Page 20 - MetalForming Magazine Mexico Invierno 2023

La ciencia de la formación Por Daniel J. Schaeffler, Ph.D.
Aceros de Alta Resistencia Formables, Parte 1: Aceros HSLA y Aceros Templables por Horneado
Existen muchas opciones para incrementar la resistencia y dureza del acero. La opción
menos costosa es usar un tipo con más carbono, manganeso u otros elementos de aleación. Con ciertas aleaciones usted puede calentarlo y sofocarlo, parecido a cuando se producen engranes. Aplicando un enfoque difer- ente a la adición de elementos de aleación, la carbonización o la nitru- ración funcionan para incrementar la dureza de la superficie.
En la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, sin embargo, la resisten- cia no es el único parámetro impor- tante.
Por ejemplo, los aceros estructurales son también conocidos como aceros de manganeso –carbono (C-Mn), debido a que la resistencia proviene principalmente de estos dos elementos de aleación. Añadir carbono o man- ganeso adicional continúa aumentan- do la resistencia, pero al rebasar cierto nivel, el acero experimenta una signi- ficativa reducción de ductilidad, de formabilidad y de soldabilidad. La adi-
Danny Schaeffler, tiene 30 años de experiencia en materiales y aplica- ciones, es co - fundador de 4M Partners, LLC y fundador y presidente de Engineering Quality Solu- tions (EQS). EQS brinda asistencia para aplica- ciones de producto a compañías de materiales
y de manufactura; 4M enseña los fundamentos y detalles prácticos sobre las propiedades de mate- riales, tecnologías de conformados, procesos y solución de problemas necesarios para conformar componentes de alta calidad. Schaeffler, quien también trabajó 10 años en la empresa LTV Steel Co., obtuvo su título en Ciencias de Materiales e Ingeniería en la Universidad Johns Hopkins en Bal- timore, MD, y sus títulos de Maestría en Ciencias y Doctorado de Filosofía en Ingeniería de Materiales en la universidad Drexel en Filadelfia, PA.
Danny Schaeffler
Tel. 248/667-8335
Correo-e: ds@eqsgroup.com o Danny@learning4m.com
ción de otros elementos como el cromo, el molibdeno y el silicón tam- bién incrementa la resistencia, pero creará los mismos desafíos que los aceros C-Mn con un mayor costo.
Típicamente, estas limitaciones restringen la resistencia a la deforma- ción de estos tipos a no más de aprox- imadamente 280 MPa.
Durante la mayor parte del siglo 20, ese umbral satisfizo la mayoría de las aplicaciones automotrices. Cuando las piezas requerían de mayor volumen, los fabricantes usaban lámina más gruesa. Luego, con la aprobación de la Ley Federal de Aire Limpio y la Ley de Seguridad en Carreteras (Federal Clean Air Act and the Highway Safety Act) en 1970, seguidas por la crisis petrolera de 1973, las OEMs automotri- ces empezaron a poner en la balanza las preocupaciones sobre la reducción de peso y su asociación con la eficien- cia en el uso de combustibles. En 1975, usando diseños de carrocerías anteri- ores a la crisis petrolera, el automóvil familiar promedio pesaba 3900 lb. y contenía menos del 4 por ciento de acero de alta resistencia. Aunque el peso de un vehículo nacional durante los 45 años previos fluctuaba (ver grá- fica ilustrativa), el contenido de aceros de resistencia media y alta continuó incrementándose.
Los años de 1960 vieron el desarrollo de aceros de alta resistencia de baja aleación (HSLA), inicialmente enfoca- dos para uso en gasoductos y oleoduc- tos de grandes diámetros. Las líneas de estos ductos requerían de más alta resistencia para resistir las grandes pre- siones necesarias para una transmisión eficiente, una robustez aumentada para soportar la instalación y su uso en ambientes hostiles, como el oleoducto de Alaska, y, debían contar con buena soldabilidad que sería provista por una equivalencia baja en carbono. Cuando
se inició la construcción del oleoducto de Alaska en 1969, el tipo de mayor resistencia de HSLA disponible tenía una resistencia a la deformación de aproximadamente 420 MPa y una fuerza de tensión de aproximadamente 520 MPa. En tanto que los aceros en estos ductos eran en algunos casos de un espesor superior a los 10 mm, para un uso más amplio en la industria automotriz en la fabricación de carro- cerías, las acereras necesitaban pro- ducir bobinas de lámina de acero de 1 a 3 mm de espesor.
Química HSLA
Como todos los aceros, los aceros HSLA consisten principalmente de hierro. Las adiciones típicas de aleación para una resistencia de solución sólida incluyen hasta un 2 por ciento de man- ganeso y cantidades más pequeñas de cromo, silicón, níquel, molibdeno, cobre y nitrógeno.
Los aceros HSLA incluyen también adiciones de micro aleaciones de vana- dio, niobio y titanio, usados individ- ualmente (típicamente inferiores al 0.1 por ciento por peso) o combinados (típicamente inferiores al 0.2 por ciento por peso). Estas adiciones de micro aleaciones forman carbones, nitruros o carbo - nitruros responsables de la resistencia por precipitación y refi- namiento del grano, lo que conlleva hacia mejoras en la resistencia y en la dureza.
Los aceros HSLA contienen típica- mente 0.05 - a 0.2 por ciento de car- bono. Un menor contenido de carbono y menor contenido de aleación conll- evan a una ductilidad, dureza y sold- abilidad aumentadas en comparación con tipos que logran su resistencia a partir de solo una solución sólida, como los aceros C-Mn, o de aleaciones, como el cromoli (AISI/SAE 4130). Una aleación menor y la eliminación de
18 MetalForming/Invierno 2023
www.metalformingmagazine.com/espanol