Introducción a la Extrusión en Producción de Acero Estructural

Extrusión es un proceso de deformación a granel que obliga al metal a través de una matriz a crear un producto largo con una sección transversal consistente. En la industria del acero estructural, la extrusión se utiliza para producir vigas, canales, ángulos, tubos y otros perfiles que sirven como columna vertebral de edificios, puentes y marcos industriales. Las dos principales rutas de tolerancia#8212; método de extrusión caliente y de la extrusión fría.

Reseña de la Extrusión Caliente y Fría

Extrusión caliente

En la extrusión caliente, la facturación de acero se calienta sobre su temperatura de recreación reducida#8212;típicamente entre 900#176;C y 1200 celulares#176;C para aceros estructurales. A estas temperaturas elevadas, la fuerza de rendimiento de las gotas de material significativamente, permitiendo la deformación con requisitos de fuerza más bajos.El proceso de trabajo caliente también elimina defectos de fundición previa o forja, refina la estructura de granos

Cold Extrusion

La extrusión fría, también conocida como formación en frío o presión en frío, se realiza a temperatura ambiente o cerca de ella. La ausencia de calefacción externa hace que el acero se someta a un endurecimiento significativo durante la deformación. Este endurecimiento de la tensión aumenta la fuerza y dureza, eliminando a menudo la necesidad de tratamiento térmico posterior. La extrusión fría se limita típicamente a secciones más pequeñas y formas más simples porque las fuerzas de prensa requeridas son mucho más altas.

Mecánica del Proceso y Comportamiento de Materiales

Deformación y flujo

Durante la extrusión caliente, el estrés del flujo del acero se reduce en más del 80% en comparación con la temperatura ambiente. Esto permite mayores ratios de extrusión (ratio de área de billet a área de producto) Ø8212; a veces superior a 40:1 en un solo paso. La deformación es más uniforme, y el material puede llenar cavidades de la fuerza de la salida es crítica; si el billete se enfría demasiado, el relleno de la extrusión o la

Evolución microestructural

La extrusión caliente promueve la recristalación dinámica y el refinamiento de granos, especialmente cuando la tasa de tensión y la temperatura son cuidadosamente controladas. La microestructura resultante consiste en granos equilibrados y finos que aumentan la ductilidad y la dureza. Por el contrario, la extrusión fría produce granos alargados, endurecidos por el trabajo orientados en la dirección del metal.

Ventajas de la Extrusión Caliente

  • ]Reducción de fuerzas formadoras: Los requisitos de fuerza pueden ser 25 plaga#8211;40% inferior a la extrusión fría para productos equivalentes, permitiendo prensas más pequeñas y menor inversión de capital.
  • ] Capacidad para producir perfiles grandes y complejos: Las secciones de acero estructural extruido caliente pueden tener espesores de pared superiores a 25 mm y anchos superiores a 500 mm, que son difíciles o imposibles de enfriar.
  • ]Mejorada ductilidad y formabilidad: El material calentado puede sufrir deformación severa sin grietas, permitiendo formas intrincadas como flancos cónicos o secciones huecas.
  • El uso de la herramienta más bajo: Debido a que el acero es más suave, el desgaste de la herramienta es generalmente menos agresivo, prolongando la vida útil, especialmente para carburo de tungsteno o H13 herramienta de acero muere.
  • Capacidad para procesar aleaciones de gran resistencia: Aceros de baja aleación de alta resistencia (HSLA), aceros inoxidables e incluso aceros de herramientas pueden ser extrusionados calientes sin cargas excesivas de prensa.

Ventajas de la extrusión fría

  • Acabado superficial superior: La extrusión fría produce una superficie lisa y libre de óxido que a menudo cumple con los requisitos de apariencia final sin moler ni recubrir.
  • Aumento de la fuerza mediante el endurecimiento del trabajo: Las fortalezas de rendimiento y tensil pueden aumentar en 30 unidades#8211;50% en comparación con la condición as-analizada, permitiendo el uso de grados de acero de bajo costo para satisfacer las demandas de fuerza.
  • Mejor exactitud y repetibilidad dimensional: Los perfiles extruidos fríos mantienen tolerancias más estrictas, eliminando a menudo las operaciones secundarias de mecanizado y reduciendo la chatarra.
  • Ninguna escala o decarburación: La calefacción en la extrusión caliente produce escala de óxido de hierro (escala de molino) y una capa superficial descarburada que debe ser eliminada, agregando coste y pérdida de material. La extrusión fría evita estos defectos por completo.
  • Tiempos de ciclo rápido (para piezas pequeñas): Sin tiempo de calefacción, la extrusión fría puede alcanzar altas tasas de producción, especialmente para componentes como pernos, pasadores y pequeños corchetes.

Desafíos y limitaciones

Desafíos de la extrusión caliente

El principal inconveniente de la extrusión caliente es el alto consumo de energía requerido para calentar los billets a 1200 ácidos#176;C. Los hornos o calentadores de inducción son comunes, y las pérdidas térmicas de la radiación y la convección pueden ser significativas. Además, el escalado de oxidación consume 1 pulgada#8211;3% del peso de la facturación y los necesitios de descalización (a menudo por chorros de agua de alta presión)

Retos de extrusión fría

La extrusión de frío exige unas fuerzas de prensa excepcionalmente altas, que pueden superar 2000 toneladas para perfiles grandes. Esto requiere unas prensas robustas y de alta resistencia y materiales de fundición costosos (a menudo de acero de alta velocidad o carburo cementado). La lubricación es crítica; los revestimientos de conversión de fosfato o oxalato combinados con jabón o cera son comunes, pero estos costos de adición y requieren manejo químico.

Energy Consumption and Environmental Impact

El consumo de energía de extrusión caliente está dominado por el calentamiento de la hoja.Para una extrusión estructural típica, la calefacción puede requerir 1.5 unidades#8211;2.5 GJ por tonelada de billet, dependiendo de la eficiencia del horno. Se necesita energía adicional para descalificar bombas de agua, sistemas de refrigeración y tratamiento térmico post-extrusión (si es necesario).

Consideraciones de la utilización de instrumentos y equipo

Materiales de muerte y desgaste

Los acabados de extrusión caliente son generalmente de acero H13 (acero de trabajo caliente) con una dureza de 45 unidades#8211;50 HRC. Deben soportar altas temperaturas y ciclo térmico. Para las carreras de producción muy altas, superallas basadas en níquel o incluso los insertos de cerámica pueden ser utilizados.

Selección de prensa

Las prensas de extrusión caliente son más lentas (rápidos de 50 unidades#8211;200 mm/s) pero requieren una longitud de tracción sustancial para dar cabida a las facturas largas. Las prensas hidráulicas dominan este campo. Las prensas de extrusión fría son típicamente máquinas híbridas mecánicas o mecánicas hidráulicas diseñadas para alta velocidad (300 unidades#8211; 600 mm/s) y alta tonelada.

Calidad y integridad superficial

Acabado superficial y defectos

Las superficies extrusadas calientes están cubiertas con una capa de escala de óxido que debe ser removida (por remojo o disparo) antes de pintar o galvanizar. La superficie metálica subyacente puede mostrar menor rugosidad (Ra 3 comprimido#8211;12 >#181;m) debido a las marcas de grieta y los patrones de lubricante.

Propiedades mecánicas

El acero estructural desmontado caliente suele tener una fuerza de rendimiento cercana a la especificación original de la hoja de datos (por ejemplo, 250 unidades#8211;400 MPa) con elongación de 20 unidades#8211;30%. El material es isotrópico si la recreación es completa. El acero extruido frío puede lograr resistencias de rendimiento de 500 unidades de resistencia a la superficie des.

Aplicaciones en la producción de acero estructural

Cuando se utiliza la extrusión caliente

  • Las vigas y columnas de carga son de gran tamaño: Las formas W, las pilas H y las vigas celulares personalizadas donde la altura de la web supera los 300 mm.
  • Secciones de hueco plegable: Secciones cuadradas y rectangulares (SHS/RHS) con espesor de pared superior a 10 mm.
  • Piezas de transición y extremos flarados: Soportes de soporte de puente, conectores de pierna torre y perfiles de construcción naval donde el espesor cambia a lo largo de la longitud.
  • Ambientes de servicio de alta temperatura: Componentes para centrales eléctricas o hornos industriales que serán sometidos a condiciones de cultivo; el material extruido caliente conserva mejor su estructura de granos.

Cuándo utilizar la extrusión fría

  • ]Partes de conexión de precisión: Tornillos de alta resistencia, tuercas, placas de anclaje y anclas de cuña utilizados en conexiones de acero a tallo o acero a hormigón.
  • Tablas pequeñas: Brackets, clevises, tirantes de tubo y carriles de montaje de paneles solares que requieren tolerancias estrechas y no acabado secundario.
  • Componentes de chasis automotriz:] Armas de suspensión, miembros cruzados y subframes que se benefician de una mayor fuerza del endurecimiento del trabajo.
  • Aplicaciones marinas y offshore: Acopladores de acero resistentes a la corrosión y pequeñas secciones donde la escala superficial sería perjudicial para la adherencia a la pintura.

Avances recientes y enfoques híbridos

La investigación industrial está desarrollando activamente métodos híbridos que combinan los beneficios de ambos procesos. Un ejemplo es extrusión de calor, realizada a temperaturas intermedias (400 unidades#8211;700 unidades de acero#176;C) donde el acero es lo suficientemente suave para una reducción moderada pero lo suficientemente frío como para evitar el escalado severo.

Consideraciones de gastos

Un análisis de costos completos debe tener en cuenta las operaciones de materia prima, energía, herramientas, trabajo y secundaria. La extrusión caliente suele tener un costo de herramienta más bajo por unidad, pero los costos de energía más elevados y posteriores al procesamiento (descalificación, tratamiento térmico).Para una propiedad típica de 200 unidades de pesos/masa estructural de 200 mm, la diferencia de costo total entre la extrusión caliente y fría puede ser insignificante en volúmenes moderados (10.000 inspecciones#821150.000;

Conclusión

Extrusión caliente y fría cada uno ocupa un nicho distinto en la fabricación de acero estructural. La extrusión caliente sigue siendo el método preferido para secciones grandes, complejas o de paredes pesadas donde la formabilidad y la deformación rentable superan la calidad de la superficie y la precisión dimensional. La extrusión fría se destaca en la producción de componentes pequeños a tamaño mediano con acabado superficial superior, fuerza mayor a través del endurecimiento del trabajo, y tolerancias estrictos que eliminan el mecanizado de la producción estructural de dos niveles de la