Acero fino: resistente y seguro
Un material fabricado a partir de unos pocos componentes fácilmente disponibles es muy resistente a la tensión y, sin embargo, muy maleable.
Los desarrolladores de aceros han tenido que elegir hasta ahora: O bien aumentan la resistencia a la tracción del material y suelen aceptar que su material se vuelva relativamente quebradizo. O se basan en que el acero puede estirarse mucho y absorber así mucha energía en un accidente, por ejemplo, en cuyo caso la resistencia se resiente. Si quieren optimizar ambas propiedades, hasta ahora han tenido que mezclar en el acero muchos elementos, a menudo caros y poco disponibles, y procesarlo de forma compleja. Ahora, un equipo internacional, que incluye científicos del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro, ha encontrado una salida al dilema. Han desarrollado un acero que contiene unos pocos elementos relativamente fáciles de conseguir y que es a la vez muy resistente y deformable. El material puede absorber el doble de energía que los aceros utilizados habitualmente en la actualidad, por lo que podría emplearse en automóviles, por ejemplo.
Resistencia a la tracción de los dos aceros con martensita estructurada (aleaciones de forja A y B) en comparación con otros aceros de ultra alta resistencia.
© Science, Volume 379, Issue 6628
Vehículos, edificios, infraestructuras... todo es inimaginable sin el acero. Sin embargo, el acero utilizado debe tener propiedades muy diferentes en función de la aplicación. Por eso hay unos 2.500 tipos de acero en el mercado, y constantemente se desarrollan nuevos o se optimizan los existentes. En la actualidad, los científicos de materiales intentan optimizar tres propiedades en particular: Sostenibilidad, resistencia y conformabilidad. Al mismo tiempo, tienen que tener en cuenta los costes de fabricación y la aplicabilidad industrial de los aceros desarrollados y abstenerse de elementos de aleación críticos, es decir, desarrollar aleaciones químicamente ligeras que se conformen con elementos baratos y más sostenibles. Un equipo de investigadores, principalmente de la Universidad Northeastern de China y del Instituto Max Planck de Investigación del Hierro de Düsseldorf (Alemania), ha utilizado ahora un nuevo método para mejorar las propiedades de los aceros al manganeso medio, que contienen relativamente poco manganeso caro pero no suelen alcanzar niveles óptimos de resistencia a la tracción y ductilidad. El equipo publicó los últimos resultados en la revista Science.
"Los aceros de ultra alta resistencia se utilizan, por ejemplo, en componentes relevantes para la seguridad en centrales eléctricas, aviones, plantas industriales o carrocerías de automóviles. Allí, los aceros tienen que ser resistentes, pero al mismo tiempo deben ser capaces de absorber una gran cantidad de energía en caso de deformación", explica Dierk Raabe, director del Instituto Max Planck de Investigación del Hierro. "Cuanta más energía se absorba, más se suaviza el impacto y los ocupantes permanecen protegidos". Sin embargo, la resistencia y la ductilidad, es decir, la deformabilidad que influye en la capacidad de absorción de energía, sólo pueden combinarse hasta cierto punto. Los llamados aceros martensíticos alcanzan una resistencia muy elevada de dos gigapascales, se pueden procesar bien y se utilizan, por ejemplo, para herramientas termoestables. Sin embargo, son relativamente frágiles, es decir, no se estiran bien, y contienen elementos de aleación caros y de disponibilidad limitada, menos sostenibles, como cobalto, níquel, molibdeno o titanio. Los aceros de doble fase, por su parte, consisten esencialmente en un componente que puede formarse bien, pero contienen islas de un material llamado martensita, que aumenta la resistencia. Por lo tanto, estos aceros tienen una resistencia similar pero pueden estirarse más de un 15%. Sin embargo, su procesamiento es complicado y, por tanto, costoso, y se deforman irregularmente. Todos los aceros ultrarresistentes utilizados tienen algo en común: su estructura de martensita no está específicamente estructurada a nivel micro. Aunque la microestructura aumenta la resistencia, reduce la ductilidad del material debido a la falta de estructura.
El procesado optimiza la microestructura
"Nuestra estrategia de diseño aborda exactamente este punto débil: la estructura de la martensita. Mediante forja múltiple, tratamiento en condiciones criogénicas y temple y revenido, pudimos activar numerosos micromecanismos que refuerzan el material y lo hacen más dúctil", explica Raabe. Así, el nuevo acero al manganeso medio alcanza una resistencia a la tracción de 2,2 gigapascales y aún puede estirarse un 20%.
Los científicos analizaron cómo afectan los distintos pasos de procesamiento a la estructura del material y qué orden resulta a nivel atómico con ayuda de microscopía electrónica de transmisión y barrido, así como tomografía de sonda atómica. Según los resultados, el procesado modifica la microestructura del material, por un lado, y provoca su plegado en forma de láminas, por otro. "La estructura laminar recuerda a la del típico acero de Damasco, que gana resistencia plegando y combinando distintas aleaciones de hierro", explica Raabe. El nuevo acero, en cambio, sólo contiene una aleación, pero presenta un orden jerárquico similar en su estructura. La microestructura especial se puede dar al material con procesos industriales comunes. Por ello, el equipo intentará ahora hacer otras aleaciones más resistentes y dúctiles mediante este tipo de procesamiento.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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