El acero aleado es acero que se alea con una variedad de elementos en cantidades entre 1,0% y 50% en peso, generalmente para mejorar sus propiedades mecánicas .
Los aceros aleados se dividen en dos grupos: de baja y alta aleación. El límite entre ambos es controvertido. Smith y Hashemi definen la diferencia en un 4,0 %, [1] mientras que Degarmo et al. la definen en un 8,0 %. [2] La mayoría de los aceros aleados son de baja aleación.
Los aceros más simples son el hierro (Fe) aleado con (0,1% a 1%) carbono (C) y nada más (excepto ligeras impurezas); estos se llaman aceros al carbono . Sin embargo, el acero aleado abarca aceros con elementos de aleación (metálicos) adicionales. Los aleantes comunes incluyen manganeso (Mn) (el más común), níquel (Ni), cromo (Cr), molibdeno (Mo), vanadio (V), silicio (Si) y boro (B). Los aleantes menos comunes incluyen aluminio (Al), cobalto (Co), cobre (Cu), cerio (Ce), niobio (Nb), titanio (Ti), tungsteno (W), estaño (Sn), zinc (Zn), plomo (Pb) y circonio (Zr).
Los aceros aleados mejoran de diversas maneras su resistencia , dureza , tenacidad , resistencia al desgaste , resistencia a la corrosión , templabilidad y dureza en caliente . Para lograr estas propiedades mejoradas, el metal puede requerir un tratamiento térmico específico , combinado con estrictos protocolos de enfriamiento.
Aunque los aceros aleados se han fabricado durante siglos, su metalurgia no se comprendió bien hasta que la ciencia química avanzada del siglo XIX reveló sus composiciones. Los aceros aleados de épocas anteriores eran lujos costosos fabricados según el modelo de "recetas secretas" y forjados para fabricar herramientas como cuchillos y espadas. Los aceros aleados de la era de las máquinas se desarrollaron como aceros para herramientas mejorados y como aceros inoxidables recientemente disponibles . Los aceros aleados sirven para muchas aplicaciones, desde herramientas manuales y cubiertos hasta álabes de turbinas de motores a reacción y en reactores nucleares.
Debido a las propiedades ferromagnéticas del hierro , algunas aleaciones encuentran aplicaciones importantes donde sus respuestas al magnetismo son muy importantes, incluso en motores eléctricos y transformadores.
Los elementos de aleación se añaden para lograr propiedades específicas en el resultado. Los elementos de aleación pueden afectar a múltiples propiedades: flexibilidad, resistencia, conformabilidad y templabilidad. [4] Como guía, los elementos de aleación se añaden en porcentajes más bajos (menos del 5 %) para aumentar la resistencia o la templabilidad, o en porcentajes más altos (más del 5 %) para lograr propiedades como resistencia a la corrosión o estabilidad a temperaturas extremas. [2]
Los elementos de aleación tienden a formar soluciones sólidas o compuestos o carburos.
Los elementos de aleación también tienen un efecto sobre la temperatura eutectoide del acero.
Las propiedades del acero dependen de su microestructura: la disposición de las diferentes fases , algunas más duras, otras con mayor ductilidad . A nivel atómico, las cuatro fases del acero para automóviles incluyen martensita (la más dura pero más frágil), bainita (menos dura), ferrita (más dúctil) y austenita (la más dúctil). Los fabricantes de acero organizan las fases manipulando intervalos (a veces solo segundos) y temperaturas del proceso de calentamiento y enfriamiento. [9]
Los aceros TRIP se transforman bajo deformación de relativamente dúctiles a relativamente duros bajo deformación como la que se produce en un accidente de coche. Dicha deformación transforma la microestructura austenítica en microestructura martensítica. Los aceros TRIP utilizan un contenido de carbono relativamente alto para crear la microestructura austenítica. El contenido relativamente alto de silicio/aluminio suprime la precipitación de carburo en la región de la bainita y ayuda a acelerar la formación de ferrita/bainita. Esto ayuda a retener el carbono para sostener la austenita a temperatura ambiente. Un proceso de enfriamiento específico reduce la transformación de austenita/martensita durante el conformado. Los aceros TRIP suelen requerir una retención isotérmica a una temperatura intermedia durante el enfriamiento, lo que produce algo de bainita. Los requisitos adicionales de silicio/carbono requieren una modificación del ciclo de soldadura, como el uso de soldadura pulsante o soldadura por dilución. [10]
En un enfoque, el acero se calienta a una temperatura alta, se enfría un poco, se mantiene estable durante un intervalo y luego se enfría. Esto produce islas de austenita rodeadas por una matriz de ferrita más blanda, con regiones de bainita y martensita más duras. El producto resultante puede absorber energía sin fracturarse, lo que lo hace útil para piezas de automóviles como parachoques y pilares. Hay disponibles tres generaciones de acero avanzado de alta resistencia. La primera se creó en la década de 1990, aumentando la resistencia y la ductilidad. Una segunda generación utilizó nuevas aleaciones para aumentar aún más la ductilidad, pero eran caras y difíciles de fabricar. La tercera generación está comenzando a adoptarse. Los patrones refinados de calentamiento y enfriamiento aumentan la resistencia a un cierto costo en ductilidad (en comparación con la segunda generación). Se afirma que estos aceros se acercan a casi diez veces la resistencia de los aceros anteriores y son mucho más baratos de fabricar. [10]