Innovación en aleaciones para la industria automotriz y aeroespacial
Por Felipe Sánchez Banda
Saltillo, Coahuila. 28 de noviembre de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Rocío Saldaña Garcés realizó su doctorado en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica y Cerámica y la maestría en Ciencias de la Ingeniería Metalúrgica en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), unidad Saltillo.
Es egresada del Instituto Tecnológico de Saltillo de la carrera de Ingeniería en Materiales. En el 2012 ingresó a la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A. de C.V. (Comimsa) como profesora investigadora y coordinadora de proyectos en el Posgrado de Tecnología de la Soldadura Industrial en las líneas de metalurgia de la soldadura y procesos de unión. Participó en proyectos de investigación relacionados con análisis metalúrgicos de aleaciones de aluminio y magnesio unidos mediante diferentes procesos empleados en la industria del transporte; además de proyectos relacionados con la fabricación de tuberías para conducción unidos por diferentes procesos, y en la industria automotriz.
Ha presentado diversos trabajos en congresos a nivel nacional e internacional. En 2014 realizó una estancia en el Centro Tecnológico AIMEN en España, participando en un proyecto de modificación superficial en aleaciones de aluminio mediante la técnica FSP. A finales del mismo año, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) le otorgó una Cátedra Conacyt para Jóvenes Investigadores para el desarrollo de un proyecto propuesto por Comimsa y denominado Uniones de aleaciones de aluminio y magnesio empleadas en la industria automotriz y aeroespacial, sobre el cual habló en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué consiste el proyecto Uniones de aleaciones de aluminio y magnesio empleadas en la industria automotriz y aeroespacial?
Rocío Saldaña Garcés (RSG): En este proyecto se estudia el efecto térmico y mecánico, a nivel microestructural de los diferentes procesos de unión, tanto convencionales como avanzados, para este tipo de aleaciones, ya sean uniones iguales como disímiles, las cuales cada vez están teniendo mayor presencia en los campos antes mencionados. En ello radica la importancia de este estudio.
AIC: ¿Cuál es la innovación del proyecto?
RSG: Los principales procesos con que se unen estos materiales son procesos de arco en los cuales se involucra calor, como los procesos GMAW (del inglés, gas metal arc welding) y GTAW (del inglés, gas tungsten arc welding), estos lo que ocasionan es una distorsión en el material, generación de fases no deseables a nivel microestructural y, por consecuencia, un cambio en sus propiedades mecánicas disminuyéndolas considerablemente. Debido a esto, es necesario buscar procesos alternativos de unión que disminuyan el efecto dañino que sufren estas aleaciones.
En la actualidad existen otros procesos que se les conoce como procesos en estado sólido, como por ejemplo el FSW (del inglés, friction stir welding), o el Brazing, entre otros. En estos procesos de unión no convencionales, no se llega a la temperatura de fusión del material, solamente se llega a un estado plástico del mismo y mediante presión es como se lleva a cabo la unión, disminuyendo de esta manera la aparición de fases indeseables que minimicen las propiedades mecánicas.
La principal innovación en este proyecto es el uso y estudio de procesos de unión no convencionales, por ejemplo, actualmente ya se utilizan estas aleaciones en la industria automotriz. Existen empresas que están lanzando autos o camionetas completamente de aluminio, esto debido a las buenas propiedades que presentan; además de ser más ligeros en comparación con los fabricados completamente de acero, también producen un ahorro en el combustible que consumen y producen menos emisiones dañinas a la atmósfera. Otro beneficio con que cuentan es la disminución en la cantidad de soldadura con material de aporte en las piezas, esto es lo que produce que disminuya su peso y el automóvil sea más ligero.
Por otro lado, se encuentra el magnesio y sus aleaciones, las cuales en México son poco empleadas y, por consecuencia, se tiene un conocimiento casi nulo del efecto que presenta al ser sometido a algún proceso de unión. Todos los materiales, en todas las partes integrantes de automóviles como de aeronaves, van unidos por algún proceso, ya sea de soldadura, adhesivo o cualquier otro método de unión. Aquí la importancia de estudiar el comportamiento que el magnesio y sus aleaciones puedan tener bajo ciertas aplicaciones.
AIC: ¿Cuál es la importancia del proyecto para el área de la metalurgia de la soldadura?
RSG: La soldadura se considera como una discontinuidad en el material, en donde se generan zonas sensibles para la aparición de diferentes defectos tales como porosidad, salpicaduras, entre otros, y esto ocasiona una disminución en sus propiedades mecánicas. En el momento de estar aplicando nuevos procesos de unión en este tipo de aleaciones, se procura que las características de la misma tengan propiedades mecánicas muy similares a las del metal base, y con esto disminuir las probabilidades de distorsión en el material, generación de defectos, presencia de fases dañinas, etcétera, ya que no se llegará a las temperaturas de fusión.
AIC: ¿Cómo inició este proyecto y en qué fecha?
RSG: Desde hace varios años se ha estado trabajando con temáticas relacionadas con la industria automotriz, como procesos, diferentes tipos de aceros, etcétera; sin embargo, en el 2012 se vio la necesidad de empezar a trabajar con proyectos que involucran diferentes materiales, en este caso no ferrosos, aplicados a las industrias que tienen mayor impacto en la región norte del país, en especial en Coahuila que es un estado en donde predominan las actividades del sector automotriz.
De igual manera, se están abriendo nuevas empresas en el sector aeroespacial en México que emplean este tipo de materiales. Para nosotros es importante continuar trabajando con proyectos que sean de interés para ellos, darles a conocer que además de las propiedades que tienen los materiales, existen formas alternativas de unirlos y que estos procesos otorgan mayores beneficios en comparación a los convencionales.
AIC: ¿El proyecto ha sido implementado a nivel industrial en alguna empresa?
RSG: Respecto a aleaciones de magnesio aún no, esto es más complicado de tratar. Las uniones de magnesio con el aluminio y el acero tienen comportamientos distintos por las diferencias de temperatura de fusión y su comportamiento mecánico, es por eso que todavía está en estudio.
En cuanto a aleaciones de aluminio sí, se ha trabajado con algunas empresas del área automotriz con las que se han mejorado las uniones y, por ende, su comportamiento mecánico.
AIC: ¿Para qué áreas de la ciencia resulta importante este proyecto? ¿Por qué?
RSG: Principalmente para la tecnología de materiales, siempre hay que estar estudiando para poder innovar y, con esto, hacer mejoras en sus aplicaciones. Si se modifican los materiales o alguna de sus propiedades se puede tener mayor rango de aplicación, por lo cual es importante conocer su comportamiento al momento de aplicarles una fuerza, someterlos a fricción o a cierta temperatura.
También se aplica al área de tecnologías de unión o procesos industriales. Son pocas las áreas que manejan el campo de la soldadura y es necesario que se incremente esta área en la investigación y desarrollo de la ciencia, ya que se aplica en todas las industrias. Por ejemplo, es imprescindible conocer sus efectos ya que si se aplica de manera incorrecta, puede ocasionar daños irreparables.
AIC: ¿Cuál es la siguiente fase del proyecto?
RSG: Estamos enfocándonos en uniones disímiles, lo que es aluminio y magnesio para conocer su comportamiento, ya que la tendencia va hacia la fabricación de automóviles completamente de aluminio o la mayor parte de este, y el magnesio es mucho más ligero que el aluminio y en cierto modo brinda más beneficios. Podríamos combinar los dos y bajar aún más las emisiones dañinas a la atmósfera, contaminantes, y ahorrar en costos de gasolina. Este enfoque es al área automotriz, pero queremos introducirnos mucho más a la industria aeroespacial, probando diferentes procesos tanto convencionales como no convencionales. Hacemos estudios tanto individuales para conocer las propiedades de cada uno, como en uniones disímiles para conocer sus propiedades y comportamientos con otros materiales.
AIC: ¿Cuál es la actualidad de la metalurgia de la soldadura en Coahuila?
RSG: Está muy enfocada principalmente en la industria acerera, ya que es el material que se tiene en mayor producción y es lo que se utiliza en la mayoría de las industrias. Sin embargo, debido a los beneficios que otorgan otros materiales no ferrosos es que se ha incrementado el porcentaje de su aplicación, principalmente en la industria automotriz. Las empresas van conociendo sus beneficios y el uso de diferentes procesos de unión; sin embargo, aún es necesario tener mayores estudios de los efectos que causan estos procesos de manufactura.
AIC: ¿Cuál es el futuro de la metalurgia de la soldadura? ¿Cuáles son sus tendencias?
RSG: Va incrementando el estudio de los procesos de soldadura y sus efectos. Muchos de los egresados de carreras afines y empresas relacionadas con procesos de manufactura están más interesados en esta área; en algunas han implementado departamentos enfocados hacia la investigación del efecto de la soldadura en los materiales o envían a su personal a capacitarse. Debido a que cada vez se cuenta con nuevos materiales y procesos, es importante conocer su efecto al ser sometidos a los procesos de unión para que de esta forma se puedan implementar de manera segura en un producto final.
AIC: ¿Por qué es importante el desarrollo de este proyecto para la producción actual y a futuro de la industria automotriz?
RSG: En las empresas siempre se manejan cuestiones de tiempo y económicas. El aluminio y el magnesio son materiales que son completamente reciclables, este es el primer beneficio. Otro beneficio es al momento de aplicar procesos nuevos, estos disminuyen los tiempos de producción, además se producen mejoras en las propiedades mecánicas.
La empresa tendrá mayor producción por procesos que dan mejores resultados que otros, en menor tiempo y con beneficios adicionales. Estos beneficios se reflejan en un menor costo unitario, un auto más ligero que consume menor cantidad de combustible, que emite menos contaminantes. Estas bondades no solo las reciben las empresas, sino también los consumidores, la sociedad en general, pues ellos podrán comprar vehículos de mejor calidad y a un menor costo. Aún nos encontramos en las primeras etapas de investigación y estudio de este proyecto, debemos conocer los comportamientos térmicos que existen y aplicarlos en ciertos puntos, la investigación sigue avanzando.
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