Noticiencias

La evolución del acero

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Maritza Barrera S. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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La fabricación de las carrocerías de automóviles ha ido variando, a lo largo del tiempo, el tipo de acero que se utiliza. Según han ido evolucionando las técnicas de embutición y de ensamblaje, lo han hecho también los tipos de acero  utilizados en las carrocerías han ido evolucionando hasta el punto que estas aleaciones han pasado de tener una resistencia mecánica que no llegaba a los 200 MPa en sus orígenes, hasta alcanzar en la actualidad una resistencia cercana a los 2.000 MPa en determinadas piezas, como se muestra en la Figura 1.

Inicialmente las carrocerías eran de aceros convencionales, aceros dulce no aleados con bajo contenido en carbono y laminados en frio, aceros con una gran capacidad de embutición, a los que era fácil de darles la forma adecuada a la pieza aunque con unos espesores considerables al tener el material una resistencia no muy elevada. Las prensas de embutición en sus orígenes no tenían la tecnología ni la potencia que tienen actualmente, por lo tanto los aceros para poderles dar la forma diseñada debían ser menos resistentes. Así mismo, era necesario unir las piezas entre ellas por soldadura, y esta técnica tampoco estaba tan modernizada en sus orígenes.

Mucho tiempo ha pasado desde que se fabricó la primera carrocería completamente en acero en  1934  y  desde  entonces  los  tipos  de  aceros  utilizados  en  el  automóvil  han  ido evolucionando  hasta  nuestros  días  y  cada  vez  a  mayor  velocidad,  destacando  la evolución de las aleaciones de acero sobre todo en las piezas estructurales. Los fabricantes de automóviles siempre han buscado en sus diseños mejorar la seguridad de los ocupantes y además aligerar el peso de la carrocería para de ese modo disminuir su consumo y sus emisiones. Por este motivo, se han ido modificando los tipos de acero, y sus aleaciones, utilizados en las piezas de la carrocería del automóvil,  de  forma  que  se  pudieran  fabricar  con  espesores  cada  vez  menores,  lo  cual derivaba en un menor peso, teniendo en cuenta que para ello el material debía ser más  resistente,  así  como  que  también  era  importante  la  geometría  de  cada  pieza y  como  colaboraban  cada  una  de  las  piezas  en  resistir  los  esfuerzos  tanto  estáticos y dinámicos como los debidos a una colisión.

Más adelante, aparecieron los aceros de alta resistencia (aceros BH, aceros microaleados y aceros Refosforados). Los aceros microaleados que conseguían que aunque tuvieran una resistencia similar a aceros convencionales, su límite elástico fuera más elevado, obteniendo de esta forma un material que una vez ensamblado necesitaba un mayor esfuerzo para provocar en él una deformación permanente, es decir podía tener un espesor ligeramente menor que para un acero convencional. Los aceros endurecidos por horneado (BH - Bakenhardening), se utilizan fundamentalmente en la panelería exterior. Estos aceros tienen una gran embutibilidad y una vez se le ha dado la forma se endurecen al pasar por los hornos de pintura. Los aceros refosforados contienen fósforo hasta un 0,12%, tienen buena aptitud para la conformación por estampación con un buen nivel de resistencia. Debido a la necesidad de crear estructuras más¿resistentes, sobre todo frente a colisiones laterales, se diseñaron los aceros de muy alta resistencia (aceros DP, CP y TRIP). Los aceros TRIP (Transformation-induced plasticity) son aceros multifásicos y por ejemplo se utilizan para los refuerzos de pilar B. Los aceros DP, (Dual Phase) presentan buena capacidad para la absorción de energía de colisión. Los aceros CP, (Complex phase) tienen un bajo contenido en carbono (<0.2%) se caracterizan también por una elevada absorción de energía. Más recientemente, se crearon los aceros de ultra alta resistencia, AHSS (advanced high-strength steel),dentro de los cuales están los aceros MS y aceros BOR estampados en caliente. Estos aceros han provocado un gran avance en la búsqueda de la reducción del peso de la carrocería y se utilizan en la actualidad en un gran número de piezas estructurales. Los aceros BOR al boro (MnB+HF) estampados en caliente, tienen un contenido en boro de hasta un 0.005% y tienen una resistencia muy elevada, aunque su deformación es limitada. Los Aceros martensíticos (MS) presentan una microestructura compuesta básicamente de martensita y alcanzan unos límites elásticos muy elevados. Se utilizan en piezas estructurales. Y finalmente, siguen apareciendo generaciones actualizadas de estos aceros de ultra alta resistencia con todavía mayor resistencia y mejor alargamiento, como los Aceros TWIP (twinning-induced plasticity), que son la segunda generación de los AHSS y tienen un alto contenido en manganeso (17-24%), combinan una resistencia extremadamente alta con una capacidad de estiramiento extremadamente alta. Se utilizan por ejemplo en las barras anti intrusión de puertas.
 



Figura 1.- Gráfico que refleja la resistencia a la tracción y el alargamiento de los diferentes aceros utilizados en la fabricación de automóviles[1]

Referencia:
[1] Casajús, L., Tipos de acero utilizados en las carrocerías de automóviles a lo largo de la historia, N° 76 - Abril / Junio 2018, www.centro-zaragoza.com
Bibliografía:
- Revista Acero Latinoamericano, Asociación Latinoamericana del Acero (Alacero), CL ISSN 0034-9798, Número 560, Enero – Febrero de 2017
- Acero para un futuro sostenible, ArcelorMittal, España 2014








Difracción de Rayos X en Materiales Metálicos Solidificados y Laminados

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Ervis Díaz. N. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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La Difracción de Rayos X (DRX) es una técnica muy versátil que se caracteriza por ser de alta tecnología y no destructiva, para el análisis de una amplia gama de materiales cristalinos como fluidos, metales, minerales, polímeros, catalizadores, plásticos, entre otros.

La DRX se fundamenta físicamente en la ley de Bragg, el cual enuncia que si se hace incidir radiación x de longitud de onda (λ) conocida y se hace un barrido del ángulo de difracción (θ), se puede determinar el conjunto de espaciamientos interplanares (d) característico de la sustancia cristalina analizada.

 



Figura 1: Interacción de Rayos X con una Sustancia Cristalina, según modelo de Bragg

El método analítico de la DRX mas aplicado en la actualidad es el método de polvos cristalinos, el cual consiste en irradiar con Rayos X una muestra pulverizada formada por multitud de cristalitos colocados al azar en todas las direcciones posibles, este método es el único procedimiento de DRX que permite abordar el estudio cristalográfico de las especies que no se presentan, o no es posible obtener, en forma de monocristales.

Este método puede ser aplicado también a materiales solidificados/tratados térmicamente, sin necesidad de pulverizar, dado que estos materiales presentan una estructura granular en la que cada grano representa un cristalito, permitiendo la identificación de las fases que componen dichos granos. Esta consideración aporta contribuciones a los estudios de aceros al carbono, aceros inoxidables, aceros laminados y otros tipos de metales, logrando identificar incluso orientaciones preferidas en caso de los aceros laminados.

Basándose en dicha consideración se logró estudiar aceros de alta aleación, como por ejemplo muestras de aceros resistentes al calor ASTM A297 HH, el cual se muestra en la figura 2, logrando una identificación preliminar de sus fases como las soluciones sólidas de Fe-Cr-Ni, para posteriormente complementar con otras técnicas como Microscopía Óptica y Microscopía Electrónica de Barrido

La técnica de DRX permitió también el estudio de muestras de aceros laminados y recocidos, en la que se logró corroborar que debido a la deformación que produce la laminación en frío en su dirección de laminación, se genera durante el proceso de recocido un crecimiento preferencial de los granos en dicha dirección de laminación, tal como se puede evidenciar en la figura 3, en la que se identificó un crecimiento preferido en las direcciones 211 y 002, siendo lo habitual en este tipo de material (Ferritico) que predomine la dirección 011.

Las aplicaciones de la técnica en este tipo de materiales continúan desarrollándose, con estudios de variables de método y propias del material las cuales afectan la resolución de los patrones, con la finalidad de obtener los mejores resultados del patrón para una identificación más precisa de las fases presentes.


 

 

Figura 2: Patrón de DRX de Muestra de Acero Resistente al Calor - HH

 



 

 

Figura 3: Patrón de DRX de Muestra de Acero Laminado y Recocido


Referencias:

[1] Universidad de Alicante. (S/f). Difracción de Rayos X. Agosto 21, 2017, de Servicios Técnicos de Investigación Sitio web: https://sstti.ua.es/es/instrumentacion-cientifica/unidad-de-rayos-x/difraccion-de-rayos-x.html
[2] Hammond, C.. (S/I). The Basics of Crystallography and Difraction. IUCr: Oxford Science Publications.



Análisis térmico

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Willian B.
Instituto de Investigaciones Metalúrgica y de Materiales de Sidor, Ciudad Guayana. Venezuela.
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Tanto en la metalurgia como en la siderurgia una las propiedades más importantes de los materiales y objeto de estudio, sin lugar a dudas, son las temperaturas a la cual ocurren las transformaciones características de cada material, para ello se han desarrollado diversos métodos que permiten determínalas. En la actualidad se están aplicando nuevas técnicas que permiten tener un resultado muy exacto, confiable y en muy poco tiempo de las propiedades de los materiales cuando estos son sometidos a regímenes de temperatura en los cuales puede ocurrir una descomposición del material en las que se generan reacciones endotérmicas o exotérmicas, en este caso estamos hablando de Análisis Térmico (TA) que es un conjunto de técnicas analíticas que estudian el comportamiento térmico de los materiales. La Confederación Internacional de Análisis Térmico y Calorimetría (ICTAC) define como Análisis Térmico “el estudio de la relación entre una propiedad de la muestra y su temperatura a medida que la muestra se calienta o enfría de manera controlada”.


Como es bien sabido el conocimiento de la estabilidad térmica de un material, así como la completa caracterización de sus transiciones, es de primordial interés en los materiales con potenciales aplicaciones industriales, por tal motivo en el Instituto de Investigaciones Metalúrgica y de Materiales de Sidor, se instala un equipo para análisis térmico MARCA NETZSCH, MODELO STA 449 F5 Jupiter®, ver figura 1, en el cual se pueden realizar de manera simultánea dos de las técnicas de análisis térmicos más usuales como lo son la Termogravimetría (TG) y la Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC) lo que permite la obtención de más información en una sola muestra lo cual se traduce a bajos costos de ensayos debido al ahorro de tiempo tanto en horas hombre como horas equipo, con los datos obtenidos y el apoyo en otras técnicas que sirven como soporte se podrá conocer mejor el comportamiento de materiales al someterlos a calor, así como al desarrollo y diseño de mejores productos.

¿Qué es Termogravimetría (TG) o Análisis Termogravimétrico (TGA)?
Es una técnica en la que la masa de la muestra es monitoreada en función del tiempo o de la temperatura, cuando la temperatura de la muestra sigue cierto programa, en una atmósfera específica.

¿Qué se puede determinar por TGA?
Es posible determinar cambios en la masa, estabilidad de la temperatura, comportamiento de oxidación / reducción, descomposición, estudios de corrosión, análisis composicional, termocinética. En la figura 2 se muestra la evaluación del análisis de un carbón estándar ASTM. La medición se realiza en nitrógeno hasta el primer segmento isotérmico a 900 ° C, y luego se cambia automáticamente a oxígeno para el segmento final.

¿Qué es la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC)?
Es una técnica que permite medir la diferencia de energía suministrada a una sustancia o un material de referencia, en función de la temperatura mientras la sustancia o el material se someten a una programación controlada de temperatura. La DSC es una técnica cuantitativa que permite obtener información de la temperatura a la cual tiene lugar el cambio energético en estudio y del calor involucrado en el proceso (Cp, ΔHf, ΔHc).

¿Qué se puede determinar por DSC?
Por medio de esta técnica podemos determinar el comportamiento de fusión / cristalización, transiciones sólido-sólido, polimorfismo, grado de cristalinidad, transiciones vítreas, reacciones de entrecruzamiento, la estabilidad oxidativa, determinación de pureza, transición de Curie, termocinética. Un ejemplo de esto es el estudio de la temperatura a la cual ocurre la transformación de goethita a hematita (transiciones sólido-sólido), ver figura 3.


Referencias:

http://www.ictac.org/index.html, DOI 10.1515/pac-2012-0609
https://www.netzsch-thermal-analysis.com/es/productos-soluciones/termogravimetria-simultanea-calorimetria-de-barrido-diferencial/sta-449-f5-jupiter/




Figura 1. Equipo STA 449 F5 Jupiter®

 

 Figura 2. El TGA para evaluar la calidad del carbón y el coque.
Fuente: Riesen R.. Análisis termogravimétrico rápido de carbón. Usercom14. 2001. Pag, 18-19

 




Figura 3. Resultados DSC de muestras de goethita (diferentes tamaños de partículas) en
atmósfera de nitrógeno a presión ambiente.
Fuente: D. Walter and E. Füglein. High-pressure DSC investigations of the transformation goethite to hematite.



Microespectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIRM) como herramienta para el estudio de materiales Siderúrgicos Venezolanos

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Castillo G., Jennifer N. y Mujalli, Gisela.
(sirit9, sirmug) @sidor.com
IIMM, SIDOR C.A

La microespectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIRM) es una técnica que ha cobrado auge en el ámbito de materiales. Ésta es el resultado de la unión de la espectroscopia de infrarrojo (FTIR) con la microscopia óptica. SIDOR C.A en su constante desarrollo dispone de esta técnica que permite analizar muestras muy finas o películas delgadas (<50 µm) que facilitan y amplian su uso, como se  ilustra en la Figura 1.

La imagen óptica generada por el equipo permite delimitar un área de la muestra de estudio y se usa la radiación infrarroja para detectar los movimientos vibracionales de los grupos moleculares presentes en la misma. En el Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales, IIMM de SIDOR C.A se desarrollan con esta técnica nuevos protocolos de ensayo mediante el uso del accesorio ATR mapping, útil para la identificación de compuestos en una matriz compleja en la que los espectros individuales pueden limitar las caracterizaciones debido a la superposición de bandas. Esta función permite el mapeo multipunto automatizado, el mapeo de líneas y el análisis por imágenes IR de un área microscópica con una etapa de muestreo manual y un detector de elemento único. El sistema de microscópio escanea automáticamente los puntos o el área especificados, recopilando rápidamente un espectro completo de cada punto sin mover la muestra.

Se ha demostrado el aporte brindado por la técnica FTIRM en la identificación de la estructura química en los defectos superficiales en productos planos laminados en frío y revestidos, tales como manchas por emulsión, óxidos por humedad, minidesgarre, mancha blanquecina y punto marrón, profundizando en su conformación y causa raíz.[1]  En la Figura 2,  se ilustra la aplicación de la herramienta ATR mapping en el análisis de defectos superficiales de  manchas blanquecinas en material Hoja Cromada donde se identifica  la presencia de enlaces carbono-hidrógeno (C-H), asociados a trazas de hidrocarburos remanente y contaminantes salinos provenientes de una solución contaminada.

Actualmente, se hace uso de la Microespectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIRM) para la caracterización de la Hoja Estañada asociada a un Proyecto de Investigación en el que se está estudiando el comportamiento de la capa de pasivación en el tiempo de gran importancia en la industria siderúrgica.

Referencia:
[1] Danglad J., Mujalli G. Mauco S., Villamizar M.  Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier en el estudio de defectos superficiales de productos laminados en frío. Informe Técnico IM-5B-14. SIDOR, C.A., Puerto Ordaz, Venezuela.

Figura 1. Microespectroscopio de infrarrojo modelo Hyperion 2000.

Figura 2. Espectroscopía y mapas espectrales químicos de la superficie afectada por mancha blanquecina en material de hoja cromada.

Reciclaje de Madera, Beneficio al Ecosistema

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Maritza Barrera, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela
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Las selvas y los bosques son una parte vital del ecosistema. Una vez empleada la madera, sea en la construcción, en la fabricación de mobiliarios, en envases, paletas, juguetes, etc., al terminar su vida útil se considera residuo, por lo que caben tres posibilidades; eliminación, recuperación o reciclado. El reciclaje de la madera que consumimos se hace tan necesario que, con él, contribuimos a la conservación de la vida en la Tierra. El reciclaje de madera es uno de los más limpios y económicos de todos los tipos de reciclaje. Sin necesidad de dar ningún tratamiento previo, todo el proceso está formado por medio físicos y maquinaria.

La madera que puede ser reciclada proviene principalmente de las industrias y, en menor medida, de los hogares. Las industrias desechan residuos de madera tales como paletas (rotas o no), bobinas de madera, mobiliario, madera aglomerada, cajas, recortes, virutas, aserrín, poda, etc. De los hogares la mayor parte de los residuos suelen venir de muebles rotos.

Las principales vías para reciclar o recuperar la madera son:

- Triturar y fabricar con ella tableros de aglomerado: Esta es la principal vía de reciclar la madera, entre el 80% y el 90% de la madera recuperada se usa en la fabricación de tableros de aglomerados. Para producir una tonelada de aglomerado se necesitarían seis árboles; gracias al reciclaje de madera, no es necesario talar ninguno. El mercado de las placas de aglomerado de madera ha registrado una tendencia creciente en cuanto a la capacidad de producción de las empresas fabricantes, y el mercado sudamericano es uno de los más dinámicos en los últimos años. Estos aglomerados tienen diversos usos en el área de construcción de diversos muebles (Ver Figura 1)









Figura 1. Reciclaje de madera en la fabricación de muebles con tableros aglomerados

- Fabricar directamente muebles para ser usados en casas, oficinas, comercio: Este es el principal uso que se le da a las paletas usadas y descartadas en los procesos productivos. (Ver Figura 2)




- Utilizar la madera recogida como fuente energética controlada y limpia: La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética y abarca un amplio conjunto de materias orgánicas.. El aprovechamiento energético de la biomasa residual supone la obtención de energía a partir de los residuos de madera, los residuos agrícolas, etc. Su capacidad para la generación de calor es valorada y reconocida como una opción rentable y eficaz, ya sea para su aplicación en usos residenciales o como parte de procesos industriales.

- Para compost, en la construcción del contenedor o conversión de la madera en compost: Por último y no menos importante en el compostaje que es un proceso de transformación de la materia orgánica para obtener compost, un abono natural. Esta transformación se puede llevar a cabo en cualquier casa sin ningún tipo de mecanismo, ningún motor ni ningún gasto de mantenimiento. Los residuos orgánicos (restos de comida, residuos de poda, etc.) que son separados del flujo de residuos sólidos urbanos, son dispuestos al aire libre con el objetivo de realizar por medios biológicos la transformación de estos para lograr un material fino con gran proporción de humus llamado abono orgánico o compost.

Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales renovables y no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales reciclados, disminuye el consumo de energía y se afecta de forma positiva el ecosistema.


Referencias:

1. http://www.masisa.com/ven/productos/tableros/
2. http://www.lavoz.com.ar/casa-diseno/rusticos-sustentables-y-modernos
3. Estudio del Impacto Macroeconómico de las Energías Renovables en España, Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA), España, 2012, www.appa.es

Siderúrgica del Orinoco Alfredo Maneiro
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