Mechanical and structural response of AISI 4135 steel after controlled cooling process

Respuesta mecánica y estructural del acero AISI 4135 tras un proceso de enfriamiento controlado

El acero AISI 4135 es un material de uso común para aplicaciones de alta resistencia, como ejes, piezas forjadas y cilindros de acero de alta presión. El acero mencionado se utiliza en una variedad de microaleaciones por Nb, Ti, V, N, respectivamente de esas combinaciones de elementos. En el presente trabajo se han estudiado tres calores diferentes de microaleación (por N y V) de dicho acero. Se aplicaron tres modos de tratamiento térmico. El primer modo se basó en el calentamiento a 700 °C, posterior temple y revenido a 470 °C. En el segundo y el tercer modo, el material se calentó a 890 °C y posteriormente se siguieron diferentes procesos de enfriamiento controlado en ambos modos. Los análisis microestructurales y microfractográficos comparados con las propiedades mecánicas halladas formaron parte de la solución.

INTRODUCCIÓN

El tipo de acero AISI 4135 representa un buen equilibrio entre diferentes propiedades como resistencia, tenacidad, fatiga y resistencia a la corrosión en condiciones extremas de trabajo, por lo que se utiliza para una gran variedad de aplicaciones industriales y de construcción, tales como, piezas forjadas, chapas laminadas, grúas, turbinas eólicas, equipos de minería y también para la producción de cilindros de acero de alta presión (HPSC) y recipientes, incluyendo el transporte y almacenamiento de gas natural comprimido (GNC), etc. [1-4]. En el AISI 4135 se utilizan a menudo variaciones de microaleación por Nb, V, Ti, B y N [5, 6]. La pureza del acero, las temperaturas de deformación, la velocidad de deformación, el tratamiento térmico (HT) elegido y los procesos de enfriamiento (CP) influyen en la microestructura final y en las propiedades mecánicas. Nűrnberger [2, 3] confirmó la importante influencia de la velocidad de enfriamiento y el nivel de deformación en la microestructura final, aunque sin tener en cuenta el proceso de enfriamiento acelerado (ACC). En [7] los autores mostraron la respuesta de ciclo de vida bajo del acero 42CrMo4 después de la normalización y después del revenido relacionada con el cambio del módulo de elasticidad. Chen [8] detectó en el acero AISI 4135 grietas de temple causadas por un enfriamiento superficial desigual. Moli-Sanches [9] atribuyó una mayor movilidad del hidrógeno en el AISI 4135 tratado a 680 °C que a 540 °C a una mayor densidad de dislocaciones y al atrapamiento de hidrógeno.

En la actualidad, el desarrollo de un acero similar al AISI 4135, el 42CrMo4, tiene como objetivo conseguir la máxima resistencia al mismo tiempo que una gran tenacidad y una resistencia a la corrosión favorable en un entorno ácido [4]. Este es también el objetivo del presente artículo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Muestras de 3 calores (AISI 4135) fabricadas en las mismas condiciones (Tabla 1), tras extrusión reservada en caliente a partir de palanquilla y laminación en caliente invertida (10,2 mm de espesor) incluido el ACC.