Lubricacin en aceros de alta resistencia

Los lubricantes, son sustancias en cualquier estado de agregacin (sin embargo, en la forma lquida son ms comunes) que son colocados entre dos superficies que tienen movimiento entre s, evitando la friccin entre stas, dado que ahora el rozamiento se da internamente a nivel molecular. Una de las aplicaciones de los lubricantes, son aquellas que tienen que ver operaciones de embutido, de estampados, de formados o punzonado, puesto que facilitan el proceso de formacin de metal al proteger las herramientas y partes de la friccin abrasiva, partes frescas y las herramientas, y promover el flujo de metal controlada en las secciones de trabajo lo que se traduce en una reduccin de formacin grietas, cuellos y arrugas. Adems, los lubricantes tambin afectan a los procedimientos de proceso posterior como la soldadura, proteccin antioxidante, limpieza de piezas, la calidad de la pintura, cumplimiento ambiental, salud y seguridad, tratamiento de residuos, y los costos por desechar los residuos.

Recientemente, se han desarrollado nuevos materiales con caractersticas superiores a los materiales convencionales. Uno de stos son los aceros de alta resistencia (HSS en ingls.) una de ellas como su nombre lo indica es que poseen valores de resistencia a la tensin muy altos (570-940 MPa) comparados con los aceros al carbono, inoxidables, etc. Adems de tener una buena soldabilidad, conformabilidad, alta resistencia a deformacin plstica a altas temperaturas, principalmente, lo cual, por ejemplo, en el sector automotriz, ayuda a mejorar la eficiencia del combustible y la seguridad de las estructuras de los vehculos, que resultan ser ms livianas. Sin embargo, esta tecnologa de acero en desarrollo ha creado nuevos desafos para la industria de la formacin de metal y, como consecuencia, ha dado lugar a una frontera de las tcnicas y tecnologas de apoyo diseados para hacer frente a estos desafos.

Para los procesos antes mencionados, los lubricantes resultan un componente crtico en cada uno de estos procesos, pero las caractersticas de rendimiento los lubricantes se vuelven an ms crticas con este tipo de aceros, por tanto, es importante conocer cmo seleccionar el tipo de lubricante adecuado. En la prctica, los formadores de metales suelen basarse en el espesor del material as como la severidad del proceso de formado para elegir un lubricante, por ejemplo, para aceros convencionales de grande espesor usados para formados complejos se seleccionan lubricantes de uso pesado que son aquellos a base de petrleo conocidos como lubricantes para presiones extremas EP (extreme pressures), no obstante, este criterio no da buenos resultados con los aceros de alta resistencia dado que sus caractersticas propician algunos fenmenos como la recuperacin elstica (springback). Un lubricante EP acta de la siguiente manera: En los aceros, el esfuerzo inicial que experimentan en el punto donde se encuentran las deformaciones iniciales requiere un complemento total por parte de las caractersticas del lubricante. La proteccin de frontera (las caractersticas hidrodinmicas y elastodinmicas de la pelcula y de la presin del fluido) debe de permanecer presente sobre todo contacto del herramental con la pieza. Si la friccin degrada la pelcula limtrofe, se requiere que el calor asociado con la misma active a los aditivos EP que crean los recubrimientos metlicos moleculares y se proporcione proteccin residual. De manera ideal, el fluido mismo debe retardar la necesidad de este efecto disipando el calor y dando proteccin a la pelcula limtrofe y a la viscosidad del fluido.

Con los aceros convencionales, a medida que se da forma a la pieza, este generalmente se suaviza, o al menos no se endurece y la demanda en las propiedades del lubricante disminuye, sin embargo, para el acero de alta resistencia el lubricante debe ayudar a aliviar los esfuerzos originados durante el proceso de la deformacin inicial y contrarrestar la friccin creciente con el endurecimiento, y dicha proteccin debe incrementar a medida que se trabaja el acero, puesto que el su ya elevado esfuerzo de fluencia se incrementa a medida que las deformaciones aumentan. Esto significa que, a medida que se le da forma al acero, este se endurece y adquiere resistencia en el rea de trabajo en comparacin con su composicin inicial (esta caracterstica le permite al acero generar una absorcin excelente en caso de colisiones, as como tambin lograr una excelente formabilidad en aceros de grados ms ligeros, antes de que adquieran la resistencia adicional generada en el proceso de formado). Tambin, en los aceros de alta resistencia de espesores delgados, puede suscitarse una recuperacin elstica (springback), de tal forma que para contrarrestarla es necesaria una mayor cantidad de fuerza que brinde permanencia a la deformacin. Esta presin adicional puede aumentar la friccin.Tomando en cuenta el comportamiento de los aceros, un buen lubricante para aceros de alta resistencia debe reunir estas caractersticas: Formar una pelcula protectora que alivie los esfuerzos en la pieza al comenzar a deformarla. La pelcula protectora debe incrementar su accin conforme siga deformndose la pieza, dado que el lmite de fluencia se incrementa, haciendo al material se vuelva ms duro y con mayor resistencia. No degradarse por efectos de la friccin puesto que se requieren aplicar presiones muy elevadas en el material para evitar recuperacin elstica. Proteger al material de la corrosin. Que su impacto ambiental sea el mnimo posible Que sean fciles de desechar y que el costo por hacerlo no resulte muy elevado. cubrir uniformemente la superficie del acero sin engrosamientos ni grumos y tener buena adherencia no debe ser demasiado viscoso debido a que se requieren tolerancias muy estrechas en este tipo de aceros y que permita adems poderse aplicar en forma de roco. contar con caractersticas que le permitan rechazar el aceite de trampa, debe ser bioestables y producir poca espuma dado que se requiere que el lubricante sea reutilizado. Facilidad de limpieza de las piezas una vez procesadas.

Teniendo en cuenta stos puntos, los tipos de lubricantes ms adecuados para aceros de alta resistencia son:

Lubricantes a base de petrleo con alto EP: Dada la explicacin previa de la accin de este tipo de lubricantes, resultan adecuados, no obstante deben contar con un alto contenido de aditivos EP, como cloro y sulfuro. Los aditivos EP ms significativos econmicamente son aquellos que son solubles en aceite y que solo pueden ser mezclados con formulaciones a base de aceites. Una posible desventaja que se ha discutido es sobre el efecto adverso del adelgazamiento que el calor causado por la friccin ejerce en los lubricantes a base de petrleo, sin embargo, este efecto puede ser ajustado usando aceites base con altos ndices de viscosidad. Dichos estudios sobre el efecto del calor en la viscosidad del aceite, dependen completamente de la viscosidad inicial del mismo. Ms importante an, dichos estudios no toman en cuenta los tremendos efectos que los aditivos EP ejercen al ser activados debido precisamente al mismo calor que adelgaza la viscosidad. El alto contenido en los niveles de aditivos EP en un lubricante, suministran una gran proteccin a las piezas procesadas y al herramental usado. Sin embargo, el contenido de petrleo retiene el calor, y como resultado de esto se tiene una pobre transferencia del calor (enfriamiento). Esta caracterstica se torna en un problema a medida que se incrementa la friccin durante el proceso de endurecimiento de trabajo de la pieza. Bajo situaciones extremas, los dados calientes pueden transformar el petrleo en una cubierta de laca sobre las piezas y sobre el herramental. Y lo ms relevante es que, los aceites presentan la mayor preocupacin en trminos ambientales, de post-proceso y de limpieza. Aceites emulsificables: Tambin ocasionalmente llamados aceites solubles, presentan ventajas y desventajas similares. Debido al contenido de agua en la dilucin, estos productos pueden suministrar un efecto limitado para la transferencia de calor. Haciendo a un lado las cuestiones referentes a las cuestiones ambientales y de postproceso, los aceites de emulsin generalmente no cubren ni mojan al acero uniformemente. Esta caracterstica puede resultar desfavorable para el flujo del material durante el proceso de formado. Los aceites emulsificados tienden a verse contaminados por bacterias por lo cual son menos bioestables. Por ltimo, los aditivos EP, como son el cloro y el sulfuro, que se utilizan tanto en aceites como en aceites emulsificados pueden tornarse voltiles al ser expuestos a temperaturas altas y a la humedad. Estos lubricantes residuales solo pueden brindar una proteccin anticorrosiva limitada. Lubricantes Sintticos de Tecnologa Avanzada: Presentan el espectro ms amplio para el desarrollo y el xito potencial en los formados con aceros de alta resistencia. La mayora de los lubricantes sintticos desarrollados son hechos a base de familias de polmeros comunes. Estos productos brindan una disipacin del calor excepcional al enfriar las piezas, adems de mantener la viscosidad del fluido, y de generalmente operar a temperaturas ms bajas. En fechas recientes, se han desarrollado aditivos con el fin de incrementar la tenacidad de la pelcula. Esta caracterstica proporciona una funcin de fases mltiples que es esencial para un uso exitoso en Aceros de alta resistencia. La viscosidad del fluido, los agentes limtrofes y las propiedades de adherencia dan proteccin durante el esfuerzo inicial en el proceso de conformado de metales. A medida que se desarrolla calor por friccin durante la fase de endurecimiento de trabajo, el fluido forma una viscosidad aparente en la pelcula residual que cubre a la pieza y al herramental. Esta tenaz porcin de la pelcula proporciona una proteccin limtrofe nueva y fundamental, de gran utilidad en las etapas posteriores de los procesos de formado, adems de proteger a los punzones al momento en que son retirados. Compuesto principalmente de ingredientes solubles en agua, los residuos de los mismos permiten una remocin simplificada en los sistemas de limpieza y, con frecuencia no requieren de limpieza previa a las operaciones de soldadura.

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