Characterization of the effect of laser surface texturing in TRIP steels

L'ús de noves estratègies d'alleugeriment de pes en la indústria de l'automoció motiva la investigació en relació a nous materials amb millors propietats que permetin la disminució del pes dels automòbils. Per a aplicacions en les quals les forces de fricció són un problema i per tant, s'implementen sistemes de lubricació, el texturitzat làser s'ha posicionat en la indústria com una beneficiosa tècnica de fabricació. Combinant aquestes dues idees, el present Treball Fi de Màster té com a objectiu analitzar l'efecte de la modificació superficial mitjançant texturitzat làser en un acer TRIP. La recerca bibliogràfica realitzada va determinar una manca d’articles científics i publicacions de conferències en relació al mètode de texturitzat làser aplicat en modificació de superfícies de l'acer inoxidable metastable 301LN. No es van trobar referències considerant aquest material i aplicació, de manera que aquest fet serveix com a motivació per al treball dut a terme en aquest TFM. Durant el desenvolupament d'aquest treball, s'han optimitzat els diferents paràmetres làser mitjançant el Disseny d'Experiments i s'han fabricat tres tipus de mostres amb l'objectiu de comparar els efectes de la velocitat d'escaneig del làser en la seva topografia, microestructura i propietats mecàniques. S'han analitzat la topografia i microestructures obtingudes per mitjà de diferents tècniques de caracterització, així com també s'han avaluat les propietats mecàniques mitjançant assajos de nanodesgast. De la comparació dels diferents resultats s'ha conclòs que una major velocitat d'escaneig del làser genera un resultat més convenient per a l'aplicació esmentada anteriorment.El uso de nuevas estrategias de lightweight design en la industria de la automoción motiva la investigación con relación a nuevos materiales con mejores propiedades que permitan la disminución del peso de los automóviles. Para aplicaciones en las que las fuerzas de fricción son un problema y por lo tanto, se implementan sistemas de lubricación, el texturizado laser se ha posicionado en la industria como una ventajosa técnica de fabricación. Combinando estas dos ideas, el presente Trabajo Fin de Master tiene como objetivo analizar el efecto de la modificación superficial mediante texturizado laser en un acero TRIP. La evaluación bibliográfica realizada determinó un claro vacío en artículos científicos y publicaciones de conferencias en relación al método de texturizado laser aplicado en modificación de superficies del acero inoxidable metaestable 301LN. No se encontraron referencias considerando este material y aplicación, por lo que este hecho sirve como motivación para el trabajo llevado a cabo en este TFM. Durante el desarrollo de este trabajo, se han optimizado los diferentes parámetros laser mediante el Diseño de Experimentos y se han fabricado tres tipos de muestras con el objetivo de comparar los efectos de la velocidad de escaneo del láser en su topografía, microestructura y propiedades mecánicas. Se han analizado la topografía y microestructuras obtenidas por medio de diferentes técnicas de caracterización, así como también se han evaluado las propiedades mecánicas mediante ensayos de nanodesgaste. De la comparación de los diferentes resultados se ha concluido que una mayor velocidad de escaneo del láser genera un desempeño más conveniente para la aplicación mencionada anteriormente.The use of new lightweight design strategies for the automotive industry motivate the research of new materials with improved properties that allow a decrease in the weight of the cars. For applications in which high friction forces are present and lubrication systems need to be implemented, laser texturing is an advantageous manufacturing technique that is currently being used in the industry. Combining these ideas, the present master’s thesis aims to analyse the effect of surface modification laser texturing process in a TRIP steel. The scientific literature review that was carried out determined a clear gap in article and conference publications regarding the laser texturing technique for surface modification purposes applied to the 301LN metastable stainless steel. No reference was found in relation to this material and application and thus, this serves as motivation for the development of this research work. During this master’s thesis, the different laser parameters have been optimised by means of a design of experiments (DoE). In this sense, three different type of samples have been manufactured with the aim of comparing the effect of the laser scanning speed in their topography, microstructure and mechanical properties. The resulting topography and microstructure have been examined using different advanced characterisation techniques, as well as, the mechanical properties which were analysed by means of nanoindentation and nanowear tests. The comparison of the different samples derived in the assumption that a higher laser scanning speed generates the preferred laser track performance for the above mention application