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.
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).
Figura 5. Ensayo de embutido
Nakajima.
Por contrapartida, presentan un bajo límite elástico en la
condición de recocido (@250 MPa) y altos valores de
resistencia únicamente son alcanzables después de una considerable deformación
del material. Una vía de trabajo para superar este desafío es el laminado en
frio y/o conseguir mediante microaleación un endurecimiento por precipitación.
En este sentido, el vanadio, niobio y titanio son elementos que están siendo
estudiados.
Un aspecto a tener en cuenta en los aceros TWIP es la
precipitación de cementita en borde de grano durante el recocido, que da como
resultado un acero susceptible de presentar fractura retardada por hidrógeno.
En este sentido, los desarrollos más recientes proponen la adición de
contenidos de aluminio entre 1,5% a 2%, que suprimen la precipitación de
cementita durante el enfriamiento tras la laminación en caliente y del
recocido, debido a una disminución de la reactividad y la difusividad del
carbono en la austenita.
Estos novedosos materiales poseen un conjunto de propiedades, alta
resistencia, gran ductilidad, buena capacidad de absorción de energía al
choque, todo ello a un costo razonable, que los hace muy interesantes, ya que
posibilitan diseños energéticamente más eficientes, permitiendo reducciones de
peso y el cumplimiento de los requisitos en materia de seguridad.
Uno de los principales retos en el empleo de estos materiales
estriba en el conocimiento metalúrgico de la relación entre sus propiedades
mecánicas y sus características microestructurales. Sin duda alguna este
entendimiento impulsará la introducción de los aceros TWIP en la industria del
automóvil, así como en otros sectores como el ferrocarril, la construcción
naval, tuberías y otras aplicaciones especiales que no precisen de materiales
magnéticos.
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