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SOLIDIFICACIÓN Y MICROESTRUCTURA DE UN ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO,…
SOLIDIFICACIÓN Y MICROESTRUCTURA DE UN ACERO
INOXIDABLE AUSTENÍTICO
Marco Teórico
La influencia de los elementos de la aleación en la microestructura de solidificación se puede escribir a partir de los tenores de los elementos estabilizadores de la fase 6 y de elementos estabilizadores de la fase y o, también, de tenores de Ni y Cr equivalentes
Los modos de solidificación de aceros inoxidables austeníticos son controlados por la fase primaria del proceso y por las transformaciones en el estado sólido, que están asociados a la composición de la aleación, expresada por la relación Creq/Nieq.
Dependiendo de la relación antes mencionada, tenemos:
Modo A:
Creq/Nieq < 1,25
Transformación total del líquido en austenita
Modo AF:
1,25 < Creq/Nieq < 1,48
Formación de austenita y ferrita. La solidificación se inicia con formación de austenita
Modo AF:
1,48 < Creq/Nieq < 1,95
Forma ferrita y austenita. La solidificación se inicia a partir de la formación de ferrita como fase primaria.
Modo F:
Creq/Nieq > 1,95
La fase ferrita es estable durante la solidificación y se transforma en austenita en el enfriamiento, produciendo estructuras de Widmanstätten.
El crecimiento dendrítico es de considerable importancia en la solidificación de aleaciones metálicas, pues controla diversos fenómenos y características, incluyendo micro y macro-segregación, distribución de porosidades y propiedades mecánicas de productos finales.
En el caso de los aceros austeníticos, la naturaleza de la estructura dendrítica dependerá del modo de solidificación.
El proceso de solidificación junto a una rama dendrítica será función de la distribución de soluto junto al líquido a ser solidificado y de la ocurrencia o no de difusión atómica en el sólido.
El objetivo del presente trabajo es el de evaluar la microsegregación de constituyentes para diferentes condiciones de solidificación de un acero AISI 316L.
Metodología
Iniciamos con: examen de las temperaturas de transformación del acero 316L por medio de la técnica de análisis térmico diferencial, usando moldes de alumina.
. La solidificación direccional fue obtenida en un equipamiento tipo Bridgman, donde las muestras de diámetro igual a 6,5 mm y altura de 100,0 mm fueron acondicionadas en tubos de alumina y procesadas por solidificación direccional con calentamiento inductivo.
La velocidad de solidificación fue de 1,0, 5,0 y 15,0 cm/h. El gradiente de temperatura fue de
aproximadamente 80 °C/cm. La temperatura de la zona caliente fue fijada a 1.600 °C y controlada por un pirómetro óptico.
Después de la solidificación, las muestras fueron debidamente seccionadas y preparadas metalográficamente a través del lijado, pulido y ataque químico en solución de HCl / HNO3 / H2O. Finalmente, tales muestras fueron observadas a través de microscopia óptica e electrónica de barrido.
Al compararse los ensayos realizados con velocidades de enfriamiento de 5 ºC/min y 10 ºC/min, se nota acentuada la diferencia entre los resultados
Cuando se utiliza una velocidad de enfriamiento pequeña, el sistema en estudio se encuentra más próximo al equilibrio.
Resultados
Con el aumento de la velocidad de enfriamiento, de la velocidad de solidificación, la liberación de energía asociada a esa transformación es pequeña
La primer transformación detectada por el análisis térmico diferencial corresponde a la temperatura liquidus de la aleación.
La segunda alteración corresponde a la temperatura de transformación del líquido remanente en fase sólida.
Evaluar el modo de solidificación, la forma e intensidad de la segregación de solutos y la evolución de la microestructura, las muestras del acero inoxidable AISI 316L fueron solidificadas direccionalmente.
Los perfiles de solutos obtenidos muestran claramente que todos los elementos analizados exhiben k<1 (para solidificación del tipo líquido a fase y).
El molibdeno exhibe un coeficiente de distribución menor que la unidad y un valor menor que aquellos obtenidos con cromo y níquel.
A través de los resultados de distribución del silicio se observa que ese elemento posee coeficiente de distribución menor que la unidad y un valor asociado a altos niveles de segregación.
Inicialmente, la muestra exhibía composición uniforme y al final del proceso, la distribución de los elementos fue alterada.
La relación entre estabilizadores de austenita y ferrita tiene su valor mínimo en el inicio de la muestra (Creq./Nieq=1,4) y su valor máximo en el final de la misma (Creq./Nieq=1,5).
Al aumentar la velocidad de solidificación de 1,0 cm/h para 5,0 cm/h, también fue posible constatar la transición del régimen plano para el celular, seguido del dendrítico.
En un proceso de fundición o soldadura, el tipo de morfología más común es la dendrítica
Para evaluar la redistribución de solutos a nivel microscópico, se procedió a analizar las composiciones en torno de una rama dendrítica resultante del crecimiento realizado con V = 1,0 cm/h.
Conclusiones:
El análisis térmico diferencial de las muestras de acero inoxidable AISI 316L permitió determinar sus temperaturas liquidus (1.434
C) y solidus (1.387
C).
Los elementos de :la aleación AISI 316L, incluyendo Cr, Ni, Mo, Mn, Si y P presentan coeficiente de distribución menor que la unidad.
A bajas velocidades de crecimiento, se constató que es posible obtener la solidificación con interfase sólido/líquido plana.
La segregación de solutos permite la formación de carbonatos de Cr y Mo con estructura eutéctica
JONATHAN STEEVEN MEJÍA LARA
Código: 7993
