Tesis Doctorado
Obtención y estudio de las propiedades mecánicas y microestructurales de un acero con comportamiento trip (0,21%c, 0,82%si, 1,87%mn y 0,43%ai)
Autor
Guzmán-Méndez, Alexis Antonio
Institución
Resumen
En esta tesis doctoral se planteó como objetivo general estudiar la influencia de las distintas variables, tanto metalúrgicas como de proceso, sobreel comportamiento mecánico y microestructural de un acero concomportamiento TRIP -MnSiAI. Para esto, se propuso una sustitución parcialdel silicio (Si) por el aluminio (AI). La composición química empleada fue 0,205% C, 0,820 %Si, 1,870 %Mn y 0,431% AI en peso.Para la obtención del acero con comportamiento TRIP, se utilizó unproceso combinado de recocido intercrítico seguido de un tratamiento deaustemperado y temple en agua, trabajando paralelamente con dos microestructuras iniciales: ferrítica/perlítica (F/P) y martensítica (M). Una de las etapas críticas en el desarrollo de esta tesis, fue la determinación de la temperatura y tiempo crítico de mantenimiento durante el proceso de recocido intercrítico. Debido a esto se realizó un estudio de la cinética de transformación, encontrando que la temperatura y tiempo crítico para la obtención de 50% de ferrita en la microestructura fueron 750°C y 420 s respectivamente.Posteriormente, las piezas fueron enfriadas rápidamente hasta latemperatura del rango bainítico, en donde se estudió la cinética de transformación y estabilización de la austenita. Para esto, se propusieron tres temperaturas de tratamiento de austemperado, las cuales fueron 450, 390 y 330°C. Las muestras obtenidas fueron caracterizadas a través de microscopía óptica, electrónica de barrido, de fuerza atómica, difracción de rayos X y difracción de electrones de retrodispersados (EBSD).Se encontró que al comenzar con una microestructura ferrítica/perlítica(F/P) y realizar un tratamiento de recocido intercrítico a 750°C por 420 s,seguido de un tratamiento de austemperado a 390°C con un tiempo de mantenimiento de 300 s, la fracción de austenita (?) se maximiza, alcanzando 10,2% vol. con un contenido de carbono de 1,5% en peso para la muestra F/P 390 - 300. Se debe destacar, que tanto las fracciones de austenita retenida (?R) y su enriquecimiento en carbono se encuentran dentro de los rangos típicos delos aceros con comportamiento TRIP.Se ratificó que las variables del proceso termomecánico de fabricaciónfueron controladas adecuadamente, debido a la fuerte fibra gamma(<111 >// ND) presente en la matriz ferrítica (?) de las muestras que poseen una microestructura inicial ferrítica/perlítica (F/P). Además, se observó que a medida que la temperatura de tratamiento de austemperado se incrementa, la fibra gamma (<111>// ND) disminuye en intensidad.Una vez definido el tratamiento termomecánico de fabricación, seobtuvieron probetas de tracción según la norma ASTM ES, la cuales fueronensayadas hasta la rotura. Se observó que los aceros F/P 390 - 300 y M 390 - 300 presentan mejores propiedades mecánicas que el acero TRIP 780comercial, entre las que destacan una elongación a la rotura superior y unmayor índice de endurecimiento por deformación. Esto es atribuible a lapresencia de un 10,2% y 8,2% en vol. de austenita retenida (?R) en lamicroestructura respectivamente, la cual al someter a deformaciones plásticas,se transforma a martensita (?'), lo que corrobora la presencia del fenómenoTRIP.Se encontró que los aceros que comenzaron con una microestructuraferrítica/perlítica (F/P) presentaron una mayor fracción de austenita retenida (?R)y un mayor enriquecimiento en carbono que los aceros que comenzaron con una microestructura martensítica (M), lo que se tradujo en mejores propiedadesmecánicas.Adicionalmente, se obtuvieron probetas para el ensayo de anisotropía, elcual se llevó a cabo según la norma ASTM E - 517, encontrándose que elacero F/P 390 - 300 presenta un f = 1,82 y ?r = O, 11, superando de esta formalas propiedades del acero TRIP 780 comercial.Para finalizar, se definió para los aceros F/P 390 -300 y M 390- 300 lazona térmica en donde el efecto TRIP se maximiza, llegando a elongaciones del37% y 29% respectivamente.De esta forma se ratifica la hipótesis de este trabajo, la cual propone quea través del control de las variables del proceso termomecánico de fabricación,es posible obtener un acero con comportamiento TRIP, con buena respuesta a embutición. PFCHA-Becas Doctor en Ciencias de la Ingeniería Mención Ciencias e Ingeniería de los Materiales 212p. PFCHA-Becas TERMINADA