lado
mate, c o m o se muestra e n la Tabla 6.
28
Tabla 6. N ú m e r o d e pinholes y rugosidad del lado m a t e e n foil d e A I - 0 . 4 5 % F e y
AI-1.5%Fe e n foii d e 6.5 |jm d e espesor.
No. P r omedio de
pinholes/m2
Aleación
Designación
(Clasificación d e tipos A,
ByC)
1N30
KS1115
Al - 0 . 4 5 % F e
Al - 1.50 %
Fe
Ru g o s i d a d superficial
del lado m a t e (RA/pm)
2 0 (A:3 B:3 C:14)
0.35
7 (A:2 B:3 C:2)
0.23
Varios materiales con diferente t a m a ñ o d e grano, controlado por tratamiento térmico,
fueron laminados en un molino d e prueba con e! fin d e analizar el efecto del contenido
d e F e sobre la disminución de la rugosidad d e la superficie del lado mate.
Los
resultados se muestran e n la Figura 12. El materia! c on el t a m a ñ o d e grano fino e n el
caso d e la aleación AI-1,5%Fe exhibió m á s
baja rugosidad del lado m a t e q u e
la
aleación AI-0.45%Fe. El experimento indica q u e el incremento del F e e s efectivo e n la
disminución d e pinholes c a u s a d o por los puntos brillantes del lado mate.
29
T a m a ñ o d e grano,
j_im
Figura 12. Efectos del t a m a ñ o de grano y contenido d e F e sobre la superficie rugosa
del lado m a t e e n el laminado d e foil d e aluminio, e n un molino d e prueba.
3.9
C o n c l u s i ó n s o b r e las c a u s a s d e pinholes
E n e! análisis anterior del proceso d e laminación de foil d e aluminio se obtienen las
siguientes conclusiones:
30
1) Las principales c ausas d e pinholes se clasifican en 3 grupos:
a) Finos d e Aluminio
b) Inclusiones
c) Puntos brillantes del lado m a t e
2) Para
prevenir la formación
de
cada
tipo d e
pinhole se
recomiendan
las
siguientes medidas:
a) Disminuir la rugosidad de los rodillos y picaduras por aceite
b) Profundizar la limpieza del proceso e n c a d a p a s e
c) Controlar la planicidad del foil en la laminación y el uso d e materiales c on
un t a m a ñ o d e grano fino y u n a distribución uniforme
d) E m p l e a r la cantidad requerida d e F e e n la aleación.
31
4. E T A P A
D E
R E C T I F I C A D O
D E
L O S
R O D I L L O S
H a y d o s factores m u y importantes q u e afectan el a c a b a d o y la planicidad del papel d e
aluminio: el pulido y la corona d e los rodillos d e laminación; d e s d e el laminador en
caliente hasta el laminador d e a c a b a d o (frío). El pulido del rodillo produce un efecto
significativo en la laminación del papel, por lo q u e es necesario obtener rectificados
consistentes y reproducibles.
La operación d e rectificado tiene el doble propósito d e obtener la corona y el pulido
deseado.
Es
usual hacer esto e n
u n a serie d e operaciones ya q u e las m u e l a s
apropiadas para cortar el acero y lograr la corona, n o r m a l m e n t e no sirven para
obtener el pulido d e s e a d o e n rodillos q u e se usan para laminación d e foil d e aluminio.
E n esta etapa del trabajo se describe el sistema u s a d o para la identificación d e
piedras, selección d e ellas y práctica u s a d a para la rectificación d e rodillos para la
laminación d e lámina y foil.
32
4.1
“ Piedras d e rectificado”
4.1.1 Selección d e piedra
Durante el rectificado, p e q u e ñ a s partículas d e metal son desprendidas del rodillo por
la acción
mecánica
de
granos
abrasivos
de
forma
irregular.
Los
granos
son
producidos m o l d e a d o s en u n a muela, la cual se mantiene contra el rodillo teniendo
m u e l a y rodillo un movimiento rotativo.
La m u e l a o piedra tiene c o m o constituyentes al abrasivo q u e efectúa el corte y el
aglutinante q u e mantiene unidos los granos. La acción abrasiva e s determinada por la
naturaleza d e a m b o s
adecuado.
El sistema
constituyentes,
adoptado
los cuales son
por la A merican
identificados por un
Standards
Association
código
para
la
identificación d e las características d e las piedras es el siguiente:
1) Prefijo opcional- D eno t a c o n especial precisión el tipo d e abrasivo u s a d o
2) Tipo d e abrasivo
3) T a m a ñ o d e grano
4) G r a d o
5) Estructura- Esto es n o r m a l m e n t e un n ú m e r o q u e indica la estructura d e
la piedra (uso opcional)
6) Tipo d e aglutinante
7) Clave del fabricante para
identificar el tipo exacto d e
alguna otra identificación (uso opcional)
33
aglutinante o
La Tabla 7 muestra un ejemplo del sistema d e identificación d e las piedras o m u e l a s
para el rectificado d e rodillos de laminación d e aluminio.
Tabla 7 Ejemplo del sistema d e identificación d e las m u e l a s d e rectificado
AA
80
Gr
5
V
30
Aloxita
G r a d o fino
Grado
Estructura
Vitrificado
Clave del
Suave-Med
Normal
óxido d e Al
Fabricante
Los Estándares Británicos 4481, Parte 1, 1969, usan un sistema similar de identificación, el cuál es
usado por la compañía Carborundum
4.1.2 Tipo d e A b r a s i v o
Los dos materiales u s ados para el rectificado d e cilindros d e acero, óxido d e aluminio
y carburo d e silicio, son designados por las letras “A ” y “C ”, respectivamente. El prefijo
opcional p u e d e ser usado para información interna por los fabricantes para indicar la
clase exacta del abrasivo.
4.1.3 T a m a ñ o del g r a n o
Indica el n ú m e r o d e hilos por pulgada lineal d e la malla a través d e la cual h a n d e
pasar los granos. Los t a m a ñ o s van n o r m a l m e n t e d e 4 0 (grueso) a 6 0 0 ( m u y fino).
34
4.1.4 G r a d o
La fuerza del aglutinante para m a n t e n e r unidos los granos del abrasivo es designada
por las letras A a la Z, e n orden decreciente d e resistencia. El grado no es equivalente
en diferentes tipos d e aglutinantes.
4.1.5 Estructura
La proporción d e abrasivo y aglutinante se designa por un número. M u e l a s d e n s a s e n
las q u e las partículas d e abrasivo están m u y juntas e n relación con su t a m a ñ o d e
grano
tienen
números
separados en
de
relación con
estructura
su
tamaño
bajos.
de
Muelas
grano
se
abiertas,
con
granos
designan
con
números
más
de
estructura altos.
4.1.6 Aglutinante
El tipo d e material u s a d o está indicado por u n a letra. V (Vitrificado), S (Silicato), R
(Hule), E (Shellac), O (Oxicloruro).
4.1.7 Clave del Fabricante (Opcional)
Las m u e l a s de diferentes fabricantes o d e diferentes fábricas del m i s m o fabricante n o
actúan necesariamente e n la m i s m a forma, a ú n c u a n d o estén m a r c a d a s con símbolos
idénticos. E s importante remarcar los siguientes aspectos:
a) Los constituyentes p u e d e n diferir a ú n siendo del m i s m o tipo.
35
b) El exacto significado d e los símbolos para t a m a ñ o de grano, grado y estructura
varía d e un fabricante a otro.
c) El procesamiento d e cada piedra p u e d e ser diferente.
La selección d e la m u e l a d e p e n d e del trabajo requerido, c o m o la cantidad d e metal a
desbastar
y
el tipo
de
pulido
pretendido.
Un
grano
grueso
puede
desbastar
rápidamente, un grano fino p u e d e producir u n a superficie m u y pulida. S e logra m a y o r
precisión d e
rectificado con piedras vitrificadas, pero los a c a b a d o s m á s
finos e n
superficies cilindricas son logrados con aglutinantes orgánicos.
Los aceros duros son
m á s fácilmente d a ñ a d o s por el calor g e n e r a d o durante el
rectificado q u e los aceros blandos. E n general, las muelas s u aves generan m e n o s
calor q u e las m u e l a s duras. Sin e m b a r g o , entre m á s duro es el cilindro a rectificar,
m á s suave es la m u e l a u s a d a y viceversa.
Lo a g u d o d e los granos afecta la generación d e calor. Q u é tan a g u d o s p e r m a n e c e n
los granos durante el rectificado, d e p e n d e d e las propiedades físicas c o m o la dureza
del grano, del m o d o
d e efectuar el rectificado y del m o d o
procesada antes d e la operación de rectificado,
36
en q u e
la m u e l a e s
H a y 3 formas d e uso d e la muela: por desgaste del grano, por fractura del grano y por
fractura del aglutinante. El efecto del desgaste del grano sin fractura n o es deseable
p u e s se genera d e m a s i a d o calor debido a la formación d e u n a superficie d e m a s i a d o
llana. El uso por fractura d e grano es aconsejable para m a n t e n e r u n a superficie d e
corte en la piedra a g u d a y fría.
La selección del grado d e b e basarse e n el costo m í n i m o del rectificado (o m á x i m a s
producción) y no en el costo d e la m u e l a sola.
C o m o ya se m e n c i o n ó anteriormente, hay 2 materiales d e particular interés para la
rectificación, carburo d e silicio y óxido d e aluminio. El carburo d e silicio está dividido
e n verde y en negro; son granos d e forma irregular y tienden a dejar profundas
m a r c a s q u e son difíciles d e eliminar. El carburo d e silicio verde se r o m p e fácilmente
con el impacto y generalmente n o es re c o m endable para rectificar porq u e los granos
tienen la tendencia a introducirse e n la superficie del rodillo, lo cual se traduce e n
perforaciones una vez q u e estos granos se desprenden. El carburo d e silicio negro se
usa para rectificar y dar a c a b a d o a rodillos d e fierro colado o t e mplado y algunas
veces se e m p l e a para obtener altos pulidos en rodillos d e acero, a u n q u e esto p u e d e
dar lugar a p e q u e ñ o s rasguños (pintails).
37
El oxido d e aluminio no es angular y por lo tanto, tiende a arrancar m á s q u e a cortar el
metal
limpiamente.
La
marca
del
grano
es
más
ancha
y
los
lados
no
son
redondeados. Para el m i s m o t a m a ñ o d e grano, el óxido d e aluminio d a u n a m a r c a
m e n o s profunda q u e el carburo d e silicio y c o n s e c u e n t e m e n t e las imperfecciones
como
rasguños, vibraciones, m a r c a s e n espiral, etc. p u e d e n ser eliminadas m á s
fácilmente. La acción d e bruñido lograda con el óxido d e aluminio, tiende a impartir un
alto pulido a la superficie del rodillo, pero no d a el m i s m o grado d e reflexión q u e el
obtenido con carburo d e silicio, el cual produce cortes con lados r e d o n d e a d o s y no
disipa los rayos d e luz tanto c o m o las m a r c a s producidas por el óxido d e aluminio. Lo s
tipos d e óxido d e aluminio usados por los fabricantes d e piedras d e rectificado p u e d e n
clasificarse c o m o : friables (desmen u z a r e s ) , semi-friables y no friables.
El óxido d e aluminio friable se r o m p e fácilmente por el impacto y es u s a d o para
rectificar rodillos d e acero endurecido. Corta bien a todo lo largo de! rodillo, la rotura
d e los granos no parece tener ningún efecto adverso sobre el contorno d e los rodillos.
El óxido d e aluminio semi-friable se r o m p e con el impacto, pero requiere m u c h o m á s
presión q u e el óxido friable. S e usa para rectificados e n d o n d e se d e s e a q u e el
achatamiento del grano a y u d e al pulido y a reducir la profundidad d e las m a r c a s d e
rectificado. El óxido d e aluminio no friable es duro y no se rompe, no d e b e ser n u n c a
usado para rectificar p u e s es extraordinariamente difícil evitar q u e la piedra “q u e m e ”
la superficie del rodillo
38
4.2 Líquidos Refrigerantes para rectificar
La
principal
función
de
los
líquidos
refrigerantes
son
el
enfriamiento
y
el
mantenimiento d e las piedras d e rectificado. T a m b i é n tiene la misión d e arrastrar
fragmentos del metal del cilindro y de los granos de la piedra y a y u d a a mejorar la
superficie d e a c a b a d o del rodillo. Los líquidos refrigerantes a b a s e d e a g u a son
u s a d o s para el rectificado d e rodillos, ellos se dividen e n emulsiones d e aceite soluble
y en c o m p u e s t o s sintéticos (también conocidos c o m o líquidos refrigerantes químicos).
Las c a u s a s d e generación d e calor durante el rectificado son: (a) C u a n d o los granos
d e la piedra se achatan por fricción y no existe suficiente fractura d e los m i s m o s , (b)
Ocurre c u a n d o se sueltan las partículas provenientes d e los granos del abrasivo o
c u a n d o hay u n a retención d e partículas en los poros d e la piedra. Este f e n ó m e n o
p u e d e reducirse por el uso de un fluido q u e evite q u e se suelde el material q u e se
rectifica, (c) Ocurre c u a n d o el líquido refrigerante se deteriora y forma un sedimento.
4.3 Refrigerantes Q u í m i c o s
Los refrigerantes químicos tales c o m o el Bryto Fluid N°5, surtido por G e r m Lubricants
Limited Manchester, m e z clado con a g u a (80:1), proveen un fluido transparente q u e
permite observar el trabajo d e rectificado mientras se realiza. El refrigerante n o d e b e
dejar ningún residuo pegajoso.
39
4.4 Filtración
Para la obtención d e a c a b a d o s finos, es esencial q u e el refrigerante esté libre d e
partículas d e tal t a m a ñ o q u e p u e d a n producir m a r c a s indeseables. Antes d e q u e el
líquido regrese al tanque, se ha establecido e n la práctica normal pasarlo por un
separador magnético y a través d e un filtro para eliminar las partículas g e n e r a d a s
durante el rectificado. A d e m á s , p u e d e n usarse filtros del tipo d e cartuchos e n
un
sistema by-pass para ¡a eliminación d e partículas m á s finas q u e las retenidas por el
filtro del sistema.
4.5 P r o c e d i m i e n t o s d e Rectificado
El rectificado involucra cuatro movimientos esenciales:
1) El rodillo gira en puntos o sobre c h u m a c e r a s
2) La piedra d e rectificado gira
3) La piedra se m u e v e hacia el rodillo o se aleja d e él
4) La
piedra se
mueve
a través d e toda
la longitud del rodillo, ya
sea
por
movimiento d e la piedra o del rodillo.
La exactitud del rectificado d e p e n d e d e las condiciones d e los centros tanto d e las
m á q u i n a s c o m o d e los rodillos. D e b e n d e tener 60° y ser suficientemente largos para
presentar
adecuada
superficie
de
apoyo,
deben
estar
limpiosy
lubricados. El centro del rodillo d e b e estar libre d e rebabas o polvo.
40
debidamente
4.6 Velocidad de piedra y rodillos
La velocidad tangencial d e las piedras está generalmente restringida d e 1 7 0 0 m / m i n
para rodillos p o c o pulidos, a 2 0 0 0 m / m i n para rectificado d e presión (5500 a 6 5 0 0
pies/min). E s m u y importante observar las instrucciones del fabricante concernientes
a las velocidades d e la piedra. La velocidad del rodillo p u e d e ser ajustada para lograr
u n a óptima relación, esto d e p e n d e hasta cierto punto d e la dureza del rodillo y del
pulido requerido.
En
la G r a n
Bretaña,
las indicaciones sobre piedras abrasivas, requiere q u e
velocidades r e c o m e n d a d a s sean puestas
las
en u n a placa fija a la máquina. C u a n d o la
piedra p u e d e operarse a m á s de u n a velocidad, d e b e especificarse esta velocidad, y
si la velocidad es variable, la placa d e b e tener la m á x i m a y m í n i m a velocidad d e
trabajo. La m á x i m a velocidad nunca d e b e excederse.
La fuente d e energía eléctrica q u e abastece a las rectificadoras, d e b e poseer un
regulador d e voltaje y estar separada d e la alimentación a motores grandes. S e h a
encontrado
que
para
acabados
en
los
que
requiere
baja
corriente,
pueden
presentarse variaciones d e carga hasta del 1 0 0 % (si no se cuenta con el regulador),
lo q u e se traduce e n dificultad para controlar la velocidad d e la piedra.
41
4.7 Traslación d e la Piedra
En
el rectificado de
superficies plana,
las velocidades en
sentido transversal y
longitudinal tienen gran efecto sobre la superficie en metales duros. C u a n d o se varían
los 3 parámetros (presión, velocidad transversal y velocidad longitudinal), pero se
mantiene el v o l u m e n del material desbastado constante, se h a visto q u e los mejores
resultados se obtienen c u a n d o la velocidad transversal es un cuarto o un tercio del
a n c h o d e la cara d e la piedra y c u a n d o la velocidad longitudinal es d e 15-17 m/min.
Tratándose de un rectificado de rodillos, c u a n d o se varía la velocidad d e traslación o
la velocidad del rodillo sobre o debajo d e los límites óptimos, el costo d e operación
aumenta m u y
mucho
metal.
rápidamente y d e b e tenerse e n cuenta c u a n d o h a y q u e desbastar
Para
operaciones
normales
de
rectificado,
la cantidad
de
metal
desbastado es pequeña, 0.018 m m . Para esta operación la velocidad d e traslación es
generalmente d e 2 tercios el a n c h o d e la piedra por u n a revolución del rodillo.
4.8 O b t e n c i ó n d e la C o r o n a
La corona se logra en la superficie d e los rodillos con m á q u i n a s especiales para este
tipo d e trabajos. Para contrarrestar el efecto negativo (cóncavo) q u e ocurre e n los
laminadores d ú o s
y cuádruplos,
es
usual rectificar los rodillos con
una
corona
ligeramente positiva (convexa), lo suficiente para producir u n a línea paralela entre los
rodillos bajo las condiciones d e laminado y la carga d e laminación. E n el c a s o d e los
laminadores cuádruplos es m u y c o m ú n rectificar u n a corona ligeramente negativa.
42
Las
máquinas
parábolas
rectificadoras desarrollan
por m e d i o
de
reglas o
de
coronas
levas.
Los
en
forma
muy
mecanismos
de
aproximada
a
las levas son
preferidos a los d e las reglas, porque s on m á s fáciles d e m a n t e n e r limpios, lo cual
a y u d a a m a n t e n e r la exactitud del perfil buscado. El m e c a n i s m o adoptado por la
N a x o n Unión, está b a s a d o e n u n a leva q u e baja o s u b e un brazo e n el q u e está
m o n t a d a la piedra moviéndola de tal m a n e r a q u e la acerca o la aleja d e la superficie
del rodillo rectificado. El movimiento m á x i m o d e la leva p u e d e ajustarse alterando la
posición d e una manivela provista con u n a escala gra d u a d a para propósitos d e ajuste.
Para coronas convexas el m e c a n i s m o es ajustado para proporcionar su m á x i m o
acercamiento c u a n d o la m u e l a está e n los extremos del rodillo. C o m o la m u e l a se
m u e v e a lo largo del rodillo, la leva gira lentamente y está e ng r a n a d a d e tal m a n e r a
q u e logre la mitad d e u n a revolución c u a n d o la m u e l a se encuentre e n el centro del
rodillo. E n esta posición el movimiento d e acercamiento d e la piedra hacia el rodillo
será d e cero (cuando la leva está correctamente ajustada y gira 320° máximo).
Para generar coronas cóncavas, la leva será d e un tipo tal q u e c u a n d o la piedra esté
en los extremos del rodillo, el movimiento d e acercamiento será d e cero y c u a n d o se
encuentre en m e d i o del rodillo se obtendrá el m á x i m o acercamiento. Sólo u n a leva d e
cada diseño es necesaria para generar un amplio rango d e coronas parabólicas tanto
cóncavas c o m o convexas.
43
Las variaciones en la presión de! laminado y el desarrollo d e coronas térmicas durante
el proceso d e
laminado tienden a producir deformaciones en
los rodillos q u e se
traducen e n variación d e espesor a través del a n c h o d e la cinta.
4,9 Preparación para Rectificado
Antes d e q u e se m o n t e n los rodillos para ser rectificados d e b e n medirse los diámetros
d e a m b o s rodillos y c o m p a r a r s e contra la tarjeta de control. La razón d e efectuar el
rectificado d e b e ser averiguada y cualquier defecto localizado y examinado. El rodillo
con el m e n o r diámetro o con el defecto m á s profundo d e b e ser rectificado primero y el
c o m p a ñ e r o d e b e ser igualado en diámetro. El rodillo d e b e ser m o n t a d o d e tal m a n e r a
q u e no q u e d e inclinado sino horizontal. Para un montaje preciso y rápido d e los
rodillos en la rectificadora, es esencial q u e los centros estén nivelados y alineados
paralelamente con la máquina.
44
5. T R A T A M I E N T O S
T É R M I C O S
El papel q u e juegan los tratamientos térmicos es d e fundamental importancia d a d o
q u e generalmente constituye el último pa s o d e un procedimiento iniciado d e s d e la
fabricación del lingote. La finalidad principal por la cual se imparten tratamientos
térmicos a
los productos d e
papel d e
aluminio, es d e darles el temple final o
prepararlos para recibirlos en la etapa d e laminación. E n la m a y o r parte d e los casos
se aplica un temple tipo “O ” q u e a y u d a a liberarlos del aceite d e laminación, el cual se
manifiesta por residuos del mismo, generalmente localizados en la parte central del
rollo d e s p u é s d e un tratamiento d e recocido mal aplicado, debido a fallas d e horno,
etc. A d e m á s se imparten algunos recocidos parciales los cuales requieren diferencias
d e temperatura m á x i m a s d e 10°C, d a d a s las características metalúrgicas del material.
La necesidad por d e parte d e los clientes e n cuanto a calidad es d e
u n a gran
variedad, así se tiene q u e algunos requieren d e un determinado contenido d e “orejas”,
grano fino, libre d e aceite residual, temple “O ”, tanto en aleaciones 1 2 0 0 c o m o en
3003. Las propiedades o características del metal están íntimamente relacionados
con los recocidos por lo cual es m u y importante contar con un criterio q u e permita en
un m o m e n t o d a d o tomar la decisión q u e beneficie al metal e n situaciones especiales
d e problemas tales c o m o
q u e n o s u b e la temperatura d e su copie, o q u e s u b e
d e m a s i a d o u n a zona, gran diferencia d e temperaturas entre copies, etc.
45
Otro factor importante lo constituye el h e c h o d e recocer materiales d e aleaciones
1 2 0 0 y 3003, cuyos comportamientos s on diferentes bajo igualdad d e condiciones d e
recocido. Los riesgos q u e corren al introducir un material al horno por el h e c h o d e no
contar con u n a supervisión y operación a d e c u a d a se r e s u m e n en la Tabla 8.
Tabla 8 Posibles defectos producidos en la etapa d e tratamiento térmico
CAUSA
DEFECTO
G r a n o grande
T e m p e r a t u r a excesiva (mayor a 380°C)
Bloqueo
T i e m p o excesivamente largo d e reposo y total
M a n c h a azul
T e m p e r a t u r a excesiva (mayor d e 400°C)
M a n c h a café
T e m p e r a t u r a baja ( m e n o r d e 340°C)
Fuera d e temple
Diferencia d e temperatura
Aceite residual
Horno
Humeado
Distribución d e carga inadecuada
Afortunadamente e n todos los casos se cuenta con m e d i d a s q u e p u e d e n aliviar e n
gran porcentaje dichos defectos.
46
E l r e c o c i d o d e foil d e a l u m i n i o p e r s i g u e d o s ob je tiv o s :
1) Obtener las propiedades me c á nicas requeridas.
2) Eliminar el aceite d e la superficie del metal. Este e s el factor q u e generalmente
controla la operación d e
recocido; el aspecto metalúrgico juega u n
papel
secundario.
N u n c a e s fácil la eliminación del aceite sin afectar la superficie, d e m a n e r a q u e u n a
práctica incorrecta d e recocido p u e d e conducir a los siguientes problemas::
a) Aceite Residual. Definido c o m o excesivo residuo d e aceite d e s p u é s del
recocido, este problema no p u e d e ser tolerado ya q u e afecta a la adhesión
d e tintas, lacas y pegamentos.
b) Foil pegajoso.
del aceite d e
Característica c a u s a d a por la degradación d e c o m p o n e n t e s
laminación
debido
a
la temperatura
de
recocido.
Esta
característica afecta al “desenrollado” del foil.
c) Ampollas.
C a u s a d a s por la excesiva presión d e vapor del aceite e n áreas
localizadas, resultando e n la deformación del foil. C o n frecuencia estas
ampollas se confunden
con
desenrollado
al foil provoc a n d o
deforman
el defecto anterior (b), ya q u e
bolsas.
La s
durante el
ampollas
son
indeseables sólo c u a n d o son grandes ya q u e p u e d e n causar arrugas e n la
operación subsiguiente.
47
d) V e n a s . Deformaciones
en
el
rollo
debido
a
diferencias
gran d e s
de
temperatura en diferentes z o n a s d e un m i s m o rollo (choque térmico).
e) B l o queos. C u a n d o las temperaturas d e recocido son altas, las presiones d e
vapor localizadas en z o n a s específicas son m u y severas hasta el grado d e
bloquear el metal, f e n ó m e n o q u e impide d e s e m b o b i n a r el rollo.
Para entender ¡os factores q u e provocan los defectos anteriores y lograr u n a práctica
d e recocido c a p a z d e producir foil q u e satisfaga las características del cliente se d e b e
analizar el m e c a n i s m o por e! cual el aceite es evaporado y removido del foil. La
evaporación
del
aceite
entre
dos
hojas
de
aluminio
puede
asemejarse
a
la
evaporación d e un líquido dentro d e un recipiente con salida restringida. A s u m i e n d o
un comportamiento ideal de la mezcla d e hidrocarburos,
la cantidadd e vapor Y H d e
un c o m p o n e n t e individual H en equilibrio con el líquido en un m o m e n t o d a d o
X7Tr
(XH)(PH)
Y H = ^
P
^
Donde:
Y H = Fracción molar d e H en el vapor
X H = Fracción molar d e H en el liquido
P H = Presión d e vapor d e H a la temperatura d e equilibrio.
P = P r e s i ó n to tal d e la f a s e v a p o r.
48
es:
(2)
5.1 Temperatura de recristalización
La
temperatura
de
recristalización
es
una
función
de
tiempo
y
temperatura
principalmente, por lo q u e sólo tiene significado hablar d e ella c u a n d o se especifican
las condiciones bajo las qu e se efectúa este proceso. G e n e r a l m e n t e la temperatura
recristalización se refiere a aquella a la cual se efectúa la recristalización d e s p u é s d e
u n a hora. La recristalización ocurrirá a m á s baja temperatura si el tiempo se prolonga.
La Figura13 muestra las etapas del proceso d e recristalización.
Los elementos aleantes o impurezas a u m e n t a n ¡a temperatura d e recristalización,
c o m o !o muestra !a Figura 14.
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Etapa 2
Fig. 13. E t a p a s d e p r o c e s o d e r e c r is t a li z a c i ó n .
49
Etapa 3
P o r c iento d e aleante
F I G U R A 14. Temperatura de recristalización en función del % d e aleantes
Entre
más
deformado
esté
un
metal
el
tamaño
de
grano
resultante
de
la
recristalización será menor. D e m a n e r a q u e hasta cierto punto, ei t a m a ñ o d e g r an o
p u e d e ser controlado por la cantidad d e trabajo en frío aplicado ai metal.
5.2
Recocido
El recocido
es
un
tratamiento térmico
a
elevada
temperatura
cuyo
principales
objetivos son el suavizar el metal y eliminar las tensiones residuales. E n productos
trabajados, la temperatura d e recocido generalmente es m á s alta q u e la temperatura
d e recristalización. El recocido es m u y a m p l i a m e n t e usado.
50
5.3 Aleaciones n o tratables t é r m i c a m e n t e
U n tratamiento satisfactorio d e recocido para aleaciones d e alta pureza, c o m o 1100,
5 0 5 2 y 5456, consiste en u n a hora d e reposo a 3 4 3 ° C ± 8°C. Este tratamiento es
suficiente para eliminar los efectos d e endurecimiento por tensiones c a u s a d a s por el
trabajo en frío. Sin embargo, las aleaciones 3003, 3 0 0 4 y aleaciones d e alta pureza
tiene
una
estructura
de
grano
fino.
Para
otras
aleaciones
la
velocidad
de
calentamiento n o es tan importante.
El tiempo d e recocido d e p e n d e de: 1) Tipo d e recocido, 2) E s p e s o r del metal, 3)
M é t o d o d e carga del horno, 4) Temperatura d e recocido. Normalmente, el tiempo
varía d e m e d i a hora a dos horas. Las aleaciones con m a g n e s i o tales c o m o el 5052,
5 4 5 6 y 5 0 8 3 no d e b e n calentarse arriba d e 370°C, debido a q u e la rápida oxidación
del m a g n e s i o causa m a n c h a s en la superficie. E n términos generales, es mejor enfriar
las aleaciones no tratables térmicamente al aire, sin forzar o acelerar el enfriamiento,
p u e s esto c ausa tensiones indeseables.
5.4 Aleaciones tratables t é r m i c a m e n t e
El objeto d e recocer estas aleaciones es eliminar los efectos del trabajo e n frío y
precipitar los constituyentes disueltos durante el proceso. U n tratamiento d e 1 h a 3 3 8
- 3 4 9 ° C generalmente es suficiente para eliminar las tensiones del trabajo e n frío.
Para la precipitación d e los constituyentes disueltos, el proceso es m á s complejo.
51
5.5 Tipos de Recocidos
E n la fabricación d e productos trabajados d e aluminio h a y 3 tipos d e tratamiento d e
recocido normalmente usados.
a) Recocido d e cinta (después del laminado en caliente)
b) Recocido intermedio
c) Recocido final
5.5.1 R e c o c i d o d e cinta
Este tratamiento se da a la cinta d e aluminio inmediatamente antes del laminado e n
frío para eliminar las tensiones provocadas por el laminado e n caliente. Esto a y u d a a
tener u n a estructura m á s h o m o g é n e a me j o r an d o la calidad del laminado e n frío.
5.5.2 R e c o c i d o intermedio
D e s p u é s d e 50 a 75 %
d e reducción en frío s e d a un recocido intermedio para
suavizar el aluminio antes d e someterlo a m á s trabajo e n frío.
52
5.5.3 Recocido final
H a y d o s tipos d e recocido final para producir e n temple s u a v e o temple “O ”. Estos son
a) El recocido por flash, b) El recocido largo. El recocido por Flash consiste e n pasar
la b a n d a d e aluminio a través d e un horno continuo q u e tiene un enrollador y un
desenrollador. C o n este tipo d e recocido se tiene un t a m a ñ o d e grano fino debido a la
alta velocidad d e
calentamiento.
El recocido
largo o en
“rollo”, produce
por su
calentamiento m á s lento un t a m a ñ o d e grano mayor. A l g u n o s productos se recuecen
totalmente y d e s p u é s se obtiene un temple por trabajo mecánico. Los 4 temples
típicos obtenidos d e esta m a n e r a se d e n o m i n a n c o m o H-12, H-14, H 1 6 Y H18, q u e
corresponden a un cuarto, medio, tres cuartos y totalmente duro.
5.6 Tra tamientos d e R e c u p e r a c i ó n
S e llaman tratamientos d e recuperación a aquellos q u e se d a n a metales endurecidos
a temperatura debajo d e la d e recristaiización. L os 3 m á s importantes tratamientos d e
recuperación son: 1) Relevado de tensiones, 2) Estabilización y 3) Recocido parcial.
5.6.1 R e l e v a d o d e tensiones
Este tratamiento se aplica a productos d e aluminio trabajados e n frío para relevar
tensiones internas, sin llegar a
la recristalización.
tratamientos generalmente fluctúan entre 1 7 7 y 260°C.
53
Las
temperaturas
para
estos
5.6.2 Estabilizado
Este
tratamiento
se
aplica
sólo
a
las
aleaciones
con
magnesio
no
tratables
térmicamente tales c o m o la 5356, 5 0 8 3 y 5086. Estas aleaciones son las m á s duras
dentro d e las no tratables térmicamente, debido a q u e tienen grandes tensiones
internas. Estas tensiones hacen inestables a estas aleaciones y tienden a perder su
dureza con el tiempo. La precipitación del m a g n e s i o es ia principal c a u s a d e
inestabilidad.
Para
evitar la inestabilidad
las
aleaciones
reciben
un
la
tratamiento
estabilizador d e sus propiedades mecánicas, d e n o m i n a d o s H-32, H-34, H - 3 6 Y H-38.
5.6.3 R e c o c i d o Parcial
Las aleaciones totalmente endurecidas por trabajo m e c á n i c o son recrista! izad as hasta
obtener las propiedades deseadas. Estos temples se designan por H-22, H24, H 2 6 y
H-28.
5.7 Factores q u e afectan la estructura del g r a n o
E n la m a y o r parte d e los casos, es deseable tener un producto con un t a m a ñ o d e
grano
m e d i o a fino. El grano grande es indeseable para troquelados y f o r m a d o s por
su deformación n o
uniforme, a d e m á s
de que
naranja”.
54
su a c a b a d o
presenta “cascara d e
5.8 Productos Trabajados en Frío
Los productos trabajados en frío son aquellos q u e en las últimas fases del proceso la
temperatura d e
trabajo es
cercana
a
ia temperatura
ambiente.
Estos
productos
incluyen: Lámina, foil, alambre, tubo y extrusiones por impacto. El control del t a m a ñ o
d e grano es m u c h o m á s fácil d e obtener q u e en trabajo en caliente. La m a y o r parte d e
los efectos del trabajo en caliente s o n e n m a s c a r a d o s por el subse c u e n t e trabajo en
frío.
Los principales factores q u e afectan la recristalización y c o n s e c u e n t e m e n t e el t a m a ñ o
d e grano son: a) t a m a ñ o original del grano, b) cantidad d e
deformación por el trabajo
en frío, c) velocidad de calentamiento durante el tratamiento térmico, d) temperatura
d e recocido, tiempo de recocido y composición química.
a) T a m a ñ o original d e grano. E n general entre m a y o r es el grano original, m a y o r
será el grano del producto final.
b) Cantidad d e d e f o r m a c i ó n por el trabajo e n frío. C o m o se ha dicho varias veces,
esto es un factor m u y importante, entre m a y o r es la deformación, m e n o r será el
tamaño
de
grano.
El
porcentaje
mínimo
de
deformación
para
permitir
la
recristalización es del orden del 1 a 2 % . U n porcentaje d e deformación d e 3 a 2 5 % ,
producirá un t a m a ñ o d e grano d e s p u é s d e la recristalización; este rango crítico
deberá evitarse, deform a n d o el metal m á s allá d e estos valores, sabiendo q u e entre
m a y o r sea la deformación, m e n o r será el t a m a ñ o d e grano.
55
c) V e l o cidad d e calentamiento d u r a n t e el tratamiento térmico. La influencia d e la
velocidad d e calentamiento sobre el t a m a ñ o d e grano es un factor tan importante q u e
en algunos casos tiene m a y o r efecto q u e la cantidad d e trabajo e n frío. E n general,
entre m a y o r sea la velocidad d e calentamiento m e n o r será el t a m a ñ o d e grano.
d) T e m p e r a t u r a d e recocido. Las altas temperaturas favorecen el crecimiento del
grano especialmente e n aleaciones puras, e n
gigante”.
56
donde
pueden
presentarse “G r a n o
6. C O N C L U S I O N E S
El proceso de
comentan
sólo
laminación d e foil d e
algunos
aspectos
aluminio es complejo y e n este trabajo se
del
m i smo.
simultáneamente la presión de laminador en
En
este
proceso
los rodillos así c o m o
intervienen
la cantidad y
temperatura del lubricante. Otro aspecto importante es la corona del rectificado q u e
da c o m o resultado un perfil e n el foil y q u e tiene q u e ver con la planicidad del m i s m o .
La tensión del enrollador y desenrollador así c o m o el control automático del espe s o r
son también factores importantes del proceso.
El control del molino permite modificar la condición d e la planicidad d e la hoja d e foil.
El sistema basculante sirve para evitar la forma d e c u ñ a e n el perfil de! foil, así c o m o
modificar la corona d e los rodillos y por e n d e el del foil. G e n e r a l m e n t e se prefiere u n a
corona negativa e n los rodillos q u e se traduce e n u n a corona positiva en el foil. El
análisis d e los defectos e n el foil e m p i e z a con el conocimiento d e las condiciones d e
la lámina previa al stock para ¡as bobinas d e foil. Este trabajo hace alusión a las
características m á s importantes d e dichos defectos.
57
D e n t r o d e las e t a p a s críticas d e p r o c e s o d e l a m i n a c i ó n del foil s e e n c u e n t r a la e t a p a
final d e
reco c i d o
lo cual
hace
delic a d o
y
costoso
cualquier error al realizar e s t e
tratamiento térmico. A l g u n o s d e f e c t o s q u e s e p r o d u c e n e n e s t a e t a p a s o n m a n c h a s
cafés o azules g e n e r a d a s
más
p o r c o n t a m i n a c i ó n del aceite d e
laminación, p o r aceites
p e s a d o s , p o r los fluidos del s i s t e m a hidráulico y d e lubricación, p r i n c i p a l m e n t e
p o r las c h u m a c e r a s d e los rodillos d e a p o y o y trabajo.
F i nalmente, e n este trabajo s e h a n m e n c i o n a d o a l g u n a s variables q u e intervienen e n
el p r o c e s o
de
laminación;
sin
embargo,
hay
otras o p e r a c i o n e s
que
también
son
i mpor t a n t e s c o m o son: L a s e p a r a c i ó n (en la m á q u i n a s e p a r a d o r a ) , corte, d o b l e t e a d o
( c u a n d o n o s e c u e n t a c o n m o l i n o d e l a m i n a c i ó n e n p a q u e t e o doble) filtrado d e aceite
d e laminación, etc.
L a fundición del metal, a u n q u e n o e s t e m a d e e ste
trabajo; e s i m p o r t a n t e m e n c i o n a r
q u e : E s m u y c o n o c i d o p o r los f u n d i d o r e s d e aluminio q u e las a l e a c i o n e s f u n d i d a s d e
aluminio tienen d o s
características inherentes:
la t e n d e n c i a
hidrógeno, y la habilidad d e o x i d a r s e r á p i d a m e n t e . S e
una
aleación
de
aluminio
se
funde
reacciona
f o r m a n d o películas d e ó x i d o s d e alum i n i o A I 2 0 3
58
con
para
absorber gas
de
ha d o c u m e n t a d o que cuándo
la a t m ó s f e r a
o
la
humedad,
Las
películas
de
aluminio
son
p r o t e g e n el m e t a l d e b a j o d e
movimiento
constante
del
una
parte
intrínseca
la película d e
metal
durante
infinidad d e películas d e l g a d a s d e óxidos,
del
proceso
de
fusión;
ellos
la oxidación adicional. Si n e m b a r g o ,
el
llenado
de
los
moldes,
puede
el
cre a r
q u e al r o m p e r s e p o r la corriente del m e t a l
s e d i s p e r s a n e n la c a v i d a d del m o l d e c r e a n d o p e q u e ñ o s d e f e c t o s q u e n o r m a l m e n t e
s o n d e s c u b i e r t o s al m a q u i n a d o d e las p i e z a s o e n a l g u n o s c a s o s c u a n d o la olla n o fue
debidamente
desescoriada
la inclusión
es
visible e n
la superficie d e
la pieza.
La
eliminación d e i m p u r e z a s n o metálicas del b a ñ o fundido e s d e i m p o r t a n c i a e s e n c i a l e n
cualquier o p e r a c i ó n d e la fundición. H a y n u m e r o s a s referencias técnicas tratadas c o n
tecnologías p a r a la evaluación, análisis, eliminación, y p a r a la s e p a r a c i ó n d e
impurezas.
Sedimentación,
técnicas c o m u n e s
que
flotación,
se usan
la filtración,
desgasificado
y
fundentes
estas
son
p a r a quitar y s e p a r a r inclusiones d e
la a l e a c i ó n d e
aluminio fundido. C u a l q u i e r a d e e s t a s técnicas ten d r á u n i m p a c t o e n
la limpieza d e
metal. P a r a el c a s o e n particular d e la s e p a r a c i ó n d e las inclusiones e n el s i s t e m a d e
c o r r e d o r e s el u s o d e filtros e s has t a a h o r a el c a m i n o utilizado.
El filtro d e e s p u m a c e r á m i c a e s c o n s i d e r a d o c o m o el m a s efectivo p a r a a l u m i n i o e s d e
3
dimensiones
con
p o r o s i d a d e s esféricas in t e r c o n e c t a d a s entre si q u e
u n a filtración profunda.
59
promueven
Estos pr o du c to s p r o v e e n
u n a filtración superior c o m p a r a d a
con
las otras o p c i o n e s
p a r a el m o l d e , r e d u c e n la turbulencia y p r e v i e n e n el a t r a p a m i e n t o d e aire c u a n d o el
metal
pasa
a
través
de
ellos
eliminado
la
posibilidad
de
reoxidación,
como
lo
e v i d e n c i a n los e x p e r i m e n t o s d e m o d e l a j e c o n a g u a .
L a red d e p o r o s e n el filtro d e e s p u m a c r e a u n s e n d e r o tortuoso (figura 3) p o r el cual
el m e t a l f u n d i d o d e b e fluir. Est o h a c e el s e n d e r o tortuoso esencial p a r a s e p a r a r las
partículas p e q u e ñ a s .
L o s óxid o s i m p r e g n a n las p a r e d e s del filtro d o n d e p u e d e n
a t r a p a d o s p o r f u e r z a s m e c á n i c a s d e a t r a p a m i e n t o y fricción.
60
se r
7. B I B L I O G R A F Í A
1.
Artículo
técnico
de
Kuniaki
MATSUI,
Research
Department.
Aiuminum
&
C o p p e r División. K o b e l c o T e c h n o l o g y R e v i e w N ° 1 2 Oct. 1 9 9 1
2.
I n f o r m a c i ó n d e A L C A N A L U M I N I O , S.A. D E C. V . M É X I C O ; s o b r e rectificado d e
rodillos
de
Acero
de
apoyo
y
trabajo,
para
el
laminado
de
Foil
artículo
confidencial p a r a u s o interno d e plantas del grupo. 1 9 9 3
3.
T h e A i u m i n u m Assoc i a t i o n 9 0 0 19th Street, N . W . W a s h i n g t o n , D . C . First Edition
J u n e 1 98 9 .
4.
American
S o c i e t y for Metals. M e t a l s E n g i n e e r i n g
Institute M e t a l s Park, O h i o .
William F. Smi t h , P h D . P r o f e s s o r Florida T e c h n i c a l University. 1 9 7 9
5.
ALCAN
ALUMINIO,
S.A. V í a
M o r e l o s 3 4 7 ( k m 1 8 ) , Tulpetlac, E d o .
1980.
61
De
México.