Desarrollo de aceros fundidos para ser tratados térmicamente mediante carbo-austemperado

Development of steel castings to be heat treated by carbo-austempering

El carbo-austemperado es un tratamiento térmico mediante el cual la superficie de un acero de bajo carbono se carbura y luego durante el enfriamiento, se somete a un ciclo isotérmico con el objetivo de favorecer la formación de estructuras bainíticas en la capa carburada. En esta investigación se diseñaron dos aceros de bajo carbono susceptibles a ser carburados, los cuales se denominaron como A1 y A2. Como parte de la puesta a punto del tratamiento de carbo-austemperado, se establecieron las condiciones óptimas de los ciclos térmicos de homogenización, austenización y austemperado. Los aceros desarrollados se caracterizaron en cada una de las etapas mediante espectrometría de emisión óptica (EEO), microscopía óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (MEB), difracción de rayos X (DRX) y ensayo de microdureza Vickers (HV). Los resultados obtenidos permiten entender la influencia de la composición química sobre el control de las microestructuras obtenidas después del ciclo de transformación isotérmica, ya que, con frecuencia, la elaboración a nivel industrial del acero involucra transformaciones en enfriamiento continuo y solo mediante un balance entre los efectos producidos por un adecuado tratamiento térmico, se obtienen resultados óptimos en la microestructura y las propiedades mecánicas derivadas de esta.

INTRODUCCIÓN

Los aceros bainíticos libres de carburos (CFB, por sus siglas en inglés) han demostrado una mejor resistencia al desgaste y a la fatiga que los aceros convencionales, cuando se logra favorecer la formación de estructuras bainíticas en la capa carburada en vez de estructuras martensíticas. Se han reportado valores de dureza aproximada de 59HRC, resistencia a la tensión entre 1.1GPa y 2.2GPa, resistencia a la compresión del orden de 3GPa, límite de cedencia cercano a 1.2GPa, y ductilidad entre 5% y 20% con resistencia a la fractura (KIC) del orden de 45-90MPa-m1/2 (1-7. Esta combinación de propiedades excepcionales hace a los aceros carbo-austemperados superiores a los aceros cementados, con costos de producción equiparable o menores, con gran potencial de aplicación en las industrias del transporte, construcción, agrícola y militar, entre otras.

Las capas carburadas en las que predominan microestructuras bainíticas se obtienen mediante austenización seguida de austemperado a una temperatura que se encuentre entre la temperatura de inicio de la transformación bainítica, Bs, y la temperatura de inicio de la transformación martensítica, Ms 1. Esta microestructura provee resistencias mecánicas excepcionales, que se derivan de la ausencia de carburos de hierro y de la escala de la estructura, lo cual es función de la temperatura a la que se realiza el tratamiento isotérmico y de la composición química del acero.