aceros TWIP Carlos Andrés Galán

5/13/2018 aceros TWIP Carlos Andr s Gal n - slidepdf.com

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ACEROS TWIP

Presentado por:CARLOS ANDRÉS GALÁN PINILLA

Profesora:SANDRA JUDITH GARCIA VERGARA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE FÍSICO-QUÍMICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALESBUCARAMANGA

2012



ACEROS TWIP

El transcurso del tiempo, las necesidades y el desarrollo de la tecnología han hecho que lahumanidad se haya tenido que enfrentar a profundos cambios en la forma de obtener sus cosas yaplicar sus conocimientos. Los científicos e investigadores metalurgistas han desarrollado infinidad demateriales con diferentes propiedades durante la historia, entre ellos los aceros TWIP que estándentro de los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS). La aplicación de cada material dependede sus propiedades y microestructura, esto permite conocer las aplicaciones directas y solucionesque trae consigo el desarrollo de estos aceros. Cada avance o descubrimiento tecnológico generaráun impacto y una expectativa sobre el cambio que genera, teniendo en cuenta los impactosambientales que se producen o se evitan.

La evolución y desarrollo del hombre está relacionado directamente con la aparición y descubrimiento

de los materiales, en la antigüedad los hombres no contaban con ningún tipo de materiales metálicos,se han encontrado herramientas hechas en piedra, también utilizaban la madera y lo que lanaturaleza les brindaba. Poco a poco fueron encontrando metales en estado primitivo o puro como eloro y el cobre, permitiéndole hacer nuevas armas y herramientas, después pudieron obtener lasprimeras piezas en hierro, que realmente no era hierro puro como se creía, era hierro con muchasimpurezas, pero esto generó un adelanto en la civilización de los hombres.

A medida que se encontraban nuevos materiales o aleaciones podían al mismo ritmo mejorar sucalidad de vida, desarrollar vehículos, pequeños puentes, trenes y herramientas, hasta que por fin lainvestigación y curiosidad de los hombres pudo determinar la dependía de las propiedades finales dela pieza y es la microestructura, que es la forma como están organizados los átomos en el material.También encontró, que si los aleaba obtenía propiedades diferentes, estos descubrimientosestuvieron también de la mano con el desarrollo industrial, que creó nuevas formas y equipos para elanálisis de la materia, como los microscopios para el análisis metalográfico, los rayos X entre otros,desarrollando una ciencia nueva, que ha dado como resultado lo que hoy conocemos acerca de laciencia de los materiales. Esto permitió que ya no se buscaran aplicaciones para los materialesencontrados como lo hacían los primitivos. Por el contrario, diseñaron materiales con propiedades detipo mecánico, eléctrico, magnético, térmico y químico para aplicaciones específicas, para casitodos los campos de la ciencia, como medicina, física, computación, quipos modernos, automóviles,aviones, puentes, edificios, naves espaciales, nanotecnología. etc.

Los aceros de alta resistencia surgen como un proceso de evolución, tanto de tecnología como denecesidades y demandas que plantea la sociedad, se han desarrollado aceros para aplicaciones dealto desempeño en cuanto a esfuerzos, rendimiento y factores de seguridad. En un principio losaceros debieron tener unas secciones y diseños sobredimensionadas, esto para evitar las posiblesfallas y la pérdidas humanas, también desconocíamos la respuesta ante los diferentes tipos deambientes al que estaba expuesto, esto se ha venido mejorando gracias a que hemos comprendidoen buena parte la respuesta de los materiales, desarrollándose investigaciones en el campo de lametalurgia física, con el objetivo de predecir el comportamiento y respuesta del material.

Los aceros TWIP (Twinning-Induced Plasticity), son aceros con plasticidad inducida por el fenómenode maclado, hacen parte de los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) por su siglas en inglés,

son de alta resistencia mecánica y de gran ductilidad, está combinación es casi que antagónica a



primera vista, ya que en los aceros convencionales no es posible obtener las dos propiedadesmarcadamente. Los aceros TWIP pueden alcanzar una deformación del 50% para una resistenciamecánica de 100MPa; o un 35%para una resistencia de 1400MPa[3]. Éstos aceros se obtienen porconformado al someterlo a un proceso de deformación, el proceso se da por medio de la formaciónde maclas que permite grandes deformaciones, esta es una de las diferencias con los acerosconvencionales, cuya deformación se da no por la formación de maclas sino por la formación ydesplazamiento de las dislocaciones. Las maclas se pueden formar por deformación, en este casoson finas y numerosas, o por recocido, siendo pocas y gruesas, son el producto del reacomodo yaniquilación de las dislocaciones.

Los aceros TWIP tienen elementos de aleación que estabilizan la austenita, comúnmente llamadosGammágeno, el más importante es el manganeso Mn con una composición de 17-24%, Si 1-3%, Al1-3%, C 5-7%, y pequeñas cantidades de otros elementos[4]. El Mn es un elemento Gammágenoaumentando en gran proporción el rango de estabilidad austenítico, presentándose a temperatura

ambiente, tienen una estructura fcc, también tienen la capacidad de mantener propiedades atemperaturas criogénicas.

Los elementos aleantes deben inhibir totalmente la formación de martensita, ya que es una fase muydura y frágil sin ductilidad, deben garantizar la formación de maclas dentro de los granos, llamadoefecto Twinning. La movilidad de las dislocaciones es muy poca debido a la presencia de límites demacla, pero la deformación del material es alta, las maclas causan un alto coeficiente deendurecimiento (n) de 0.4[1,5], cuentan con una microestructura muy fina que alcanza una resistenciaa la tracción superior a los 100MPa con 50% de deformación y a temperatura ambiente alcanza los1100MPa, con valores de deformación altos[3].

El acero TWIP fue sometido a ensayos de compresión en caliente a diferentes temperaturas yvelocidades de deformación, estos ensayos dieron como resultado una resistencia en el rango de 80-160 MPa a temperaturas entre 1000ºC-1100ºC, a temperaturas menores entre 800ºC-900ºC, seobtienen mayores valores en la tensión, dando entre 220-290 MPa [2].

Los aceros TWIP presentan un ablandamiento por recristalización dinámica a temperaturas de1100ºC-1000ºC [4], con velocidades de deformación baja, la microestructura presenta granos nuevosrecristalizados homogéneos, mientras que si es sometido a velocidades de deformación mayores, elgrano se torna equiaxial con maclas de recocido, a temperaturas más bajas se presenta unrecristalización dinámica en los límites de grano, este fenómeno ha sido denominado, nucleación degranos en forma de collar, siendo este fenómeno más marcado cuando se presentan velocidades de

deformación más altas.Si hacemos un análisis detallado de la microestructura, el fenómeno de ablandamiento porrecristalización dinámica, muestra granos deformados, con maclas debido a la temperatura o maclasdel proceso de deformación, podemos afirmar entonces que ante un proceso de conformado encaliente, estos aceros sufren procesos de endurecimiento y de ablandamiento, en el endurecimientose van a formar internamente las dislocaciones y en cierto grado maclas, incrementando la tensióncuando el material se somete a deformación, al mismo tiempo que el material se endurece, sufreablandamiento, por medio de restauración, donde se aniquilan las dislocaciones formando unaestructura de subgranos que difieren de los granos verdaderos. Esto hace que disminuya el procesode endurecimiento por deformación y aumente la velocidad de aniquilamiento de las dislocaciones y

de recristalización, que reagrupa los átomos por procesos de difusión.



Los efectos de endurecimiento por deformación quedan compensados por los de la recristalización yde nuevo se recupera la resistencia del material, esta es la principal característica en lamicroestructura de los aceros TWIP, se podría afirmar que por esta razón se permiten grandes

deformaciones sin perder o casi que manteniendo la resistencia mecánica.

Toda investigación y descubrimiento debe estar orientado hacia la solución de problemas y avancestecnológicos que permitan una relación más amigable con el medio ambiente, en la medida que losaceros TWIP y en general los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) se utilicen, nospermitirán tener un menor gasto de acero, estudiando la posibilidad de reducir en buena proporciónlas dimensiones de las piezas hechas en acero, permitiendo al mismo tiempo hacer los diseños confactores de seguridad más altos, disminuir el riesgo de pérdidas humanas o de otro tipo. Como es deconocimiento, la obtención del acero es un proceso que inicia desde la extracción del mineral, dondeno se puede negar que este proceso causa un impacto ambiental directo, en el proceso de extraccióntenemos procesos como el de remoción de la capa vegetal, o incluso cambiar el cauce de ríos yquebradas, después de este proceso el mineral se somete a procesos de beneficio donde se van a

emanar gases.

Vemos que el sólo hecho de utilizar estos aceros cumpliría un multipropósito, se diseñaríanestructuras mucho más ligeras, con capacidad de soportar grandes esfuerzos, disminuyendo lademanda en cantidad de acero que se requiere para fabricar una estructura, también se disminuye enbuena medida los costos de producción, estos tipos de aceros son de fácil fabricación.

Las empresas fabricadoras de vehículos consumen acero en gran proporción en todo el mundo, en laactualidad se están empezando a remplazar aceros convencionales donde se necesitaba de grandessecciones para que pudiera ser sometido a los diferentes esfuerzos, también se necesitaba queabsorbieran energía en el momento de los choques, los aceros avanzados de alta resistencia(AHSS) han permitido disminuir las dimensiones y secciones de los aceros utilizados en la fabricación

de vehículos, reduciendo en gran medida el peso de la carrocería y de los demás componentes.Dichos aceros son especialmente promisorios en la fabricación de carrocerías para automóvilresistentes al choque, donde se requiere rigidez, resistencia y absorción de energía en cada una delas partes que la conforman.

Al disminuir el peso del carro, en la misma proporción es la disminución en el gasto de energía, estaenergía proviene de los hidrocarburos, que después de un proceso de combustión emanan unacantidad de gases que afectan directamente el medio ambiente y el cambio climático.

El uso de estos aceros en la fabricación de vehículos es favorable también en cuanto a la seguridadde los pasajeros, en el momento del impacto debido a las propiedades de deformación mencionadas,permite absorber grande cantidades de energía, comparado con los aceros convencionales utilizados

anteriormente, estos aceros permiten a los diseñadores de vehículos y de materiales obtener unrango donde pueden utilizar materiales con amplia o baja resistencia al impacto según lasnecesidades y las características que se desean en los vehículos.

Son todas estas propiedades combinadas las que hacen que los aceros avanzados de altaresistencia (AHSS), sean cada vez más utilizados, las investigaciones en dichos aceros han permitidosustituir aleaciones de aluminio y de magnesio que se estaban utilizando en ciertas proporción y enciertas piezas del vehículo, que eran un poco más costosas y un poco más difícil en cuanto alproceso de fabricación, siendo una de las razones por las que se ha venido sustituyendo el uso deestos materiales por aceros avanzados de alta resistencia (AHSS).

Los investigadores han realizado diferentes tipos de pruebas para estudiar el comportamiento de

estos aceros, diferentes muestras se sometieron a rigurosas pruebas metalográficas utilizando



microscopía óptica y electrónica, después de hacer ensayos de tracción hasta la rotura, lo que sedemostró fue que después del ensayo mantienen una microestructura totalmente austenítica,también la presencia de un gran numero maclas como se había dicho anteriormente.

El uso de los aceros convencionales depende de las condiciones a las que se va a someter y paraciertas aplicaciones se requería una investigación previa de cuál era la composición y propiedadesmás adecuadas para que pudiera tener una utilización, los aceros TWIP tienen una gran ventajasobre los aceros convencionales, ya que estos exhiben una elevada resistencia mecánica y ductilidaden variedad de condiciones, esto permite que se tenga una mayor certeza y confianza a la hora deseleccionar un material.

Los aceros TWIP presentan un límite elástico un poco bajo, esto supone que el inicio de ladeformación plástica se inicia en valores bajos de esfuerzo, indicando que en los procesos deconformado se facilitan debido a que requiere poca energía para que el material se deforme, estofacilita la labor de adaptar las chapas o palanquillas a la forma final de que se desea, esto tambiéndaría como resultado una disminución en la energía requerida para darle la forma final a la pieza,

evita también los problemas que se presentaban al deformar los aceros convencionales como grietaso fallas que se detectaban al momento final de hacer el control de calidad o al hacer las pruebas depreoperación.

La investigación y el conocimiento no se detienen, este es el punto de partida real del desarrollo de laciencia de los materiales que permitirá a la humanidad el uso más amigable con el ambiente,mientras su desarrollo imparable continua, y sus estructuras de acero imponentes nos vigilan y nostransportan en el tiempo aun seguimos sin saber cuál será su límite, sin saber hasta qué punto elhombre es capaz de controlar y conocer la materia y su estructura.

Bibliografía.

[1] E. Silveira, I. Eizagirre, X. Azpiroz, C. Jiménez y A. M. Irisarri, EFECTO DE LA VELOCIDAD DEDEFORMACIÓN Y LA TEMPERATURA SOBRE LASPROPIEDADES MECÁNICAS DE UNA ACERO DE ALTA RESISTENCIA, Análisis de Mecánica de laFractura 25, Vol. 1 (2008)

[2] DÍAZ DEL CASTILLO RODRÍGUEZ, Felipe (2009). Los nuevos aceros para la industriaautomotriz. Facultad de estudios superiores Cuautitlán.

[3] ESTUDIO DEL EMPLEO DE NUEVOS MATERIALES APLICACIONES TRADICIONALES DE LOSFABRICADOS PARA LAS METÁLICOS, Mayo 2009, descargado de la página webhttp://observatorio.aimme.es

[4] Pineda Huitrón. Rosa M, Conformabilidad en caliente de aceros twip Diciembre 2009

[5] M. Iker, D. Gaude-Fugarolas, P. J. Jacques y F. Delannay. Advanced Materials Research (2007)

Vol. 15-17, 852-857

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