Eraikuntza-egituretarako metalezko aleazioen fabrikazio-teknikak
Gaur egungo eraikuntzaren munduan, material sendo, iraunkor eta eraginkorren beharra gero eta handiagoa da. Behar horren erantzun nagusietako bat aleazioak dira: bi elementu edo gehiago nahastuz egindako metalak, normalean metal puruek baino propietate mekaniko eta ingurumenarekiko erresistentzia hobeak lortzeko. Eraikuntza-egituretan, aleazioak altzairuzko markoetan, junturetan, plaketan, zutabeetan, habeetan, kableetan eta baita lotura-elementuetan ere erabiltzen dira. Artikulu honek eraikinen egitura-aplikazioekin lotutako aleazioak fabrikatzeko teknikak aztertzen ditu, konposizioaren hautaketatik hasi eta moldaketa-prozesuetaraino eta kalitate-probetaraino.
1. Eraikuntzako metal aleazioen oinarrizko printzipioak
Burdina edo aluminioa bezalako metal puruek mugak dituzte: bigunak izan daitezke, erraz korroditu edo tenperatura jakin batzuetan ezegonkorrak izan daitezke. Aleazioekin, fabrikatzaileek materialaren propietateak kontrola ditzakete, adibidez:
– Trakzio-erresistentzia eta etekin-erresistentzia (karga-eramateko garrantzitsuak).
– Harikorra izatea, erraz hausteko ez dadin.
– Gogortasuna higadurarekiko erresistentzia lortzeko.
– Korrosioarekiko erresistentzia ingurune heze, kostaldeko edo industrialetarako.
– Soldatzeko eta fabrikatzeko gaitasunak, lantokian erraz muntatzeko.
Eraikuntza-egituretan, aleazio ohikoenak hauek dira:
– Karbono altzairua eta aleazio baxuko altzairua habe eta zutabeetarako.
– Altzairu herdoilgaitza ingurune korrosiboetarako edo diseinu arkitektonikoetarako.
– Aluminiozko aleazioak fatxadetarako, marko arinen eta zenbait elementu ez-estrukturaletarako.
2. Aleazioaren konposizioaren diseinua
Aleazioen fabrikazio teknikak beti hasten dira konposizioaren diseinuarekin. Ingeniari metalurgikoek zehazten dute zein elementu gehitu behar diren errendimendu eta kostu helburuen arabera. Elementuen rolen adibideak:
– Altzairuan karbonoak (C) erresistentzia eta gogortasuna handitzen ditu, baina gehiegizkoak soldagarritasuna murriztu dezake.
– Manganesoak (Mn) erresistentzia handitzen laguntzen du eta sufrea lotzen du, horrela hauskortasuna murriztuz.
– Kromoak (Cr) korrosioarekiko eta oxidazioarekiko erresistentzia handitzen du.
Nikelak (Ni) gogortasuna handitzen du, batez ere tenperatura baxuetan.
– Molibdenoak (Mo) irristatze- eta zenbait korrosioren aurkako erresistentzia handitzen du.
– Silizioak (Si) desoxidazio prozesuan laguntzen du eta erresistentzia handitu dezake.
Aluminiozko aleazioetan, Mg, Si, Zn eta Cu bezalako elementuak hautatzen dira erresistentzia edo korrosioarekiko erresistentzia handitzeko, estrusio eta soldadura erraztasuna kontuan hartuta.
3. Urtzeko eta fintzeko teknikak
Eskala industrialeko aleazioen ekoizpena, oro har, labe batean urtu eta ondoren purifikatu egiten da ezpurutasunak kentzeko.
a) Labe Garaia eta Oxigeno Labe Basikoa (BOF)
Altzairuzko eraikuntza masiborako, bide klasikoak honako hauek ditu barne:
1. Labe Garaiak burdin mearen bidez burdina urtua (metal beroa) ekoizten du.
2. BOFak (oinarrizko oxigeno-labea) burdin urtua altzairu bihurtzen du oxigenoa putz eginez karbono-edukia murrizteko eta ezpurutasunak kentzeko.
Bide hau egokia da ekoizpen handietarako, hala nola altzairuzko egitura-profiletarako.
b) Arku Elektrikoko Labea (EAF)
EAFak asko erabiltzen dira txatarra birziklatzeko eta altzairu mota desberdinak ekoizteko. Haien abantailak hauek dira:
– Konposizioa kontrolatzeko malgutasun handiagoa.
– Zenbait aleazio-altzairu ekoizteko egokia.
– Kalitatea proiektuaren beharretara egokitzea errazagoa.
c) Bigarren mailako fintzea (bigarren mailako metalurgia)
Altzairuak eraikinen egituraren estandarrak betetzeko, beste prozesamendu batzuk egiten dira, hala nola:
– Desoxidazioa (oxigeno disolbatua murriztea) porositatea saihesteko.
– Desulfurazioa (sufrea murriztea) gogortasuna handitzeko.
– Hutsean gasak kentzea (hidrogenoa bezalako gasak kentzea) hidrogenoaren pitzadurak eta barneko akatsak saihesteko.
– Aleazio-elementuen gehiketa zehatza, materialaren propietate koherenteak bermatzeko.
Bigarren mailako fintze-etapa bereziki garrantzitsua da erresistentzia handiko altzairuentzat edo eremuan soldatuko diren altzairuentzat.
4. Moldeatze teknikak eta hasierako eraketa
Konposizioa egokia denean, metal urtua erdi-amaitutako forman eratzen da.
a) Isurketa jarraitua
Gaur egun, galdaketa jarraitua da metodo nagusia. Altzairu urtua xafla, lore edo lingoteetan isurtzen da etengabe, eta gero luzerara mozten da. Bere abantailak:
– Eraginkortasun handia.
– Mikroegitura uniformeagoa.
– Lingote-galdaketa tradizionalarekin alderatuta akatsak murrizten ditu.
b) Lingote-galdaketa (gutxiago ohikoa)
Aplikazio espezializatu batzuetarako erabiltzen da, baina aleazio-elementuak bereizteko joera handiagoa du eta prozesamendu gehigarria behar du.
5. Konformazio termomekanikoa: ijezketa, forjaketa eta estrusioa
I habeak, H habeak, C kanalak, plakak edo armadura-barrak bezalako egitura-formek konformazio-prozesu bat behar dute.
a) Bero-laminazioa
Xafla edo lorea berotu eta gero honela bildu egiten da:
– Konexioetarako plakak eta oinarri-plakak.
– Habe eta zutabeetarako egitura-profilak (H, I, U, L).
– Elementuak finkatzeko barrak eta alanbre-hagaxkak.
Bero-ijezketa egiteak alearen egitura fintzen eta propietate mekanikoak hobetzen ere laguntzen du.
b) Kontrolatutako ijezketa / TMCP (Prozesu Termo-Mekaniko Kontrolatua)
Teknika garrantzitsua da hau erresistentzia handiko eta aleazio baxuko altzairuetarako. Tenperatura eta murrizketa kontrolatuz ijezketan zehar, fabrikatzaileek lortzen dute:
– Ale finagoak (aleen fintzea).
– Karbono edukia gehiegi handitu gabe erresistentzia handia.
– Soldagarritasun hobetua, zubi eta eraikin altuen eraikuntzarako egokia.
c) Forjaketa
Gogortasun handia behar duten osagaietarako erabiltzen da, hala nola brida bereziak, aingurak edo konexio-osagai astunak. Forjaketak metalaren aleen orientazioa hobetzen du eta barneko poroak murrizten ditu.
d) Estrusioa (aluminioa bakarrik)
Fatxadetarako eta marko arinetarako aluminiozko profilak estrusio bidez egiten dira: lingoteak berotu eta gero trokel batetik bultzatzen dira profil konplexu eta arinak sortzeko.
6. Tratamendu termikoa (tratamendu termikoa) propietateak erregulatzeko
Bero-tratamenduaren helburua mikroegitura aldatzea da, azken propietateek diseinu-eskakizunak bete ditzaten.
Eraikuntzako altzairuan:
– Normalizazioak egituraren uniformetasuna eta gogortasuna hobetzen ditu.
– Tenplatzeak eta tenplatzeak (Q&T) erresistentzia handia sortzen du, askotan erresistentzia handiagoa behar duten osagai batzuetan erabiltzen dena.
– Tentsioa arintzeak soldadura edo konformaziotik sortzen diren hondar-tentsioak murrizten ditu.
Aluminiozko aleazio batzuetan:
– Disoluzio bidezko tratamendu termikoak eta zahartzeak (adibidez, 6xxx edo 7xxx serieak) erresistentzia handitzen du prezipitazio bidez.
Bero-tratamendua aukeratzerakoan, pitzaduren erresistentzia, soldagarritasuna eta epe luzeko errendimendua kontuan hartu behar dira.
7. Eraikin-inguruneetarako korrosioarekiko erresistentzia hobetzeko teknikak
Eraikin-egiturak maiz egoten dira euri, hezetasun, gatz (kostaldeko) edo industria-kutsatzaileen eraginpean. Beraz, aleazio egokia hautatzeaz gain, babes-teknikak aplikatzen dira:
– Galbanizazioa (zink estaldura) oso ohikoa da altzairu estrukturalarentzat herdoilaren aurkakoa izan dadin.
– Altzairu herdoilgaitza (hau da, patina babesgarria osatzen duten aleazio batzuk) egokia da baldintza atmosferiko batzuetarako.
– Altzairu herdoilgaitza korrosioarekiko erresistentzia handia eta mantentze-lan gutxi behar duten eremuetarako.
– Babes gehigarri gisa estaldura-sistemak (epoxi, poliuretano, etab.).
Korrosioarekiko erresistentzia ez da estetika kontua bakarrik, segurtasun kontua ere bada, korrosioak zeharkako sekzio eraginkorra murriztu eta egitura-akatsak eragin baititzake.
8. Kalitate kontrola eta materialen probak
Eraikuntza-egituretarako metal-aleazioek zenbait estandar tekniko bete behar dituzte (adibidez, osaera, erresistentzia eta gogortasun estandarrak). Kalitate-prozeduren artean, oro har, hauek daude:
– Trakzio-proba, etekin-erresistentzia, trakzio-erresistentzia eta luzapena zehazteko.
– Inpaktu-proba (Charpy) gogortasuna ebaluatzeko, batez ere tenperatura baxuetan lan egiten duten altzairuetan.
– Gogortasun-proba propietate mekanikoen adierazle gisa.
– Aleazioaren osaera zuzena dela ziurtatzeko analisi kimikoa.
– Barneko/gainazaleko akatsak detektatzeko NDT (Saiakuntza Ez-Suntsitzaileak), hala nola ultrasoinuen probak, erradiografia, partikula magnetikoen probak edo koloratzaile sarkorren probak.
– Profilek fabrikazio-eskakizunak betetzen dituztela ziurtatzeko neurrien eta tolerantzien egiaztapenak.
Kalitate-kontrol onak materiala erabiltzeko segurua, soldatze erraza eta lote batetik bestera errendimendu koherentea duela ziurtatzen du.
9. Garapenaren erronkak eta norabideak
Eraikuntzako aleazioen industriak eboluzionatzen jarraitzen du. Erronka nagusien artean hauek daude:
– Erresistentziaren eta soldagarritasunaren arteko oreka (erresistentzia handiak, behar bezala diseinatuta ez badago, soldadura-pitzadurarekiko sentikorragoa izateko arriskua dakar askotan).
– Kostu-eraginkortasuna, aleazio-elementu batzuk garestiak direlako.
– Jasangarritasuna birziklapena handituz, energia-eraginkortasuna handituz eta isuriak murriztuz.
Garapen-ildoen artean, HSLA (Goi-Erresistentziako Aleazio Baxuko) altzairu arinagoa baina sendoagoa erabiltzea, TMCP zehatzagoa aplikatzea eta txatarrean oinarritutako EAF prozesuen hobekuntzak karbono-aztarna murrizteko daude.
Ondorioa
Eraikuntza-egituretarako metal aleazioen ingeniaritzak elkarri lotutako prozesu sorta bat dakar: konposizioaren diseinutik, urtzetik eta fintzetik, galdaketatik, konformazio termomekanikotik, tratamendu termikotik, korrosioaren aurkako babesetik eta kalitate-kontrolera arte. Behar bezala diseinatu eta prozesatutako aleazioek hamarkadetan zehar karga eta ingurumen-baldintzei eusteko gai diren material sendoak, iraunkorrak eta seguruak sortzen dituzte. Metalurgia-teknologiaren aurrerapenarekin eta eraikinen eskakizun gero eta konplexuagoekin, metal aleazioen ingeniaritza ulertzea funtsezko oinarria da etorkizuneko eraikuntzaren kalitate eta iraunkortasunerako.
