Aceros Avanzados: Microestructura, Propiedades y Aplicaciones

Aceros de Alta Resistencia

Los aceros avanzados se caracterizan por microestructuras complejas que les confieren propiedades mecánicas superiores. A continuación, se describen algunos tipos clave:

Aceros de Fase Dual (DF)

Los aceros Dual Phase (DF) son aceros bajos o medios en carbono tratados térmicamente para conseguir una microestructura formada por ferrita y martensita o bainita.

• Límite de fluencia elevado debido a las tensiones concentradas en la ferrita circundante, provocadas por el aumento de volumen y la formación de martensita.
• Alta tensión máxima de tracción (UTS), en parte debido a la microestructura martensítica.
• Gran alargamiento uniforme.

Aceros con Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP)

La microestructura TRIP está constituida básicamente por cantidades variables de austenita en una matriz de ferrita; además de un mínimo de 5% en vol de austenita retenida, están presentes fases de alta dureza, la bainita y la martensita en cantidades variables.

En los aceros TRIP, al deformar plásticamente el acero, la austenita retenida se transforma progresivamente en martensita, aumentando aún más la velocidad de endurecimiento por deformación y llevando a niveles superiores la resistencia del acero. En consecuencia, estos aceros son más fácilmente conformables que los aceros de fase dual, especialmente a altos coeficientes de deformación (valores de n > 0.2) con una resistencia mecánica similar.

La cantidad de deformación a la cual inicia la transformación de la austenita en martensita puede ajustarse mediante el contenido de carbono:

• Poco carbono: la austenita inicia su transformación inmediatamente después de la deformación, incrementando la velocidad de endurecimiento por deformación y la facilidad de conformado durante el proceso de estampado.
• Mayores contenidos de carbono: la austenita retenida es más estable, transformándose solamente a niveles de deformación más allá de los producidos durante su conformado. Esto es, la austenita aún existe en la parte ya terminada, pudiéndose transformar a martensita durante una deformación subsecuente, como un choque.

Aceros de Fase Compleja (CP)

La microestructura de los aceros CP contiene pequeñas cantidades de martensita, austenita retenida y perlita con una matriz de ferrita/bainita.

• Se obtiene un grano extremadamente fino mediante recristalización retardada o la precipitación de elementos microaleantes como el titanio o el wolframio.
• Ofrecen resistencias máximas de hasta 800MPa y aún mayores.

Aceros con Plasticidad Inducida por Maclado (TWIP)

Los aceros Twinning-Induced Plasticity (TWIP) tienen un contenido de manganeso en el rango de 17 al 24 % y carbono en el rango del 0.5 a 0.7%.

• Modo de deformación: en forma adicional al mecanismo clásico de deslizamiento de dislocaciones, estos aceros también se deforman mediante el mecanismo de maclado.
• Las fronteras de la macla se comportan como obstáculos al movimiento de las dislocaciones, de manera similar a los límites de grano. Mientras se deforma, la densidad de límites de macla se incrementa.
• El coeficiente de endurecimiento instantáneo n se mantiene a un nivel elevado (n>0.45) y la estructura es más y más fina, y consecuentemente la formación de cuello se relega a una mayor cantidad de deformación.

Efecto del Carbono (C) y Nitrógeno (N)

Carbono (C):

• Baja solubilidad.
• El exceso forma carburos (susceptibilidad a la corrosión intergranular).

Nitrógeno (N):

• Muy soluble en austenita.
• No produce corrosión intergranular (Cr₂N).
• Puede sustituir al Ni en los inoxidables austeníticos.

Aceros Inoxidables Ferríticos

Los aceros inoxidables ferríticos presentan una estructura ferrítica estable hasta la fusión.

• Contienen entre 10,5 % y 30% de Cr y un máximo de 0,5% de Ni.
• Presentan magnetismo.
• Resistencia a la corrosión: por líquidos, a alta temperatura, por picadura y bajo tensión.
• Buena conformabilidad por trabajado en frío.
• Tratamiento térmico (TT): Recocido más temple desde 600ºC. Alivio de tensiones. Prevenir la fragilización a 475ºC (fase σ).
• Menor costo que los inoxidables austeníticos.
• Principales aplicaciones: equipo y utensilios domésticos, aplicaciones arquitectónicas y decorativas.
• Son difíciles de soldar (formación de fases frágiles).
• Mala transición dúctil-frágil.
• Presentan fragilización en caliente:
  • Por formación de α´ (entre 400-540 ºC). Fase frágil y rica en Cr. Su formación se acelera por la deformación en frío y el Ni, Mn, Si.
  • Por formación de σ (entre 500-800 ºC). Frágil. Su formación se acelera por la deformación en frío y el Ni, Mn, Si.
  • Por alto contenido en carbono (formación de Cr₂₃C₆). No se deben usar por encima de 325º.

Aleantes: C < 0.08% por su elevado carácter austenificante. El bajo porcentaje de carbono:

• Mejora la tenacidad.
• Disminuye la dureza.
• Baja resistencia (275MPa-415MPa).
• Minimiza la sensibilización.
• Son poco susceptibles a la corrosión intergranular.
• S y Mn mejoran la maquinabilidad, al tenacidad, Mo y Ti un aumento de la resistencia.