miércoles, 30 de septiembre de 2015

Aceros con plasticidad inducida por maclado, aceros TWIP

Los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) están diseñados para dar respuesta a los desafíos que actualmente plantea la industria del automóvil en cuanto a las estrictas regulaciones en seguridad, reducción de peso, emisiones de CO2 , y conformabilidad del material, todo ello unido a un costo razonable. Son materiales complejos y sofisticados, con una composición química cuidadosamente seleccionada y con estructuras multifase, resultado de controlados y precisos procesos de calentamiento y enfriamiento. Los mecanismos de endurecimiento que entran en juego para conseguir el rango de propiedades que presentan, tales como resistencia, ductilidad, tenacidad y fatiga, son muy diversos.

Los aceros bifásicos o dual phase (DP), de estructura ferrítico-martensítica, los aceros con plasticidad inducida por la transformación (TRIP) y los aceros martensíticos (MS), constituyen la fase 2 de la 1ª generación de AHSS. Los aceros de plasticidad inducida por maclado (TWIP) son de concepción más reciente y forman parte de la 2ª generación de AHSS. Se trata de materiales de composición química más compleja, con alto manganeso y alto silicio, con unas características mecánicas excepcionales que los ubican por encima de los aceros TRIP (Figura 1).


 
Figura 1. Alargamiento frente a resistencia a la tracción para diversos aceros para estampación.

Los aceros TWIP presentan una estructura austenítica a temperatura ambiente, por lo que requieren en su composición de altos contenidos de manganeso (17-30%). Ello plantea unos desafíos específicos en las etapas de fusión y metalurgia secundaria. Durante el conformado de estos materiales, su microestructura sufre un cambio en la orientación cristalina dentro del grano, al que se denomina maclado (twinning) (Figura 2). En esencia, los límites de macla deben ser considerados como verdaderos bordes de grano, y el resultado es un acero con muy alta capacidad de deformación y muy alta resistencia (Figura 3), con un incremento muy significativo del índice de endurecimiento por deformación (valor n) (Figura 4).

    
              Figura 2. Austenita maclada en un acero TWIP.
 
 
Figura 3. Curvas tensión-deformación para diferentes AHSS.

 
Figura 4. Endurecimiento por deformación frente a la deformación verdadera para diferentes AHSS.

De acuerdo a informaciones proporcionadas por los fabricantes de estos materiales, es posible alcanzar deformaciones del 35% con una resistencia a la tracción de 1400 MPa, siendo excepcional su capacidad para absorber energía en el choque. Un ejemplo de su capacidad de deformación puede observarse en el ensayo de embutido denominado Nakajima comparado con un acero libre de elementos intersticiales (IF) (Figura 5).