Desarrollo de aceros TRIP/TWIP y su comportamiento durante el desgaste

Abstract

RESUMEN: Los aceros avanzados de alta resistencia AHSS (Advanced High Strength Steels) por sus siglas en inglés, se caracterizan por su alto límite de cedencia y la absorción de grandes energías. Dentro de esta categoría de aceros de nueva generación se encuentran los aceros TRIP/TWIP (Transformation Induced Plasticity / Twining Induced Plasticity), que presentan un alto endurecimiento por deformación, una buena ductilidad al ser trabajados en frio, una alta ductilidad y alta resistencia mecánica esto debido a que presentan transformación de fase y maclado como mecanismo de deformación. Estas cualidades son logradas gracias al alto contenido de Mn en la aleación, que junto con la adición de Al y Si estabilizan y bajan la energía de falla de apilamiento, esto contribuye a que al deformase se formen maclas y aparezca martensita épsilon y alfa en la estructura austenítica de estos aceros. En este trabajo se diseñaron 2 aceros de alto Mn en el rango de 14 a 16 % en peso con adiciones de Si y Al entre 1 y 3 % para obtener las características de los aceros TRIP/TWIP y mediante el cálculo de la energía de falla de apilamiento en función de su composición química. Se estableció la metodología para obtenerlos por fusión/refinación en un horno de inducción y colado en moldes de arena con protección de escorias en toda la secuencia de estado líquido. Los lingotes obtenidos fueron homogeneizados y refinados en su microestructura por una secuencia de tratamiento termomecánico para finalmente caracterizar su microestructura. Mediante una caracterización microestructural detallada por microscopía óptica y electrónica de barrido con microanálisis, aunada a estudios de DRX y de deformación en frío de las aleaciones, se determinó y documentó que ambos aceros presentan limpieza y microestructura adecuadas para su uso, así como tanto mecanismos TRIP como TWIP en diferente medida. Adicionalmente, dados los mecanismos de endurecimiento encontrados por deformación en frío, se evaluó el comportamiento de ambos aceros mediante pruebas de exposición a desgaste deslizante, cuyos resultados muestran claramente un endurecimiento y mecanismos de desgaste de tipo desgaste oxidante en función de los parámetros de la prueba, tales como intensidad y velocidad de la carga aplicada, obteniendo curvas de desgaste contra endurecimiento típicas como las reportadas en la literatura. ABSTRACT: Advanced high strength steels (AHSS) are characterized by their high yield strength and the absorption of high energies. Within this category of new generation steels are the TRIP / TWIP steels, which present a high deformation hardening, ax excellent behavior by cold working, a high ductility and high mechanical resistance, all this due to the fact that they present phase transformations and twinning a deformation mechanisms. These properties are achieved thanks to the high content of Mn in the alloy, which together with the addition of Al and Si stabilize and lower the energy of stacking failure, this contributes to the formation of twins and martensite epsilon and alpha in the austenitic structure of these steels. In this work, two high Mn steels in the range of 14 to 16% by weight with Si and Al additions between 1 and 3% were designed to obtain the characteristics of the TRIP / TWIP steels and by calculating the fault energy of stacking depending on their chemical composition. The methodology was established to obtain these steels by a melting / refining process in an induction furnace and casting in sand molds with slag protection throughout the melting sequence. The obtained ingots were homogenized and refined in their microstructure by a thermomechanical treatment sequence to finally characterize their microstructural characteristics. By means of a detailed microstructural characterization by optical and scanning electronic microscopy with microanalysis, together with studies of DRX and cold deformation of the alloys, it was determined and documented that both steels have adequate cleanliness and microstructure for their use, as well as both TRIP and TWIP mechanisms in different measure. Additionally, given the hardening mechanisms found by cold deformation, the behavior of both steels was evaluated through sliding wear exposure tests, whose results clearly show a hardening and wear mechanisms of oxidant wear type depending on the parameters of the test, such as intensity and speed of the applied load, obtaining typical curves of wear against hardening as reported in the literature.