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Materiales de construcción resistentes y ligeros
ResumenEl acero es el material central de las sociedades industrializadas, con más de 1.800 millones de toneladas producidas al año. Sin embargo, las estructuras que contienen acero se deterioran debido a la corrosión, destruyendo anualmente el 3,4% (2,5 billones de dólares) del producto interior bruto mundial. Además de esta enorme pérdida de valor, una solución al problema de la corrosión con un impacto medioambiental mínimo también permitiría mejorar la longevidad del producto, lo que supondría una inmensa contribución a la sostenibilidad. En este artículo, informamos de un avance hacia este objetivo mediante el desarrollo de una nueva familia de aceros inoxidables de baja densidad con una resistencia ultra alta (> 1 GPa) y una alta ductilidad (> 35%). Las aleaciones se basan en el sistema Fe-(20-30)Mn-(11,5-12,0)Al-1,5C-5Cr (en peso) y están reforzadas por dispersiones de κ-carburo de tipo Fe3AlC de tamaño nanométrico. La aleación con Cr mejora la ductilidad sin sacrificar la resistencia, al suprimir la precipitación del κ-carburo y estabilizar así la matriz de austenita. La formación de una película protectora de óxido rica en Al en la superficie confiere a las aleaciones una extraordinaria resistencia a la corrosión por picadura, similar a la de los aceros inoxidables ferríticos. La nueva clase de aleación tiene, por tanto, el potencial de sustituir a los aceros inoxidables comerciales, ya que tiene una resistencia mucho mayor con una conformabilidad similar, una densidad de masa un 17% menor y un menor impacto medioambiental, lo que la cualifica para las exigentes piezas estructurales ligeras, resistentes a la corrosión y de alta resistencia.
Materiales ligeros y resistentes
La construcción ligera es un tema candente desde hace años. Sin embargo, aunque la construcción ligera suele dar lugar a mayores reducciones de peso que las que podría conseguir una mera sustitución de un material, en la práctica los diseñadores intentan utilizar materiales diferentes en la construcción ligera. Pero un simple intercambio de materiales no es una solución satisfactoria, porque otro material suele requerir un diseño diferente (por ejemplo, más espacio de instalación o radios diferentes) y/o una producción, por ejemplo, una tecnología de conformación, conformación original o unión.
En primer lugar, llama la atención que para el aluminio y el magnesio exista un proceso competitivo para la producción de perfiles y tubos, es decir, componentes orientados longitudinalmente, que no se utiliza industrialmente para el acero: la extrusión.
El material más fuerte y ligero del mundo
Las actividades de investigación y desarrollo de materiales ligeros del Laboratorio Nacional de Oak Ridge se centran en el desarrollo y la validación de materiales avanzados y tecnologías de fabricación para reducir significativamente el peso de los vehículos ligeros y pesados sin que se vean afectados. También permite que los coches lleven equipos avanzados de control de emisiones, dispositivos de seguridad y sistemas electrónicos integrados sin que sean más pesados. Los materiales ligeros
Material ligero y resistente barato
La historia de la mejora de la protección al tiempo que se reduce el peso del blindaje ha sido un notable éxito de los materiales. A lo largo del último medio siglo, las nuevas opciones de materiales como la cerámica, los polímeros y las fibras poliméricas, así como los metales de menor densidad, han reducido considerablemente el peso del blindaje necesario para la protección del personal y de los vehículos. La figura 1-2 del capítulo 1 ilustra las revolucionarias reducciones de la densidad de área del blindaje de los vehículos a medida que se ha ido disponiendo de materiales avanzados, empezando por el blindaje homogéneo laminado y avanzando hasta los complejos sistemas compuestos. También se han producido avances similares en los materiales ligeros para la protección del personal. Como se describe en el capítulo 2, los sistemas de blindaje se diseñan y fabrican utilizando combinaciones adecuadas de cerámicas, metales, polímeros, fibras y materiales compuestos para satisfacer los requisitos específicos de las amenazas. La elección de los materiales, así como su geometría y los medios por los que se ensamblan, es un factor clave en el diseño del blindaje. Cada componente del material cumple una función específica, no sólo para derrotar la energía cinética de los proyectiles o mitigar una explosión, sino también para mantener la integridad estructural del blindaje.