The thermomechanical conditions of open die forging of zirconium alloy ingots determined by rheological tests

Condiciones termomecánicas de la forja en matriz abierta de lingotes de aleación de circonio determinadas mediante ensayos reológicos

En el artículo se presentan los resultados de la investigación de las variaciones de las propiedades reológicas de la aleación Zr-1 % Nb cuando se deforma en las condiciones de la modelización física del proceso de forja en caliente de lingotes en matriz abierta de varias etapas. El programa de pruebas reológicas de la aleación se elaboró basándose en el método de planificación simplex. Las pruebas se realizaron en un plastómetro "Gleeble 3800". Basándose en los resultados de las pruebas reológicas, se elaboró un nuevo esquema de deformación del lingote en el proceso de forja y se realizó la verificación experimental de los resultados del estudio del modelo en condiciones industriales. A partir de los resultados obtenidos, se ha constatado la gran eficacia del método de determinación de las condiciones termomecánicas aplicado al proceso de forja de lingotes de aleación de circonio.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, las aleaciones a base de circonio se utilizan ampliamente como materiales para la fabricación de productos acabados destinados principalmente a las industrias nuclear, química y petroquímica. Los productos de circonio también se utilizan en medicina en cirugías, ya que no provocan reacciones alérgicas indeseables en el cuerpo humano [1,2].

Para obtener productos acabados con las propiedades requeridas, los lingotes de aleaciones de circonio se someten a numerosas operaciones tecnológicas y tratamientos termomecánicos, el primero de los cuales es la forja en caliente multietapa en matriz abierta [3,4].

Debido al patrón de estado de tensiones existente y a la difusión activa de gases del entorno a las capas externas del metal que se está deformando plásticamente, es de vital importancia para la forja en matriz abierta la correcta selección de los parámetros termomecánicos específicos del proceso de deformación en caliente, entre los que se incluyen: la temperatura de inicio y fin de la forja, el rango de velocidades de deformación, los valores de reducción simple y total y las duraciones de las roturas entre cargas.  Por un lado, para refinar la estructura que se produce en un lingote fundido e igualar las propiedades fisicoquímicas dentro del metal deformado, en los lingotes de forja deben utilizarse deformaciones simples mayores, así como la reducción total adecuada. Sin embargo, por otro lado, el aumento de las cargas dará lugar a la formación de capas metálicas exteriores oxidadas y gaseosas que se desplazan hacia el interior del material que se está forjando. Esto tiene un efecto muy adverso en la calidad de los productos semiacabados de aleación de circonio que se obtendrán en operaciones tecnológicas posteriores, como los procesos de extrusión, laminación, etc. [5-6].

El método actualmente conocido de determinación de los parámetros de forja de lingotes en matriz abierta consiste principalmente en determinar el valor de la reducción absoluta Δh = h₀ - h₁, (donde: h₀, h₁ - altura de la materia prima y altura del producto semiacabado, respectivamente) en una sola pasada, y la alimentación relativa k = l/H (donde l - valor absoluto de la alimentación de la materia prima, mm; H - altura de la sección transversal de la longitud de forja deformada, mm) [7].