Procesos de severa deformación plástica para obtener materiales de grano nanométricos y ultrafinos

Severe plastic deformation for obtaining nanometric and ultrafine-grained materials

El objetivo del articulo es dar una visión global de uno de los más activos campos de investigación en el procesa- miento mecánico de materiales metálicos como es la obtención de materiales con grano nanométrico y ultrafino a través de la severa deformación plástica SDP. Se realiza una descripción de las más importantes técnicas pertenecientes a SDP, como lo son: la molienda mecánica, presión en canal angular constante, torsión a alta presión, unión por laminación acumulada, extrusión-compresión refiriéndose a los principios fundamentales, ventajas y limitaciones de cada una de ellas. Se incluyen resultados experimentales obtenidos por los presentes autores en la preparación de hierro y cobre. Adicionalmente, se presenta el gran potencial que tienen estos materiales en diferentes campos de aplicación, especialmente en la industria aeroespacial. Finalmente, se hace referencia a tendencias actuales de investigación comprendiendo dos áreas fundamentales, el estudio del comportamiento microestructural y mecánico, y el desarrollo de métodos de procesamiento escalables a nivel industrial.

Introducción

Se sabe que el refinamiento de grano ofrece a los metales características mecánicas especiales, haciéndoles tener un desempeño sobresaliente en aplicaciones de ingeniería. Por tal motivo, el interés en el procesamiento de materiales para obtener estructura de grano ultrafina (menor a 1 μm) se ha incrementado en los últimos años. Los investigadores vanguardistas en el área han denominado a materiales policristalinos con tamaño de grano inferior a 1 μm como: materiales con grano ultrafino, UFG (del acrónimo en ingles Ultra-fine grain), y esta denominación se subdivide a su vez en materiales submicrométricos (100 a 1.000 nm)    y materiales nanométricos (inferiores a 100 nm) (Valiev, 2002; Zhu, 2004).

Dentro de los aspectos relevantes que hacen tan atractivos a este tipo de materiales se cuenta la obtención de propiedades excepcionales como la combinación de alta resistencia y alta ductilidad. Esta mejora simultánea es responsable también de la marcada mejora de resistencia a la fatiga y tenacidad a la fractura. Además, se potencian propiedades poco comunes como la posibilidad de presentar comportamiento superplástico a temperaturas relativamente bajas y altas velocidades de deformación, característica importante si nos referimos a la oportunidad de obtener piezas de forma compleja a una alta velocidad, optimizando procesos de conformado (Valiev, 2002; Zhu, 2004; Gleiter, 1989). Esta excepcional combinación de alta resistencia y alta ductilidad fue observada primero en cobre y titanio gracias a los trabajos de Valiev (Valiev, 2002) y luego extendida a otros metales puros y aleaciones.