Aceros de alta resistencia avanzados: Definición, beneficios y aplicaciones automotrices

A medida que las preocupaciones sobre la seguridad del conductor y la economía de combustible se han vuelto más prominentes, los fabricantes de automóviles han buscado hacer todos los aspectos del ciclo de vida de producción del vehículo más eficientes. Parte de este proceso de optimización continuo incluye considerar a fondo las propiedades de materiales que son más efectivas o beneficiosas en aplicaciones automotrices, e intentar incorporar más materiales que proporcionen estas características deseadas. Un avance clave en esta área ha sido el desarrollo de aceros de alta resistencia avanzados (AHSS, por sus siglas en inglés).

Los aceros de alta resistencia avanzados son nuevas generaciones de grados de acero que ofrecen una combinación única de durabilidad, facilidad de manufacturabilidad y alta relación resistencia-peso que asegura que las piezas y componentes de acero cumplan con regulaciones críticas de seguridad y eficiencia de manera rentable.

Los fabricantes de automóviles han estado usando aceros de alta resistencia avanzados por años, y a medida que los procesos de manufactura han mejorado, también lo ha hecho cada generación subsiguiente de aceros. Usando procesos precisos de calentamiento y enfriamiento y diferentes mecanismos de fortalecimiento, los ingenieros pueden lograr propiedades mecánicas óptimas — como alta ductilidad o resistencia a la tracción — mientras también cumplen con requisitos para rendimiento en choques, ductilidad, fatiga, rigidez y otras características.

Los diversos tipos de aceros de alta resistencia avanzados en lámina proporcionan diferentes propiedades, también, lo que permite a los fabricantes adaptar su composición de pieza para satisfacer las necesidades específicas de cada aplicación. Los bastidores de automóviles, por ejemplo, requieren mayor rigidez (para mantener la integridad estructural del vehículo) que las piezas usadas en la zona de deformación programada (crumple zone), que están diseñadas para sufrir deformaciones controladas que ayudan a proteger a los pasajeros si ocurre una colisión.

Tipos de aceros de alta resistencia avanzados

Los aceros que tienen niveles de límite elástico de 550 megapascales (MPa) o superiores se consideran típicamente aceros de alta resistencia avanzados. Para la primera y segunda generación de estos metales, los ingenieros fueron rápidos en aprovechar las diferencias en composición química y microestructuras multifásicas de aceros específicos para cumplir con las demandas de rendimiento de componentes automotrices.

• Acero de fase dual (DP): Uno de los aceros de alta resistencia avanzados más ampliamente usados y es excepcionalmente dúctil y resiste fracturas, lo que permite su uso en una gama de aplicaciones automotrices, incluyendo componentes estructurales.
• Aceros de plasticidad inducida por transformación (TRIP): Exhiben alta maleabilidad, lo que da a las piezas de acero TRIP una alta capacidad de resistencia. Ambos proporcionan alta absorción de energía, lo que los hace adecuados para zonas de deformación.
• Aceros martensíticos: Tienen una microestructura que presenta mayor contenido de carbono, lo que aumenta la resistencia y dureza del material pero no aumenta el peso de los componentes de la misma manera que lo haría una pieza de acero convencional. Los aceros martensíticos resisten la deformación permanente, lo que los hace una excelente opción de material para reforzar compartimentos de pasajeros o jaulas de seguridad automotrices.

Nuevas investigaciones y desarrollos en los últimos años han llevado a la nueva tercera generación de aceros de alta resistencia avanzados, diseñados para proporcionar combinaciones aumentadas de resistencia y ductilidad, a menudo a costos significativamente menores. Si bien la industria aún está trabajando hacia una definición estandarizada de aceros de alta resistencia de tercera generación, las propiedades típicamente deseadas son una resistencia mínima de 1200 MPa y una ductilidad de 30 % de elongación — un aumento notable sobre generaciones anteriores de aceros.

Aplicaciones de los aceros de alta resistencia avanzados

Si bien se han usado por años para aplicaciones automotrices, los aceros de alta resistencia avanzados también se han incorporado cada vez más en otros sectores de manufactura. Las características de seguridad en choques de aceros de alta resistencia los hacen ideales para aplicaciones en sistemas de transporte ferroviario, por ejemplo.

También se ha encontrado que los aceros de alta resistencia avanzados mejoran el rendimiento del motor y las limitaciones de velocidad no solo para automóviles, sino también para aviones, barcos y trenes. El mercado de aceros de alta resistencia avanzados también está preparado para ofrecer ahorros de energía significativos a fabricantes en todo el mundo a medida que los métodos se vuelven más eficientes.

Desafíos de los aceros de alta resistencia avanzados

Los aceros de alta resistencia avanzados vienen con algunas limitaciones. La mayor ductilidad de los aceros de alta resistencia avanzados de tercera generación requiere aumentar el contenido de aleación del metal. Esto permite que los aceros se formen en frío en formas más complejas mientras aún retienen la ductilidad del material, pero conduce a mayor desgaste en matrices de conformado y mayor retorno elástico (springback).

La soldabilidad también presenta un desafío, ya que las microestructuras creadas por el mayor contenido de carbono y aleación de los aceros de alta resistencia avanzados pueden verse afectadas negativamente por el calentamiento y enfriamiento rápido involucrado en el proceso de soldadura.

Un objetivo en el desarrollo continuo de aceros de alta resistencia avanzados de tercera generación es reducir el contenido de aleación de los aceros de alta resistencia para mantener costos más bajos, mientras también se maximiza la resistencia y ductilidad y se evita la fragilización.

La asociación de manufactura que redefine lo posible

Los aceros de alta resistencia avanzados pueden ser adecuados para mejorar la resistencia a la tracción y durabilidad de una variedad de piezas en todas las industrias. Los avances en eficiencia energética e ingeniería probablemente harán que la próxima generación de aceros de alta resistencia avanzados sea aún más versátil.

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