Structure and mechanical properties of twip steel

Resumen

Esta investigación participa en el gran esfuerzo internacional que se lleva a cabo en los últimos diez años para lograr un diseño metalúrgico de aceros austeníticos de alta resistencia y excelente formabilidad denominados aceros TWIP (Twinning Induced Plasticity). Son aceros provistos de unas propiedades mecánicas muy atractivas para la industria de la automoción. Ningún otro acero les iguala en capacidad de absorción de energía cinética en un choque o impacto. Los aceros TWIP son todavía muy recientes. Están inspirados en el antiguo acero austenítico Hadfield. Su producción a nivel industrial está bajo investigación y desarrollo. Muchos aspectos de su metalurgia física necesitan ser investigados minuciosamente antes de que se generalice su producción y comercialización. Los estudios fundamentales sobre los mecanismos físicos responsables de sus propiedades mecánicas son necesarios y de gran importancia llevarlos a cabo para conseguir la optimización de su composición química, así como de sus condiciones de procesamiento en laminación en frío y en caliente, y sus tratamientos térmicos. Por tanto, los aceros TWIP representan una clara oportunidad para la investigación en el campo de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. La clave del comportamiento de los aceros TWIP es la interacción entre las micro-maclas mecánicas y el deslizamiento de dislocaciones. Al ser deformados, sus granos austeníticos originales son progresivamente subdivididos por la incesante activación de finísimas micro-maclas con diferentes planos de hábito. Las juntas de macla son fuertes barreras que bloquean tanto el deslizamiento de dislocaciones como la expansión de otras micro-maclas. El efecto continuo de la deformación es equivalente a refinar gradualmente el tamaño efectivo de grano, ya que cada grano original rápidamente se convierte en un agregado de paralelepípedos nanométricos. Este afino microestructural inducido por la deformación representa un efecto de endurecimiento Hall-Petch dinámico, que explica el fortísimo endurecimiento por deformación de los aceros TWIP. Otros materiales metálicos de baja energía de defectos de apilamiento, que maclan fácilmente, muestran también un comportamiento mecánico similar. Esta investigación fue parte de una colaboración del proyecto europeo "Metallurgical design of ultra-high strength austenitic steels with excellent formability¿ que involucró a CEIT, Centro Sviluppo Materiali, CSM (Italia), Oulu University (Finlandia), Instituto de Soldadura e Qualidade, ISQ (Portugal) y a la empresa DUFERCO-La Louvière (Bélgica). Específicamente, se fabricaron cinco composiciones de aceros TWIP en el laboratorio del CSM para que el CEIT estudiara los siguientes temas, que han constituido los objetivos de esta tesis: 1.-Cinética de Recristalización y crecimiento de grano del acero TWIP laminado en frío: Se encontró que la recristalización estática es extremadamente rápida, y se completa a más bajas temperaturas que en otros aceros. Las chapas laminadas en frío recristalizaban totalmente después de tratamientos isotermos de recocido a 700ºC durante 9 minutos, por lo que a temperaturas más altas casi todo el tiempo de un recocido lo ocupa el crecimiento de grano. Los granos nuevos formados son equiáxicos y de tamaño muy pequeño, menor que 2 µm. Las componentes de textura de deformación se heredadan tras recristalización y crecimiento de grano, pero la intensidad de la textura se debilita fuertemente. De todos los experimentos realizados se dedujo una ecuación fenomenológica de crecimiento de grano que es muy útil para el control de los recocidos de los aceros TWIP.