ACERO TWIP (TWINNING INDUCED PLASTICITY)

Durante los últimos años y debido a las crecientes exigencias de reducir la emisión de gases

contaminantes a la atmósfera, tomar medidas pertinentes hacia el medio ambiente se ha hecho

imprescindible; las industrias automotrices han notado este fenómeno, por tanto han realizado un

esfuerzo por desarrollar vehículos con un menor consumo de combustible. Una forma de lograr

este cometido de llevar a cabo esta reducción en el consumo de combustible, es la introducción

de mejoras en el motor incrementando su eficiencia, pero la principal labor va encaminada a una

disminución del peso del vehículo.

Los aceros TWIP hacen parte de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSS), por sus

siglas en inglés. Ello quiere decir que esta clase de aceros son de alta resistencia mecánica y de

gran ductilidad, así que permiten que la calidad de los productos terminados de esta industria se

extienda ampliamente; por lo cual su uso se ha incrementado considerablemente frente al de los

aceros convencionales en la industria automotriz.

Los aceros TWIP tienen una capacidad de alargamiento excepcional que puede,

por ejemplo, alcanzar el 50% para una resistencia mecánica de 1000 MPa o

incluso el 35% para 1400 MPa. Es la primera vez que un acero ofrece

propiedades tan extremas. Este material está especialmente adaptado para

aligerar las piezas de estructura automóvil y así contribuir a la reducción de los

gases de efecto invernadero1.

Los aceros austeníticos tipo TWIP (Twinning Induced Plasticity) se dan por medio de un

conformado básicamente en frío, aunque se le puede conseguir en caliente. Este conformado se

1 DÍAZ DEL CASTILLO RODRÍGUEZ, Felipe (2009). Los nuevos aceros para la industria automotriz. Facultad de estudios superiores Cuautitlán. Disponible en: http://profefelipe.mex.tl/imagesnew/4/6/9/5/1/nuevos_aceros.pdf.

obtiene al someter el acero a un proceso de deformación, de modo que se deformará por medio

del maclado y con ayuda de ciertos elementos de aleación se consiguen así unas excelentes

propiedades mecánicas.

Para mejorar las propiedades de estos aceros, con respecto a los aceros convencionales,

estructurales, inoxidables, etc. se les debe agregar ciertos elementos de aleación que se encargan

de determinar cuáles son las mejoras presentes más importantes frente a otro tipo de aceros. Los

elementos de aleación y el porcentaje que se manipule de ellos permite la optimización del acero,

de manera que la utilización de Manganeso (17-24%), Silicio (1-3%), Aluminio (1-3%), entre

otros, y un cierto porcentaje de Carbono (alrededor de 5 a 7% C) logra este objetivo.

Sólo uno de los elementos de aleación, al igual que el Carbono, C, es un elemento Gammágeno;

el Manganeso, Mn, el cual sirve para aumentar el rango de estabilidad de la austenita (solución

sólida de carbono en hierro-μ), es decir, para obtenerla a temperatura ambiente, ya sea por un

conformado a bajas o altas temperaturas; pero siempre evitando la formación de martensita, lo

cual se consigue con la presencia del aluminio. El manganeso, Mn, además de estabilizar la

austenita, ayuda a la formación de maclas, es decir, que al deformar el material, éste deforme

mediante el mecanismo de maclado (efecto twinning). Debido a este mecanismo los aceros TWIP

presentan elevadas deformaciones. Así que es trascendental buscar evitar la formación de

martensita, en la medida de lo posible, en el proceso de obtención de estos aceros, ya que el

material perdería la propiedad de ductilidad, fundamental en la elaboración de piezas

automotrices.

Según los observado por un proyecto de conformabilidad en caliente de aceros TWIP, presentado

en la Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona y propuesto por: Rosa María

Pineda Huitrón; el maclado solo se produce cuando la energía de apilamiento se encuentra entre

18 y 35 mJ/m2, para valores inferiores, se produce la transformación de la ausentita en martensita

y para valores superiores a este rango se considera un endurecimiento por deslizamiento de

dislocaciones, esto es lo que no se busca en estos procedimientos, lo contrario de lo que se quiere

lograr en estos tipos de acero.

Las formación de las maclas y, a su vez, las fronteras de las mismas se comportan como

obstáculos para el movimiento de las dislocaciones de manera similar al que se puede observar en

los límites de grano. A medida que se deforma, la densidad de los límites de las maclas se

incrementa, esto lleva a obtener un índice de endurecimiento por deformación alto (alrededor de

0.4) y, por ende, una gran resistencia mecánica, resultado que se pretende obtener con este

procedimiento. Otro efecto que tiene el maclado, durante la deformación, es que se obtenga una

plasticidad elevada para que el desempeño del material sea de un rendimiento muy superior; lo

cual lleva a decir que la ductilidad se verá aumentada y así se dará la optimización del acero, que

es lo que se busca en ellos.

En la industria automotriz hay algunos problemas que pueden ser solucionados con estos de

aceros, para lo cual se busca básicamente una reducción de peso del vehículo y la seguridad de

los ocupantes. En cuanto a resistencia, absorción de energía a impacto y conformabilidad son

llevados a calidades de aceros como los aceros TWIP, que poseen las propiedades requeridas. De

las grandes soluciones o mejoras que propone la utilización de los aceros TWIP sobresale la de

reducir la densidad de la carrocería de los automóviles, con la incorporación de componentes de

ésta como: bastidores, barras de seguridad y cualquier componente que sea parte de la carrocería.

Para citar un ejemplo, se puede señalar que el ahorro de peso estimado en un bastidor, si se

utilizan aceros TWIP respecto a si se hace a partir de acero convencional, es de 13%, esto sería

lo ideal porque se obtendrían beneficios o ventajas elevadas en cuanto a costos y rendimiento se

refiere para las industrias automotrices.

La exigencia que hoy día se da por las industrias recae en el empleo de materiales de buena

calidad; pero que, a su vez, se tenga un costo-beneficio, es decir, que haya un margen de

ganancias adecuado; estas ganancias son dadas por una reducción de peso de los vehículos y, por

ende, un menor consumo de combustible, con respecto a si se utilizarán otros tipos de materiales;

esto se da gracias a que se anexen aceros de alta resistencia mecánica y gran ductilidad, los cuales

son los aceros TWIP.

Para lograr la supervivencia de estos aceros, ellos deben de ser capaces de competir en el

mercado con el aluminio, plásticos y magnesio. Para que esto suceda, los aceros deben de ser

ligeros, resistentes y más estables que los productos de sus competidores; esto es posible de ser

logrado por las óptimas propiedades presentes en ellos, las cuales, a su vez, son conseguidas

cuando el material es sometido a un conformado, donde el mecanismo dominante son las maclas

y no el deslizamiento de dislocaciones, mecanismo por el cual se obtienen grandes propiedades

de ductilidad y resistencia mecánica. De modo que los beneficios que ofrecen los aceros TWIP

hacen parte de la nueva generación de materiales para la industria automotriz.

Bibliografía

http://materiales.azc.uam.mx/area/Ciencia_Materiales/2260230/ROYECTO%20DE

%20INVESTIGACION%202260230%20ESTUDIO%20DEL%20FLUJO

%20SUPERPLASTICO/FORMACION%20DE%20RECURSOS%20HUMANOS%20-

%20PROYECTOS%20TERMINALES/PROYECTO%20TERMINAL%20PFC_Rosa

%20PINEDA%20HUITRON_UAM-09O.pdf

DÍAZ DEL CASTILLO RODRÍGUEZ, Felipe (2009). Los nuevos aceros para la industria

automotriz. Facultad de estudios superiores Cuautitlán. Disponible en:

http://profefelipe.mex.tl/imagesnew/4/6/9/5/1/nuevos_aceros.pdf.

http://www.gef.es/Congresos/25/PDF/4-1.pdf

OSCAR MAURICIO BRAVO MOLINA, cód.: 2072890