Efecto del contenido de aluminio sobre la conformabilidad de aceros Fe-Mn-XAl-C

Abstract

El desarrollo de nuevos materiales menos densos y de alta resistencia ha sido uno de los focos de investigación de la industria automotriz en las últimas décadas. Lo anterior con el objetivo de reducir el peso de los automóviles, generando menos consumo de combustible y siendo más amigables con el medio ambiente. Una de las principales propiedades para los materiales en esta industria es la capacidad de conformación del material. En este trabajo se investigó la conformabilidad de tres aceros austeníticos FeMnAlC, con diferentes porcentajes de aluminio 0%, 3,5% y 8% y densidad 2%, 7% y 12% más baja que la de los aceros típicos de esas aplicaciones. También se utilizó el acero inoxidable AISI 304; como material de validación de la metodología. Se realizó la caracterización del acero inoxidable AISI 304 por medio de ensayos de tensión, anisotropía y curva límite de conformado bajo la norma ASTM 2218 y con un escalamiento de 1:2,8 tanto del montaje experimental como de las probetas. Con estos ensayos se determinó que la curva límite de conformado escalada se ubica por debajo de la estandarizada, con una diferencia del 10% en el parámetro FLD0_EST, debido a la escala y a diferencias en el coeficiente de fricción entre los dispositivos y los cuerpos de prueba. En cuanto a las aleaciones FeMnAlC, la aleación de 8% de aluminio es la que mayor conformabilidad presenta en la prueba de curva límite de conformado, sin embargo, al compararlas con el acero inoxidable AISI 304, todas presentan una baja conformabilidad, la cual está asociada a defectos en los cuerpos de prueba, como lo son, variaciones de espesor y alta rugosidad, lo que conlleva a que existan concentradores de esfuerzos en la superficie propiciando la fractura temprana del material. Adicionalmente, para las aleaciones FeMnAlC, se realizó la prueba de Limit Drawin Ratio, para un valor de LDR de 1,9; en la que la aleación de 8% mostró mejor desempeño, ya que tanto la de 0% Al y la de 3,5% Al presentaron el fenómeno conocido como wrinkling, el cual consiste en arrugas que aparecen en el borde en la dirección de embutido, mostrando que la ultimas requieren una mayor carga de apriete durante el proceso. Además, con esta prueba se logró determinar que la adición de aluminio mejora la conformabilidad de las aleaciones FeMnAlC en procesos de embutido, ya que para la de cero aluminio se presentaron grietas radiales en el borde de la copa, producto del endurecimiento por deformación causado por la transformación de austenita metaestable en martensita, mientras que para las otras dos aleaciones, gracias a la adición de aluminio, se aumentó la energía de falla de apilamiento lo cual disminuyó la densidad de maclas generadas en el proceso de embutido, mejorando la ductilidad del material y evitando que el material se agrietara