Austemperado en Dos Etapas de Aceros Colados de Alto Silicio

Esto incide en las transformaciones del estado sólido del acero (en tratamiento térmico), que dependen de la composición química. En la Figura 1, la sostenibilidad está representada por el área encerrada bajo la curva.

Objetivos generales

Posteriormente, tras advertir que las restricciones impuestas por el Estado nacional se prolongarían por muchos meses, se decidió reconsiderar los objetivos o alcances de este trabajo, mediante solicitud dirigida al Departamento de Mecánica, mediante nota de fecha 5 de noviembre de 2020. , que fue aceptado el mismo mes. Esto provocó que los objetivos originalmente planteados, cuya consecución se basaba en el desarrollo de una importante actividad de laboratorio, cambiaran por otros considerando un enfoque diferente, para cuya realización se requiere un trabajo basado en el estudio de la bibliografía.

Objetivos particulares

Esta tesis de grado comenzó a desarrollarse en noviembre de 2019, razón por la cual es poco después de verse afectada en gran medida por la pandemia de Covid 19. Esto significó que el trabajo quedó prácticamente paralizado en su fase experimental desde el inicio de la cuarentena, el 19 de marzo de 2020.

Aceros

El acero y el diagrama Fe-C

A temperaturas más altas y hasta 1390 ºC, el hierro puro adquiere una estructura cristalina fcc, que forma el llamado hierro γ. A su vez, la solución sólida de carbono en hierro α forma la fase ferrita (α), con una solubilidad máxima de 0,02.

Microestructuras típicas de aceros

La perlita es una microestructura laminar que consiste en una mezcla de ferrita y cementita que se forma a temperaturas por debajo del eutectoide. La bainita y la ferrita acicular se forman a temperaturas inferiores a αw y superiores a la temperatura de inicio de la transformación martensítica (MS).

Diagramas de transformación isotérmica

La curva o punta de la curva C marca el cambio en el mecanismo de transformación (de reconstructivo a cortante). La apariencia o características de la microestructura bainítica depende principalmente de la temperatura de transformación (Navarro, 2006) Diagrama TTT: a) de un acero eutectoide, b) de un acero aleado.

Aceros avanzados de alta resistencia (AHSS)

Dual Phase (DP)

Aceros TRIP (Transformation Induced Plasticity)

Aceros microaleados (HSLA)

También se observa una mejora de la tenacidad a la fractura y una notable disminución de la temperatura de transición dúctil-frágil.

Aceros bainíticos

• Tratamiento térmico de austemperado
• Transformación bainítica
• Morfología
• Aceros bainíticos libres de carburos (BLC)

Diagrama de la nucleación y crecimiento de las subunidades de ferrita, que forman un punto en la transformación bainítica. Como se explicó, el crecimiento de la ferrita provoca el enriquecimiento en carbono de la austenita circundante. El efecto de la temperatura sobre el número relativo de fases se puede explicar en la Figura 23.

𝑋, 𝑋𝛼 y 𝑋To' son respectivamente las concentraciones de carbono en el acero, de la ferrita bainítica y de la austenita residual (dadas por la ubicación de To'). Finalmente, es difícil evaluar la contribución de la austenita retenida a la resistencia de estos aceros.

Discusión sobre aceros bainíticos libres de carburos

La Figura 28 muestra las propiedades de los aceros fundidos BLC desarrollados en DMI. Se puede concluir que las piezas fundidas de acero con microestructura BLC representan una muy buena combinación de propiedades mecánicas que cumplen con creces los requisitos de la norma ASTM A148. En los últimos 20 años se han producido importantes avances en la caracterización de este tipo de acero, liderados principalmente por el prof.

Por el contrario, el trabajo de investigación y desarrollo sobre aceros fundidos bainíticos libres de carburos es escaso, por lo que se cree que es un tema que puede y debe ser investigado, especialmente si se desea incluir este tipo de microestructuras en el mercado. piezas moldeadas. La revisión bibliográfica ha permitido identificar que es necesario evaluar la influencia de la estructura de endurecimiento, microsegregación y otros defectos presentes en las piezas fundidas, sobre los parámetros del tratamiento térmico, la microestructura obtenida y las propiedades mecánicas de este tipo de acero.

Técnica de fusión y colada

Defectos típicos en piezas coladas

Durante la solidificación de aleaciones se esperaría que se formaran cristales con la misma composición química que el líquido, pero en la mayoría de los casos esto no sucede porque el soluto no tiene la misma solubilidad en el líquido que en el sólido, Porters (1992) . De aquí surge el concepto de coeficiente de partición k, que relaciona la concentración de solutos en el sólido y en el líquido, según (Ecuación 2. Si k<1, el sólido formado tiene una concentración de sustancias solutos Xs menor que la de el líquido Por lo tanto, el exceso de soluto, XL – XS, se descarga en el líquido, aumentando su concentración a medida que avanza la solidificación. Durante la solidificación del acero fuera de equilibrio, surge una distribución no uniforme de los elementos de aleación, llamada microsegregación, dando como resultado una composición química heterogénea.

La mayor parte del trabajo sobre acero HRC se ha realizado sobre acero, que tras su solidificación se homogeneiza y/o lamina, dando como resultado una composición química más homogénea. La homogeneización es un tratamiento térmico en el que la pieza se mantiene durante largos períodos (48 horas) a una temperatura alta (~1200 °C) para activar la difusión y reducir la microsegregación.

Microestructura de solidificación en aceros colados de alto silicio

Espaciado dendrítico secundario

Desgaste por abrasión

Clasificación del desgaste por abrasión

Estudios realizados sobre el desgaste para aceros BLC

Comparación de los resultados de la prueba Pin-on-Disk para diferentes materiales con alta resistencia a la abrasión. Se observó una mayor resistencia a la abrasión para el acero BLC, a pesar de no ser el más duro (Figura 37). Este resultado está relacionado con el endurecimiento superficial del acero BLC, hasta una dureza máxima de aproximadamente 850 kgf/mm2, mientras que las estructuras martensíticas y perlíticas experimentan una caída en la dureza superficial debido a la abrasión.

Existen numerosos estudios sobre estos aceros que han demostrado que las partículas de desgaste sometidas a cargas elevadas son de naturaleza metálica y que los aceros bainíticos pueden resistir la delaminación más eficazmente que los aceros martensíticos. En este sentido, según estos estudios, se espera que los aceros HRC fundidos tengan una buena resistencia al desgaste.

Introducción

Mejora de la estructura BLC mediante el austemperado en etapas

Un método alternativo para lograr un mayor progreso de transformación, que consiste en el austemperado por etapas (a menudo dos), que ha sido eficaz para mejorar la tenacidad y ductilidad del acero laminado HRC y también se ha aplicado con éxito en hierro dúctil austemperado (ADI). La primera (en adelante versión 1) consiste en austemperar una Tbi1 el tiempo suficiente para llegar al final de la transformación. Luego, las muestras se transfieren rápidamente a un segundo baño de sal a una temperatura más baja, en el que la austenita residual de la etapa 1 ahora tiene la fuerza impulsora para transformarse en ferrita bainítica.

Durante la primera etapa en Tbi1 se consigue un mayor subenfriamiento de la austenita y en consecuencia se genera un mayor número de sitios de nucleación que en el tratamiento convencional, gracias a una mayor fuerza impulsora de la nucleación, con una baja tasa de crecimiento. La versión 1 del austemplado en dos etapas conduce a un mayor avance en la transformación bainítica al bajar la temperatura y se justifica por la capacidad de la austenita de mantener una mayor cantidad de C en solución sólida a una temperatura más baja, es decir en la posición de la línea T0.

Antecedentes sobre Aceros BLC Laminados

Austemperado en 2 etapas

El análisis microestructural de la segunda etapa de austmperización muestra que la temperatura y los tiempos elegidos cumplieron efectivamente su propósito. Por otro lado, la Figura 40-b muestra que el espesor promedio de la placa de ferrita de bainita disminuye al aumentar t bi2, debido a la formación de nuevos picos de bainita más refinados en la segunda etapa. También se puede ver en la Figura 42 que la segunda etapa de austemperado provocó una disminución en el porcentaje de austenita en bloque y un aumento en la austenita en película.

Por otro lado, se puede ver en la Figura 43 que, excepto en el caso del templado de la muestra durante 72 horas (muestra D), el segundo nivel de templado resultó en un aumento de la ductilidad. Es importante señalar que si el tiempo de la segunda etapa es demasiado largo (muestra D), V disminuye hasta tal punto que la ductilidad se reduce con respecto a la muestra obtenida en una etapa (muestra A).

Austemperado en 3 etapas

La Figura 46-a muestra el efecto de la transformación de varios pasos sobre la dureza y la resistencia al impacto. La Figura 46-b muestra que la resistencia a la tracción fue de y 1532 MPa para una, dos y tres etapas, respectivamente, mientras que el alargamiento también aumentó ligeramente, lo que se atribuye a una mayor estabilidad de la austenita remanente y una disminución en la cantidad de martensita ( fase frágil) en dos y tres pasos. Efecto de la transformación bainítica de varias etapas. a) dureza Vickers (1 kgf) y resistencia al impacto, y (b) resistencia a la tracción y alargamiento.

Esto se traduce en una mejora de la dureza, las propiedades de tracción y la resistencia al impacto. En el caso del tratamiento en tres etapas se consiguió una mejora significativa de la resistencia y una ligera disminución de la misma.

Efecto de la microsegregación en aceros BLC colados

Otro análisis interesante es la influencia de la microsegregación sobre las microestructuras bainíticas una vez completada la transformación. Las diferencias en las propiedades de la austenita retenida pueden explicarse por el mecanismo de transformación bainítica. La Figura 51 muestra la línea T0 para el acero fundido con la composición de la Tabla 6.

La Figura 52 presenta esquemáticamente el progreso de la transformación bainítica en las regiones FTF y LTF. El retraso en la transformación bainítica en zonas microsegregadas ha provocado el desarrollo de ciclos térmicos alternos (por etapas), con el objetivo de obtener un mayor avance de transformación en dichas zonas.

Antecedentes en la fundición nodular austemperada (ADI)

Versión 1

En el caso de la versión 1, es decir, para Tbi1 > Tbi2, se espera la formación de nuevos picos de bainita en la segunda fase, a partir de los bloques de austenita no transformados de la primera. Por lo tanto, se espera que al aumentar tbi2 en la segunda etapa, la microestructura contenga una mayor proporción de picos de bainita y menos cantidad de austenita retenida. En cuanto a las propiedades mecánicas, se espera que la disminución en la cantidad de austenita en bloques genere un aumento en la ductilidad y la resistencia al impacto, pero no tenga una fuerte influencia en la tensión última y la dureza.

Debido a que aproximadamente el 65% del volumen de las muestras se transforma en ferrita bainítica en la primera etapa, y debido a que la resistencia de estos aceros depende del tamaño de grano efectivo (efecto Hall-Petch, Sección 5.3.4.6), se espera que el La formación de puntas nuevas y más refinadas promueve cierto grado de mejora en la resistencia del acero. Además, la presencia de microconstituyentes dúctiles, como ferrita y austenita, tiene una fuerte influencia en la capacidad de consumir energía durante el desgaste, además del consumo de energía asociado con la transformación de austenita en martensita debido al estrés mecánico. .

Versión 2

También dará como resultado una disminución en la proporción de austenita en bloques y un aumento de la austenita en película con un mayor % de C, haciéndola más estable. A partir de la revisión bibliográfica se logró ampliar el conocimiento sobre los aceros HRC en términos de microestructura, propiedades mecánicas y tribológicas. Se compararon las propiedades de las piezas fundidas de acero BLC enumeradas en la bibliografía con los requisitos de ASTM A148 (Especificación estándar para piezas fundidas de acero, alta resistencia, para fines estructurales), y se encontró que los aceros BLC tienen una muy buena combinación de propiedades mecánicas. y cumple con creces los requisitos de la norma.

Con base en la revisión bibliográfica y la experiencia del grupo de trabajo, se diseñaron tratamientos térmicos de dos etapas para un acero fundido para reducir la austenita atrapada y mejorar las propiedades mecánicas. Esto debería dar lugar a un aumento significativo de la ductilidad del material y también de su resistencia.