Los AHSS actuales para automoción
Los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) son materiales complejos y sofisticados, con composiciones químicas cuidadosamente seleccionadas y microestructuras multifásicas resultantes de procesos de calentamiento y enfriamiento controlados con precisión. Se emplean varios mecanismos de fortalecimiento para lograr una gama de propiedades de resistencia, ductilidad, tenacidad y fatiga. Estos aceros no son los aceros suaves de ayer; más bien, son excepcionalmente ligeros y están diseñados para cumplir con los desafíos de los vehículos de hoy en día para cumplir con estrictas regulaciones de seguridad, reducción de emisiones, rendimiento sólido, a costos asequibles.
La familia AHSS incluye Fase Dual (DP), Fase Compleja (CP), Ferrítico-Bainítico (FB), Martensítico (MS o MART), Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP), Conformado en Caliente (HF) y Plasticidad Inducida por Hermanamiento (TWIP). Estos grados AHSS de 1a y 2a generación están calificados de manera única para satisfacer las demandas de rendimiento funcional de ciertas piezas. Por ejemplo, los aceros DP y TRIP son excelentes en las zonas de choque del automóvil por su alta absorción de energía. Para los elementos estructurales del compartimento de pasajeros, los aceros de resistencia extremadamente alta, como los aceros endurecidos a presión a base de martensítico y boro (PH), mejoran el rendimiento de seguridad. Recientemente se ha incrementado la financiación y la investigación para el desarrollo de la» tercera Generación » de AHSS. Estos son aceros con combinaciones mejoradas de resistencia y ductilidad en comparación con los grados actuales, con potencial para capacidades de unión más eficientes, a costos más bajos. Estos grados reflejarán aleaciones y microestructuras únicas para lograr las propiedades deseadas. La amplia gama de propiedades se ilustra mejor con el famoso Diagrama de Conformabilidad Global, que se muestra en la Figura 2-1 siguiente.
Los aceros con niveles de límite elástico superiores a 550 MPa se denominan generalmente AHSS. Estos aceros también se denominan a veces «aceros de ultra alta resistencia» para resistencias a la tracción superiores a 780 MPa. El AHSS con una resistencia a la tracción de al menos 1000 MPa a menudo se llama «acero GigaPascal» (1000 MPa = 1 Gpa). Tenga en cuenta otra categoría de aceros, representada en la Figura 2-1 siguiente como Acero inoxidable austenítico. Estos materiales tienen una excelente resistencia combinada con una excelente ductilidad, y por lo tanto cumplen con muchos requisitos funcionales del vehículo.
AHSS de tercera generación (tercera generación) busca ofrecer capacidades comparables o mejoradas a un costo significativamente menor. Sin embargo, debido a que son tan nuevos, todavía no hay una definición clara de lo que comprenden. Los objetivos principales en el desarrollo de aceros de tercera generación son:
- Utilice aceros con menor contenido de aleación para reducir los costes.
- Niveles mínimos de resistencia y ductilidad objetivo a 1200 MPa y alargamiento del 30%.
En este momento, no hay una fórmula pura, ya que hay varias rutas de procesamiento diferentes disponibles para los productores de acero para lograr grados y propiedades de 3ra generación. Además, los Nano aceros se clasifican como de 3ra Generación, pero está bajo discusión en la industria, como se puede imaginar. Los objetivos se establecieron en el proyecto del Instituto de Ingeniería Computacional y Matemática (ICME). Una presentación dada en el Instituto de Desarrollo del Mercado del Acero 2017 Great Designs in Steel resume este proyecto. Nuestros colegas del Instituto de Desarrollo del Mercado del Acero y Auto/Steel Partnership también están trabajando en el desarrollo de una nomenclatura común para los aceros. La mayoría sigue la nomenclatura de especificación de VDA. Además, General Motors Company ha desarrollado una especificación para AHSS (que incluye AHSS de 3ra generación) que se está revisando. Así que manténgase atento a este desarrollo, ya que planeamos abordar esto en la próxima versión de las Directrices de AHSS, que se lanzará en 2020.
Definiciones de acero
Los aceros para automóviles se pueden clasificar de varias maneras diferentes. Una es una designación metalúrgica que proporciona información sobre el proceso. Las designaciones comunes incluyen aceros de baja resistencia (aceros libres de intersticio y aceros suaves); HSS convencionales (aceros al carbono-manganeso, endurecibles al horno y de alta resistencia,de baja aleación); y el nuevo AHSS (fase dual, plasticidad inducida por transformación, plasticidad inducida por hermanamiento, ferrítico-bainítico, fase compleja y aceros martensíticos). Los aceros de mayor resistencia adicionales para el mercado automotriz incluyen aceros moldeados en caliente, postformados tratados térmicamente y aceros diseñados para aplicaciones únicas que incluyen estiramiento de bordes mejorado y doblado de estiramientos.
Un segundo método de clasificación importante para los diseñadores de piezas es la resistencia del acero. Por lo tanto, este documento utilizará los términos generales HSS y AHSS para designar todos los aceros de mayor resistencia. Este sistema de clasificación tiene un problema con el desarrollo en curso de los muchos grados nuevos para cada tipo de acero. Por lo tanto, un acero DP o de disparo puede tener grados de resistencia que abarcan dos o más rangos de resistencia.
Un tercer método de clasificación presenta varias propiedades mecánicas o parámetros de formación de diferentes aceros, como el alargamiento total, exponente de endurecimiento de trabajo (valor n) o relación de expansión de orificios (λ). A modo de ejemplo, la Figura 2-1 compara las elongaciones totales, una propiedad del acero relacionada con la conformabilidad, con la resistencia a la tracción de los tipos actuales de acero. Estas propiedades son importantes para las operaciones del taller de rotativas y los análisis de conformado virtual.
Diagrama de Ductilidad de resistencia de acero para los grados actuales de AHSS (incluye una comparación de aceros tradicionales de baja resistencia y alta resistencia)
La principal diferencia entre el HSS convencional y el AHSS es su microestructura. Los HSS convencionales son aceros ferríticos monofásicos con potencial de perlita en aceros C-Mn.. Los AHSS son principalmente aceros con una microestructura que contiene una fase distinta de ferrita, perlita o cementita, por ejemplo, martensita, bainita, austenita y/o austenita retenida en cantidades suficientes para producir propiedades mecánicas únicas. Algunos tipos de AHSS tienen una mayor capacidad de endurecimiento por deformación, lo que resulta en un equilibrio de resistencia-ductilidad superior a los aceros convencionales. Otros tipos tienen un rendimiento y resistencia a la tracción ultra altos y muestran un comportamiento de endurecimiento al horno.
Dado que la terminología utilizada para clasificar los productos de acero varía considerablemente en todo el mundo, este documento utiliza el formato WorldAutoSteel para definir los aceros. Cada grado de acero se identifica por tipo metalúrgico, límite elástico mínimo (en MPa) y resistencia a la tracción mínima (en MPa). Por ejemplo, DP 500/800 significa acero de doble fase con un límite elástico mínimo de 500 MPa y una resistencia a la tracción final mínima de 800 MPa. El programa ULSAB-AVC utilizó por primera vez este sistema de clasificación.
Metalurgia de AHSS
Los fabricantes y usuarios de productos de acero generalmente entienden la metalurgia fundamental de los aceros convencionales de baja y alta resistencia. Sección 2.B. proporciona una breve descripción de estos tipos de acero comunes. Dado que la metalurgia y el procesamiento de los grados AHSS son algo novedosos en comparación con los aceros convencionales, se describen aquí para proporcionar una comprensión básica de cómo sus notables propiedades mecánicas evolucionan a partir de su procesamiento y estructura únicos. Todos los AHSS se producen controlando la química y la velocidad de enfriamiento de la fase de austenita o austenita más ferrita, ya sea en la mesa de desviación del molino en caliente (para productos laminados en caliente) o en la sección de enfriamiento del horno de recocido continuo (productos recocidos continuamente o recubiertos en caliente). La investigación ha proporcionado combinaciones químicas y de procesamiento que han creado muchos grados adicionales y propiedades mejoradas dentro de cada tipo de AHSS.
Para obtener más información acerca de esta familia única de aceros avanzados, descargue las Directrices de aplicación de Aceros Avanzados de Alta Resistencia aquí, de forma gratuita.