Acero TRIP

Los aceros TRIP son una clase de aleaciones de acero de alta resistencia que se utilizan habitualmente en aplicaciones navales y marinas, así como en la industria automotriz. ^{[ 1 ]} TRIP significa "plasticidad inducida por transformación", lo que implica una transformación de fase en el material, generalmente al aplicarle una tensión. Estas aleaciones son conocidas por poseer una excelente combinación de resistencia y ductilidad.

Los aceros TRIP poseen una microestructura compuesta de austenita con suficiente inestabilidad termodinámica como para que se produzca la transformación a martensita durante la carga o la deformación. Muchos aceros TRIP para automoción contienen austenita retenida dentro de una matriz de ferrita , que también puede contener fases duras como bainita y martensita. ^{[ 2 ]} En el caso de estas aleaciones, el alto contenido de silicio y carbono de los aceros TRIP da como resultado fracciones volumétricas significativas de austenita retenida en la microestructura final.

Los aceros TRIP utilizan mayores cantidades de carbono que los aceros de doble fase para obtener un contenido de carbono suficiente que estabilice la fase austenítica retenida por debajo de la temperatura ambiente. Un mayor contenido de silicio y/o aluminio acelera la formación de ferrita / bainita . También se añaden para evitar la formación de carburos en la región bainita .

Para su uso en aplicaciones navales y marinas, tanto los aceros martensíticos/austeníticos como los totalmente austeníticos han despertado interés debido a su gran elongación uniforme, alta resistencia y elevada tenacidad a la fractura . Estas propiedades se deben a una transformación martensítica inducida por deformación, desde la fase original (austenita γ FCC) a la fase producto (martensita α' BCC). Esta transformación depende de la temperatura, la tensión aplicada, la composición, la velocidad de deformación y el historial de deformación, entre otros factores. ^{[ 3 ]}

Durante la deformación plástica y la tensión, la fase de austenita retenida se transforma en martensita . De este modo, aumenta la resistencia mediante el fenómeno de endurecimiento por deformación . Esta transformación permite una mayor resistencia y ductilidad . ^{[ 4 ]} La alta capacidad de endurecimiento por deformación y la alta resistencia mecánica confieren a estos aceros una excelente capacidad de absorción de energía. Los aceros TRIP también exhiben un fuerte efecto de endurecimiento por horneado. ^{[ 5 ]} El endurecimiento por horneado es un aumento de la resistencia que se observa cuando el endurecimiento por trabajo durante la formación de la pieza es seguido por un ciclo térmico como el horneado de pintura. Las investigaciones realizadas hasta la fecha no han mostrado mucha evidencia experimental de que el efecto TRIP mejore la ductilidad, ya que la mayor parte de la austenita desaparece en el primer 5% de deformación plástica, un régimen en el que el acero ya tiene una ductilidad adecuada. Muchos experimentos muestran que los aceros TRIP son, de hecho, simplemente un acero de doble fase más complejo.

La cantidad de carbono determina el nivel de deformación en el que la austenita retenida comienza a transformarse en martensita . Con niveles bajos de carbono, la austenita retenida comienza a transformarse casi inmediatamente después de la deformación, lo que aumenta la tasa de endurecimiento por deformación y la conformabilidad durante el proceso de estampado . Con contenidos de carbono más altos, la austenita retenida es más estable y comienza a transformarse solo a niveles de deformación superiores a los producidos durante el conformado .

La temperatura a la que se somete a tensión o deformación un acero TRIP puede relacionarse con la temperatura de inicio de la transformación martensítica (Ms). Las tensiones aplicadas pueden contribuir al proceso de transformación al añadir una mayor energía que permite que la transformación martensítica se produzca por encima de la temperatura Ms. Por encima de la temperatura Ms, el comportamiento de la transformación depende de la temperatura y pasa de estar inducida por tensión a estar inducida por deformación a una temperatura conocida como temperatura Msσ. La temperatura Msσ se define como la temperatura máxima a la que una tensión elástica provoca una transformación martensítica, definida inicialmente por Richman y Bolling. ^{[ 6 ]} Por debajo de Msσ, la transformación martensítica se clasifica como asistida por tensión porque la transformación se nuclea en sitios preexistentes (p. ej., dislocaciones, límites de grano, límites de fase, etc.), y la tensión aplicada la facilita termodinámicamente. ^{[ 7 ]} A temperaturas superiores a Msσ, la fluencia y la deformación plástica se producen antes de la transformación, y la nucleación de la martensita se produce en la intersección de las bandas de cizallamiento creadas por la deformación plástica. ^{[ 8 ]}

El efecto TRIP puede aprovecharse para extender la ductilidad plástica uniforme retrasando el inicio del estrechamiento, lo que a su vez retrasa la inestabilidad de localización del flujo que sigue a la formación de un cuello estable. La formación de un cuello estable se define como el momento en que el aumento fraccional de la tensión real es igual a la disminución fraccional del área de soporte de carga de una muestra. Esto también puede describirse como el punto en el que la tasa de endurecimiento por deformación en una curva de tensión-deformación de ingeniería se vuelve negativa. Esto puede explicarse mediante una ecuación de ley de potencias para el comportamiento tensión-deformación en el flujo plástico:

Donde n es el coeficiente de endurecimiento por deformación, σ _T es la tensión, ε _T es la deformación y K es el coeficiente de resistencia. ^{[ 9 ]} Mediante esta ecuación, se mantiene un flujo plástico estable al mantener un coeficiente de endurecimiento por deformación mínimo, ^{[ 10 ]} que puede expresarse como:

Este comportamiento de endurecimiento por deformación exponencial representa la curvatura óptima de la curva tensión-deformación, manteniendo un n mínimo para un flujo plástico no local estable. Se ha observado que los aceros TRIP exhiben este comportamiento de endurecimiento por deformación exponencial cuando se deforman a una temperatura cercana o superior a M _{s σ} , mostrando así un óptimo en la ductilidad plástica uniforme. ^{[ 11 ]} Según esta observación, el efecto TRIP puede invertir la curvatura del comportamiento tensión-deformación, y esta inversión impulsa una mejora significativa en la ductilidad uniforme.

Gracias a su alta capacidad de absorción de energía y resistencia a la fatiga, los aceros TRIP son especialmente adecuados para componentes estructurales y de seguridad en la industria automotriz, como travesaños, vigas longitudinales, refuerzos del pilar B, umbrales y refuerzos de parachoques. El efecto TRIP también se puede aprovechar en operaciones de conformado, donde la mejora de la ductilidad permite mayores ángulos de curvatura y procesos de conformado más agresivos sin que se produzcan fisuras.

La gama de aceros TRIP más común comprende 2 grados laminados en frío, tanto en formato sin recubrimiento como recubierto (TRIP 690 y TRIP 780), y un grado laminado en caliente (TRIP 780), identificados por su resistencia a la tracción mínima expresada en MPa .

Los aceros TRIP son muy adecuados para aplicaciones de blindaje, donde el aumento de la ductilidad uniforme (y, por lo tanto, de la absorción de energía balística) puede mejorar la protección contra proyectiles y amenazas balísticas , manteniendo o reduciendo al mismo tiempo el espesor de las placas.