Influence of ultrasonic treatment on the structure of high-carbon steel

Influencia del tratamiento ultrasónico en la estructura del acero de alto contenido en carbono

Discusión de los resultados de las pruebas industriales de amplificación acústica de acero de alto contenido en carbono en una lingotera de 130 kg. La amplificación del sonido se llevó a cabo mediante una guía de ondas sumergida en acero líquido y conectada a un cabezal piezoeléctrico excitado acústicamente con un oscilador de potencia. El tratamiento ultrasónico tenía varias finalidades, una de las cuales era inducir movimiento en el acero líquido durante la solidificación. Como resultado de las pruebas realizadas, se determinó que, en los lingotes sometidos a tratamiento ultrasónico en comparación con los lingotes que solidificaban sin él, se reducía la segregación axial de los elementos y aumentaba en varios puntos porcentuales la proporción de la zona equiaxial en el área de impacto de las ondas acústicas.

INTRODUCCIÓN

Unos requisitos cualitativos específicos obligan a los fabricantes de acero a esforzarse por obtener lingotes de la máxima calidad disponible, cuya medida son, por un lado, la limpieza y homogeneidad de la composición química del acero y, por otro, la mayor zona equiáxica.

Hoy en día, una decidida mayoría de los aceros se fabrica en colada continua con homogeneización de la estructura mediante mezcla electromagnética del acero, tanto en el cristalizador como en la zona de enfriamiento. Sin embargo, la tecnología tradicional de colada de acero no realiza ningún tratamiento de este tipo.

Existen numerosas informaciones en las fuentes especializadas sobre los cambios que se producen como resultado del tratamiento ultrasónico aplicado en los metales cristalizadores y en el hierro fundido. El efecto más evidente de dicho tratamiento observado es la reducción del tamaño de los granos. Uno de los efectos directos del impacto del campo ultrasónico es el cambio de estructura de los metales durante la solidificación.

Los ultrasonidos eliminan las estructuras columnares y ejercen una influencia positiva en la formación de granos equiaxiales y en la homogeneidad de los metales. Los cambios estructurales en los metales en solidificación se producen debido a los procesos que tienen lugar en la zona bifásica líquido-sólido, como la formación de núcleos cristalinos y la mezcla. Todos estos cambios son provocados por el impacto de ondas ultrasónicas con una potencia y frecuencia específicas. La propagación de las ondas también da lugar a fenómenos como la cavitación, el viento acústico y la presión de radiación [1-6].

PARTE EXPERIMENTAL

La fusión se llevó a cabo en hornos eléctricos de inducción y en crisoles de revestimiento inactivo. Las pruebas industriales se realizaron utilizando aparatos experimentales (Figura 1) consistentes en un generador de potencia (1.000 W) y un cabezal piezocerámico como sistema de refrigeración [7,8]. La amplificación acústica del acero se llevó a cabo en lingotes redondos, convencionales y de gran tamaño, con un peso de 130 kg.