Académico del Departamento de Ingeniería Metalúrgica finaliza importante proyecto FONDECYT sobre aceros TRIP

Con financiamiento del Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología (FONDECYT) concluyó este año el proyecto de investigación denominado “Microstructural and mechanical properties of ultrafast heating TRIP assisted steels” (propiedades mecánicas y microestructurales de aceros TRIP sometidos a calentamiento ultrarápido), código 1170905, liderado por el profesor Dr. Alberto Monsalve.

Este proyecto consistió en el estudio de la posibilidad de producir este tipo de aceros mediante una nueva tecnología que supone someter al material, durante su proceso de fabricación, a calentamiento a velocidades superiores a 100ºC/s.

Aceros TRIP

La abreviatura TRIP viene del inglés: Transformation Induced Plasticity (Plasticidad inducida por transformación). Se refiere a cierto tipo de aceros que presentan muy buenas propiedades mecánicas: alta resistencia y alto alargamiento antes de la rotura. Estas hacen que los aceros sean óptimos para ser usados en todas aquellas aplicaciones en que se requiera de gran resistencia mecánica, por ejemplo, en la industria minera, de la energía, naval, automotriz, entre otras.

Tradicionalmente, este tipo de aceros se fabrican mediante un tratamiento termomecánico complejo, que contempla laminación en caliente y en frío, más un tratamiento térmico final. Su resistencia mecánica depende fuertemente de una variable denominada “tamaño de grano”, que corresponde al tamaño del cristal que constituye su estructura. Se sabe que mientras menor sea dicho tamaño de grano, mayores son la resistencia mecánica y el alargamiento a rotura. Por esta razón, se busca en general disminuir este tamaño de grano. Es aquí donde entra el concepto de calentamiento ultrarápido.

Para entender este concepto, hay que señalar que lo normal es que las velocidades de calentamiento en procesos industriales normales se encuentran en el orden de 10ºC/s. La propuesta en este proyecto de investigación es subir esa velocidad de calentamiento a velocidades mayores de 100ºC/s, para lo cual se requiere de un equipo especialmente acondicionado para generar estas altas velocidades.  Pues bien, este equipo fue diseñado y construido en el contexto del presente proyecto. Consiste en un horno que calienta las muestras mediante el paso de corriente por ellas, fenómeno conocido por efecto Joule.

Se fabricaron aceros con tres composiciones químicas diferentes, los que fueron sometidos a diversos tratamientos de calentamiento ultrarápido, midiéndose posteriormente sus propiedades mecánicas, estudiándose además sus aspectos microestructurales. Se analizaron las fases presentes determinándose, mediante una estrategia combinada (microscopía óptica, electrónica y de fuerza atómica), la cantidad de cada una de ellas. Utilizando una técnica basada en rayos X, combinada con ensayos mecánicos, se determinaron los cambios microestructurales que tienen lugar en el material cuando es sometido a esfuerzos, concluyéndose que efectivamente los aceros fabricados presentan el efecto de plasticidad inducida por transformación y determinando que el aumento en la velocidad de calentamiento, produce una disminución el tamaño de grano y por lo tanto una mejora en las propiedades mecánicas.

En el marco de este proyecto, se han llevado a cabo dos tesis de pregrado que ya están concluidas y tres tesis de postgrado que están en su etapa final: dos de magíster y una de Doctorado en Ciencias de la Ingeniería. Se publicaron dos artículos para un congreso internacional y uno a una revista indexada (Metals). Para el desarrollo del horno, se requirieron los servicios de dos ingenieros electricistas, uno experto en electricidad de potencia y el otro en control. De esta manera el proyecto al involucrar especialistas de más de un área de la ingeniería, se transformó en un proyecto multidisciplinario y en un ejemplo de lo que es la integración interdepartamental.

En total tuvo una duración de tres años (2017 a 2019) y fue dirigido por el Doctor en Ingeniería, Alberto Monsalve González, académico del Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Santiago de Chile (USACH). Contó con la colaboración de los doctores Linton Carvajal O., Oscar Bustos C. y Alfredo Artigas A. de la USACH  y con el Doctor Diego Celentano del Departamento de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica de la Facultad de Ingeniería  de la Pontificia Universidad Católica de Chile. El doctor John Kern, del departamento de Ingeniería Eléctrica de la USACH, apoyó la parte de electrónica de potencia y de control. Contó con un financiamiento de 128 millones de pesos, adquiriéndose con estos recursos una máquina de tracción y un equipo de electropulido, ambos de última generación, equipos que fueron instalados en los laboratorios de la USACH. Próximamente se terminarán ambas tesis de magíster y la tesis doctoral que está en una estado avanzado de desarrollo, con lo cual se cerrará el proyecto.