Con un enfoque holístico, HiperMAT abordará aspectos como el desarrollo de nuevos materiales y recubrimientos para componentes de horno e innovadores procesos de fabricación y de aplicación de recubrimientos basados en una modelización avanzada, una monitorización continua del componente y en una evaluación permanente de su impacto medioambiental a lo largo de toda la cadena de valor.
La estampación en caliente es un proceso de transformación clave en la transición hacia una movilidad neutra en emisiones, ya que permite fabricar componentes de automóvil más ligeros. Sin embargo, se trata en sí misma de una industria intensiva en consumo energético y en la que también intervienen otros procesos de transformación, como la fundición o la forja, presentes a través de la fabricación de los componentes de muchos de los equipos integrados en esta tecnología.
En este contexto, mejorar el impacto medioambiental de la cadena de valor del automóvil pasa también por mejorar la eficiencia de los procesos de fabricación de materiales y componentes metálicos involucrados en el mismo. Con esta filosofía, el proyecto europeo HiperMAT, liderado por el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN, pone el foco en la optimización de componentes del horno de austenizado y su proceso de fabricación. El objetivo es desarrollar componentes de horno más sostenibles, a través de un diseño avanzado (ecodiseño) y una monitorización continua del componente para el desarrollo de materiales y recubrimientos.
Como indica el investigador de AZTERLAN Fernando Santos, “en el proceso de estampación en caliente, el horno de austenizado es un elemento clave ya que este tratamiento térmico es imprescindible para el posterior conformado y temple de las piezas. Aunque existen distintos modelos de horno, en HiperMAT centramos nuestra investigación en el horno de vigas galopantes, donde los componentes son transportados combinando movimientos horizontales y verticales de sus vigas”.
Por las condiciones adversas que se dan en este horno (entre 450 y 750ºC en la entrada y entre 930 y 970ºC en el interior), las piezas clave que lo componen, son las propias vigas y los anillos que hacen posible parte de su movimiento. Estos componentes se ven expuestos a un deterioro acelerado que puede llevar a su fallo. Para evitarlo, se realizan por cada horno una media 6 paradas técnicas por mantenimiento al año. “Lógicamente, ello se traduce no solo en parones en la producción, con su consiguiente gasto energético y pérdida de productividad, sino que, además, suponen la generación de unas 150 t en recambios (con su correspondiente consumo energético y de materiales) durante los 30 años de vida estimados del horno”.
Los mencionados componentes, vigas y anillos, se fabrican mediante procesos de fundición con moldeo químico y de fundición centrifugada respectivamente. Aunque se fabrican en aceros inoxidables refractarios con altas propiedades mecánicas, apropiadas para unas condiciones específicas de temperaturas elevadas y entorno oxidante, presentan un comportamiento desigual en servicio por sus altos rangos de tolerancia en cuanto a composición química. La degradación superficial localizada, la falta de definición de las variables del proceso que afectan a su microestructura y a las segregaciones, junto con ciertas limitaciones del propio proceso de fundición, dificultan la obtención de una microestructura adecuada y homogénea.
Un acercamiento multifacético actuando sobre materiales, recubrimientos y procesos
Para abordar este ambicioso reto, el consorcio del proyecto HiperMAT ha planteado una estrategia multidisciplinar para desarrollar vigas y anillos de hornos de austenizado más resistentes a la fatiga térmica, a la corrosión, al desgaste y al creep, actuando tanto mediante el desarrollo de nuevos materiales como desarrollando y adaptando nuevos procesos avanzados de fabricación de componentes más sostenibles. Con todo, el equipo de trabajo prevé crear “al menos dos aleaciones partiendo de aceros inoxidable refractarios convencionales, una aleación de alta entropía y validar nuevos sistemas de recubrimiento metálico por deposición laser (LMD) y cerámico por medios termoquímicos” que, al final del proyecto se plasmarán en prototipos de vigas y anillos monitorizados en lo que respecta a sus condiciones de trabajo mediante sensores embebidos.
Para conseguir este objetivo, en una primera fase, los esfuerzos del equipo investigador se centrarán en el desarrollo de una base sólida de conocimiento de las condiciones de los diferentes procesos de fabricación a través de toda la cadena de valor, incluyendo la fabricación de las vigas y anillos (mediante fundición por molde de arena y fundición centrífuga, respectivamente), la ingeniería detrás de la construcción y el funcionamiento del horno y sus condiciones de uso en empresas de estampación en caliente.
Del mismo modo, se seleccionarán los materiales más prometedores soportados en una modelización avanzada y en la fabricación de muestras tipo que serán testeadas a corrosión, desgaste y creep. En paralelo se modelizarán y adaptarán los procesos de fabricación por LMD, hidrosolidificación y aplicación de capas cerámicas para la obtención de geometrías similares a los componentes finales usando aleaciones convencionales y validando las mejoras obtenidas según las propiedades mencionadas.
Los nuevos materiales y las nuevas tecnologías de fabricación convergerán en la fabricación de prototipos que se probarán en hornos industriales para su monitorización y evaluación técnica, económica y medioambiental final.
El proyecto HiperMAT está liderado por AZTERLAN, con la participación de otros 13 agentes internacionales entre los que se encuentran las empresas GHI HORNOS INDUSTRIALES, AMPO, ESI SOFTWARE (Alemania), ADVANCED COATINGS & CONSTRUCTION SOLUTIONS (Bélgica), RINA CONSULTING (Italia), GESTAMP (República Checa), SVUM (República Checa), KUNGLIGA TEKNISKA HOEGSKOLAN (Suecia), QUESTEK EUROPE (Suecia) y CALCOM ESI (Suiza), así como los centros tecnológicos CEIT, EURECAT y FRAUNHOFER (Alemania).
