RUTAS DE PROCESADO OPTIMO PARA LA OBTENCION DE ALAMBRE DE ALTA CALIDAD MEDIANTE PROCESOS DE ESTIRADO EN CANAL ANGULAR (ECAD).

Rutas de procesado óptimo para la obtención de alambre de alta calidad mediante procesos de estirado en canal angular (ECAD). Sector de la técnica al que se refiere la invención La invención se refiere al sector metal-mecánico, específicamente a las áreas de estirado y trefilado de alambre y también podría emplearse en el estirado de chapa y de otros tipos de materiales. Estado de la técnica anterior El proceso denominado ECAD (Equal Channel Angular Drawing) o estirado de materiales en canal angular es un proceso en el que el material es estirado, obligándole a atravesar una matriz en ángulo con una sección transversal aproximadamente constante. El proceso también puede realizarse en una matriz poliangular si el material es lo suficientemente dúctil. Asimismo, puede emplearse una matriz de calibrado, situada a la salida de la matriz con canal angular o poliangular. Dicho proceso ha sido estudiado por diversos autores, existiendo diversas publicaciones científicas relacionadas con el mismo, tales como: (C. J. Luis, P. A. González, Y. Garcés, C. Berlanga, J. Pérez-Ilzarbe, International Conference on Advances in Materials and Processing Technologies, Vol. 1, 2001) (Y. Garcés, C. J. Luis, C. Berlanga, P. A. González, International Conference on Advances in Materials and Processing Technologies, Vol 1, 2001), (U. Chakkingal, A. B. Suriadi and P.F. Thomson, Scripta Materialia, Vol. 39 (6), 1998; U. Chakkingal, A. B. Suriadi and P.F. Thomson, Mater Sci. Eng., A266, 1999); (C. J. Luis; Y. Garcés; P. González; C. Berlanga, Materials and Manufacturing Processes, Vol. 17 (2), 2002); (J. León, C. J. Luis; Determinación de tensiones y deformaciones en el proceso de estirado en canal angular, Congreso: CISIF 2005, Publicación: Actas del congreso Lugar celebración: Calatayud, España, Fecha: 19-21 Septiembre, 2005); (J. León, C. J. Luis, R. Luri, Título: Strain analysis of Equal Channel Angular Drawing Processes by Upper Bound Limit, 2006, Congreso: CIRP ICME 06, Publicación: Vol. 1, pp.9-13); (J. León, C.J. Luis, R. Luri, Determinación del coeficiente de rozamiento en el proceso de estirado en canal angular (ECAD), 2007, Congreso: CISIF 07. Lugar de celebración: Madrid, Publicación: Actas del congreso). Cabe señalar que del proceso de estirado en canal angular (ECAD) sólo se ha encontrado una patente (Luis, C. J; Pérez- Ilzarbe, J. Proceso para el estirado de materiales metálicos en canal poliangular, Pat. 200300496). Existe otro proceso, totalmente distinto del ECAD, que se denomina proceso de extrusión en canal angular, o en inglés, Equal Channel Angular Extrusión (ECAE), del cual sí que existen patentes: US 6370930 B1 (Lee et al.); WO 03027337A1 (Monash University) y US 6571593 B1 (Chung et al.), entre otras. Sin embargo, el proceso de ECAD presenta como medio de conformación un estirado a la salida de la matriz, al contrario que el proceso de ECAE, en el que dicho medio de conformación es por compresión y se encuentra situado a la entrada de las matrices. Por otra parte, las geometrías de las matrices empleadas en ambos procesos son diferentes. Explicación de la invención La novedad de la presente invención radica en la selección de las rutas de proceso a emplear en el procesado de materiales mediante ECAD, de manera que la deformación obtenida sea homogénea y presente un patrón de deformación con simetría, aproximadamente, circunferencial y/o perimetral. Ello le confiere gran utilidad desde el punto de vista industrial, para aplicaciones en las que sea necesario tener una mayor dureza o resistencia en la periferia del material. Mediante el empleo de las rutas de proceso que se quieren patentar, se tiene que el aumento mayor de dureza y resistencia se da en la periferia del material, estando localizados los menores valores de las mismas en la zona central. Asimismo, mediante dichas rutas de proceso se obtiene una simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral, en lo que respecta a los valores de dureza y resistencia, es decir, van aumentando la dureza y resistencia desde el centro del material hacia la periferia, con valores que presentan simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral, tal y como se ha mencionado anteriormente. Cada vez que el material es procesado, mediante una fuerza de estirado a través de la matriz de ECAD, éste sufre una deformación plástica que introduce dislocaciones en dicho material, denominándose cada procesamiento del citado material con el término de pasada o etapa (que, de aquí en adelante, se designará con la letra N). Tras la realización de cada pasada, la sección transversal del material procesado experimenta una pequeña reducción en área con respecto a la anterior. Por lo tanto, el material puede ser procesado sucesivas veces (donde el número de la pasada correspondiente, se indica a continuación de la letra N. Por ejemplo: N4 quiere decir que es la cuarta pasada que sufre él material). Con objeto de emplear un criterio similar al anterior, se ha designado al material de partida N0. 2 ES 2 349 986 A1 Además, al comienzo de cada pasada, el material se puede colocar en la misma posición que en la pasada anterior o, por el contrario, ser rotado un determinado ángulo alrededor de su eje longitudinal (donde el ángulo de rotación con respecto a la pasada anterior se designa a continuación del número de pasada, con la letra G, seguido del valor de dicho ángulo). El sentido de giro del material puede ser horario o antihorario, designándose dicho sentido con los signos - ó +, respectivamente (Por ejemplo: N3+G90º hace referencia a la tercera pasada de procesado, donde el material ha sido girado, en sentido antihorario, un valor de 90º con respecto a la pasada anterior, N2). Al conjunto de las sucesivas pasadas y a sus respectivos giros se le denomina ruta de procesado (Por ejemplo: [N1; N2-G90º; N3+G180º] significa: realizar una primera pasada de procesado; girar al material en sentido horario un ángulo de 90º, respecto de la pasada anterior (N1), y realizar la segunda pasada; volver a girar el material en sentido antihorario un ángulo de 180º, respecto de la segunda pasada (N2), y realizar la tercera y, en este caso, última pasada). La idea que se quiere patentar son rutas de procesado consistentes en estirar el material de partida en una matriz de ECAD, girando al material según las rutas de proceso que se muestran en las Figuras 1(a)-1(d) siendo posible, además, el impartir pasadas de calibrado, al final o tras cada etapa de ECAD, con objeto de obtener un material con una sección final más homogénea. Además, es posible el empleo de tratamientos térmicos tanto posteriores como de forma simultánea, con objeto de: obtener un afinamiento del tamaño de grano del material procesado, de eliminar tensiones, o de aumentar la ductilidad del material procesado. Los tratamientos térmicos empleados podrán, por ello, ser de recristalización completa o no, según sean los propiedades de resistencia y ductilidad que se pretendan obtener en los materiales procesados por ECAD. Si el tratamiento térmico se realiza posteriormente a cada pasada, el procedimiento a seguir es el siguiente: en primer lugar, se selecciona en el horno el valor de la pendiente de la rampa de calentamiento (generalmente, expresado en ºC/min); una vez alcanzada la temperatura deseada (temperatura de mantenimiento), se mantiene dicha temperatura durante un determinado intervalo de tiempo (generalmente, expresado en h); finalmente, el enfriamiento del material se puede realizar dentro del horno, produciéndose éste de una manera lenta, o bien directamente al aire o en otro medio (agua, aceite, etc.) obteniéndose así un enfriamiento mucho más rápido. La temperatura de mantenimiento del tratamiento térmico depende, en cada caso, del material y de la ruta de procesado empleada para el mismo. Por otro lado, si el tratamiento térmico se realiza de manera simultánea al proceso de estirado, éste se produce a través del calentamiento de las matrices de ECAD hasta una determinada temperatura. Dicha temperatura se selecciona en función del material que va a ser procesado. Una vez que se ha alcanzado, de manera uniforme la temperatura de las matrices, se lleva a cabo el proceso de estirado. El sistema de calentamiento de las matrices puede estar constituido por resistencias eléctricas, o bien puede realizarse por inducción. Asimismo, es posible impartir otro tipo de tratamientos superficiales posteriores una vez que el material ha sido procesado, tales como de limpieza, de recubrimientos para evitar corrosión, etc. En las Figuras 2(a)-2(f) se muestra la acumulación de deformación en el material según la ruta de proceso definida en la Figura 1(a), que emplea rotación de 90º (4 veces) y que se combina, posteriormente, con una pasada final de calibrado. La presente metodología tiene la novedad, frente a otras rutas de proceso,... [Seguir leyendo]

1. Ruta de procesado en ECAD que conduce a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral consistente en efectuar cuatro pasadas según la secuencia [N1; N2-G90º; N3-G90º; N4-G90º], donde Nj hace referencia al número de pasada en la matriz de ECAD, G90º representa un giro de noventa grados, y el signo - corresponde al sentido horario, tal y como se muestra en las Figuras 1(a)-1(d). 2. Ruta de procesado en ECAD que conduce a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral consistente en efectuar cuatro pasadas según la secuencia [N1; N2+G90º; N3+G90º; N4+G90º], donde Nj hace referencia al número de pasada en la matriz de ECAD, G90º representa un giro de noventa grados, y el signo + corresponde al sentido antihorario, tal y como se muestra en las Figuras 1(a)-1(d). 3. Ruta de procesado en ECAD que conduce a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral consistente en efectuar cuatro pasadas según la secuencia [N1; N2+G180º; N3-G90º; N4+G180º], donde Nj hace referencia al número de pasada en la matriz de ECAD, G90º representa un giro de noventa grados, G180º un giro de ciento ochenta grados, el signo + corresponde al sentido antihorario y el signo - al sentido horario; tal y como se muestra en las Figuras 1(a)-1(d). 4. Ruta de procesado en ECAD que conduce a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral consistente en efectuar cuatro pasadas según la secuencia [N1; N2-G90º; N3+G180º; N4+G90º], donde Nj hace referencia al número de pasada en la matriz de ECAD; G90º representa un giro de noventa grados, G180º un giro de ciento ochenta grados, el signo + corresponde al sentido antihorario y el signo - al sentido horario, tal y como se muestra en las Figuras 1(a)-1(d). 5. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1, 2, 3 ó 4) caracterizadas por que emplean una pasada de calibrado final. 6. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1, 2, 3, 4 ó 5) caracterizadas por que emplean una pasada de calibrado intermedia. 7. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1, 2, 3, 4, 5 ó 6) caracterizadas por que durante el proceso, las matrices se encuentran calentadas a temperatura inferior a la temperatura de fusión del material que va a ser procesado. 8. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1, 2, 3, 4, 5, 6 ó 7) caracterizadas por que aplican un tratamiento superficial de limpieza previo al proceso de ECAD. 9. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ó 8) caracterizadas por que aplican un tratamiento superficial de limpieza posterior al proceso de ECAD. 10. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1 a 9) caracterizadas por que, una vez realizado el proceso, se aplica un tratamiento superficial consistente en recubrimientos para evitar la corrosión. 11. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1 a 10) caracterizadas por que aplican tratamientos térmicos de recristalización completa posteriores, una vez que se ha procesado completamente el material. 12. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1 a 11) caracterizadas por que aplican tratamientos térmicos de recristalización completa posteriores, una vez que se ha procesado el material, en cualquier pasada. 13. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivin- 8 ES 2 349 986 A1 dicaciones anteriores (1 a 12) caracterizadas por que aplican tratamientos térmicos de recocido parcial posteriores, una vez que se ha procesado completamente el material. 14. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1 a 13) caracterizadas porque aplican tratamientos térmicos de recocido parcial posteriores, una vez que se ha procesado el material, en cualquier pasada. 15. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según cualquiera de las reivindicaciones anteriores (1 a 14) caracterizadas por que se aplican a un material metálico. 16. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación anterior número 15 caracterizadas por que se aplican a un material metálico consistente en cualquier aleación de aluminio. 17. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 1000. 18. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 2000. 19. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 3000. 20. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 4000. 21. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 5000. 22. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 6000. 23. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 7000. 24. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación número 16 caracterizada por que la aleación de aluminio es cualquiera de las incluidas dentro de la serie 8000. 25. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación anterior número 15 caracterizadas por que se aplican a un material metálico consistente en cualquier acero, de los recogidos en la norma UNE-EN 10020:2001. 26. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación anterior número 25 caracterizadas por que se aplican a un material metálico consistente en cualquier acero al carbono. 27. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación anterior número 25 caracterizadas por que se aplican a un material metálico consistente en cualquier acero aleado. 28. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación anterior número 25 caracterizadas por que se aplican a un material metálico consistente en cualquier acero de fácil mecanización. 9 ES 2 349 986 A1 29. Rutas de procesado en ECAD que conducen a la obtención de material que presenta en su sección transversal un patrón de deformación con simetría aproximadamente circunferencial y/o perimetral según la reivindicación anterior número 25 caracterizadas por que se aplican a un material metálico consistente en cualquier acero inoxidable. 30. Material metálico procesado de dureza y resistencia superiores a las del material de partida caracterizado porque el incremento de su dureza y resistencia se ha obtenido mediante el tratamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 29. 31. Aleación de aluminio procesada de dureza y resistencia superiores a las del material de partida caracterizada porque el incremento de su dureza y resistencia se ha obtenido mediante el tratamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 24. 32. Aleación de acero procesada de dureza y resistencia superiores a las del material de partida caracterizada porque el incremento de su dureza y resistencia se ha obtenido mediante el tratamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 25 a 29. ES 2 349 986 A1 11 ES 2 349 986 A1 12 ES 2 349 986 A1 13 ES 2 349 986 A1 14 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA