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PhD Thesis, Mari Carmen Taboada

Mari Carmen Taboada

Mari Carmen Taboada

Title: Aceros avanzados de alta resistencia de matriz bainítica: Estudio de la transformación de fase y de las relaciones entre procesamiento, microestructura y propiedades mecánicas

Defense Date: 26/10/2018

Director: Denis Jorge-Badiola

Abstract

Debido a la creciente exigencia de la industria automovilística por aligerar el peso del vehículo e incrementar la seguridad, han surgido nuevos grados de acero de alta resistencia. Los aceros bainíticos libres de carburos, por sus buenas propiedades mecánicas, son candidatos a formar parte de la tercera generación de aceros avanzados de alta resistencia. Este tipo de acero se produce principalmente en forma de chapa en líneas de recocido continuo o galvanizado, por lo que las diferentes variables del proceso influyen de manera notable, tanto sobre su microestructura final como en las propiedades mecánicas.

Esta tesis se ha centrado en el estudio de dos aceros bajo carbono con matriz bainitica aleados respectivamente con silicio y cromo. En primer lugar, se han analizado las cinéticas de transformación de ambos aceros durante su permanencia en la región bainítica y se ha estudiado en detalle la evolución microestructural de ambos con las variables del ciclo térmico. Para llevar a cabo este estudio, se han realizado ensayos de dilatometría donde se ha variado la temperatura de austenización, la velocidad de enfriamiento y la temperatura y tiempo de mantenimiento en la región bainitica. Además, ha sido necesario desarrollar una metodología para la preparación metalográfica de las muestras y la cuantificación de las fases que componen la microestructura a través de diferentes técnicas (óptico, FEG-SEM, EBSD y rayos X).

En segundo lugar, se han estudiado las propiedades mecánicas de estos aceros atendiendo a tres puntos. En el primero, se ha tenido en cuenta el comportamiento mecánico de cada uno de los microconstituyentes: bainita, martensita de bajo carbono, martensita de alto carbono y austenita retenida. En concreto, se ha medido la dureza a través del empleo de la técnica de nanoindentación y se ha relacionado esta propiedad con las variables del proceso.

Con el objeto de profundizar en las relaciones microestructura-proceso-propiedades mecánicas, se han realizado una serie de ensayos de tracción sobre las muestras extraídas de chapas recocidas en el simulador de recocido vertical que posee el CEIT. Estos ensayos, junto a otros ensayos incluidos dentro del proyecto Baseform, proyecto en el que se enmarca esta tesis, han dado lugar a una gran variabilidad de limite elástico, resistencia a la tracción y elongaciones. Esto ha permitido realizar un análisis exhaustivo de las relaciones entre propiedades mecánicas, microestructura y procesamiento.

Además de las propiedades a tracción, como tercer punto, se ha estudiado la conformabilidad. La baja conformabilidad en frio y los problemas de agrietamiento de borde de los aceros multifásicos son las principales desventajas que presentan los aceros multifásicos. Por ello, se busca de manera incesante el modo de evitar estos problemas e incrementar la conformabilidad. En este trabajo se han empleado los resultados de los ensayos de expansión de orificio (HET), obtenidos dentro del proyecto Baseform, con ellos se mide de forma indirecta la conformabilidad, con el objeto de relacionar esta propiedad con la microestructura y así mejorarla a través de la optimización de la microestructura.

Por último, se han realizado ensayos de tracción sobre diferentes geometrías de probeta para estudiar cómo evoluciona la microestructura con la deformación y cómo y dónde se produce el daño en el acero con alto contenido en Si. Se ha analizado la evolución de la austenita retenida, afectada por el efecto TRIP (transformation induced plasticity) y de la matriz bainítica, tanto en la región de deformación uniforme como dentro de la zona de estricción. Además, se ha evaluado los lugares donde se originan las cavidades y como tiene lugar la fractura.

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