Análise numérica e experimental de um aço TRIP submetido aos processos de estampagem a quente e têmpera e partição (Q&P) = Análisis numérico y experimental de un acero TRIP sometido a los procesos de estampado en caliente y temple y partición (Q&P)

The development of numerical and physical simulation methods has created new possibilities regarding the optimization of metal forming processes, taking into account real industrial forming processes. Therefore, by applying such methods of analysis it is now possible to assess the material phase transformations and predict the interactions between material properties and the forming process, the constitutive behavior of the material, and optimize process variables as well as predicting the best material-process-performance relationship. The increasing usage of Advanced High Strength Steels (AHSS) in automotive applications demands a better insight of the physical phenomena involved in the thermomechanical processing in order to optimize the performance of the final manufactured part. Thermomechanical simulation of the hot stamping, quenching and partitioning process was carried out in a Gleeble machine coupled to the XTMS Synchrotron X-ray diffraction line at the National Nanotechnology Laboratory (LNNano). Carbon partitioning, carbon contents, and amount of retained austenite, martensite, bainite and ferrite was assessed online during the experiments. In addition, characterization techniques by optical, electron microscopy (FEG-SEM and STEM), EBSD, and Atom Probe Tomography (APT) were applied. Mechanical testing of subsize specimens of the processed steels was performed by means of tensile tests and macro and nanoindentation tests. The numerical analysis was performed using the finite element method (FEM) and object-oriented finite element technique (OOF). The results were compared with the experimental results of mechanical testing of specimens used in the thermomechanical simulations and with hot stamped sheets, where quenching and partitioning were carried out. The results and conclusions obtained in this project allow the identification of the fundamental mechanisms of the process, helping the design of the hot stamping process for AHSS steels used primarily in the automotive industry, seeking weight reduction to improve fuel economy and increased pedestrian and passenger safety. Resumen: El desarrollo de métodos de simulación física y numérica ha creado nuevas posibilidades para la optimización de los procesos relacionados con el estampado con la inclusión de procesos industriales reales. Por lo tanto, al aplicar estos métodos de análisis, es posible evaluar la transformación mecánica y las transformaciones de fase que ocurren en el material y predecir las interacciones entre las propiedades de los materiales en el proceso de conformado, el comportamiento constitutivo del material, las variables de optimización del proceso, así como la predicción de esfuerzos y deformaciones para establecer la mejor relación material-proceso-desempeño. La introducción y el uso creciente de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) en aplicaciones automobilísiticas requiere una mayor comprensión de los fenómenos físicos involucrados en el procesamiento termomecánico con el fin de optimizar el desempeño de la pieza final fabricada. El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar experimentalmente el proceso de estampado en caliente, con el posterior tratamiento térmico de temple y partición y analizar las microestructuras formadas y sus propiedades mecánicas. La formación de microestructuras durante el proceso de estampado en caliente y de temple y partición se evaluó en este trabajo mediante simulación física en un simulador termomecánico Gleeble acoplado a una línea de difracción de rayos X de luz sincrotrón (XTMS) en el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano). Fueron evaluadas la partición de carbono, la estabilidad térmica de la austenita retenida y la formación de microconstituyentes resultantes de la transformación de austenita durante el enfriamiento forzado (enfriamiento rápido), seguido de la partición de carbono en escalas isotérmicas. Se utilizaron técnicas de caracterización por microscopía electrónica (SEM-FEG y STEM), EBSD, tomografía por sonda atómica (APT) y evaluación de propiedades mecánicas mediante pruebas de tracción y nanoindentación instrumentada. El análisis numérico se realizó utilizando el Método de Elementos Finitos (FEM) y FEM Orientado a Objetos (OOF) para establecer correlaciones entre la microestructura y las propiedades mecánicas, comparando los resultados experimentales. Los resultados y conclusiones obtenidos en el presente proyecto de investigación, además de permitir la identificación de los mecanismos fundamentales de generación de microestructuras durante el proceso, ayudan en el proyecto de aceros AHSS estampados en caliente, utilizados principalmente en la industria automotriz, en la búsqueda de la reducción del consumo de combustible a través de reducción de peso y aumento en la seguridad de los pasajeros y los peatones