Cavitation damages morphology of high-strength low-alloy steel

La cavitación daña la morfología del acero de baja aleación y alta resistencia

Este artículo presenta la investigación sobre el comportamiento del acero HSLA afectado por la cavitación. Se estudiaron el material base (PM) y la zona afectada por el calor simulada (SHAZ). Se realizó un ensayo de cavitación vibratoria ultrasónica en condiciones de laboratorio (por el método de la probeta estacionaria). Se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM) para observar las variaciones en la morfología de la superficie que se producían en diferentes intervalos de tiempo.

INTRODUCCIÓN

La cavitación es un fenómeno que comprende la formación, crecimiento e implosión (colapso) de burbujas en un flujo líquido. Durante la cavitación, cuando las burbujas colapsan, se desarrollan localmente altas temperaturas y presiones en un intervalo de tiempo muy corto, [1, 2]. La implosión de las burbujas crea ondas de choque y microchorros, cuya energía se disipa dentro del líquido o es absorbida por una superficie sólida con la que el líquido está en contacto [3]. La energía de las burbujas implosionadas absorbida por el material induce la deformación elástica o plástica o el fallo, representando así la destrucción afectada por la cavitación. Estudios previos mostraron que la resistencia a la cavitación de los materiales comúnmente utilizados para la fabricación de elementos hidráulicos depende de las propiedades mecánicas y de la microestructura, [4 - 6]. Los aceros de baja aleación están aleados con uno o más elementos en los que el contenido total de todos los elementos de aleación no supera el 5 %. Estos aceros se clasifican según el nivel de resistencia alcanzado, es decir, el límite elástico. Las ventajas de los aceros de alta resistencia en relación con otros aceros estructurales son las siguientes: reducción del peso de la estructura, aumento de la capacidad portante, aumento de la vida útil y reducción de los costes de fabricación, [7, 8]. Los aceros HSLA se utilizan, entre otros, en la construcción naval. Debido a la cavitación que se produce en la explotación de maquinaria hidráulica, se seleccionó el acero HSLA NIONIKRAL 70 (NN70) para probar su resistencia a los efectos de la cavitación. El objetivo de la investigación presentada era demostrar la morfología del daño superficial del acero HSLA afectado por la cavitación.

EXPERIMENTOS

Material

En esta investigación se ensayaron dos tipos de probetas: (1) una probeta fabricada con NIONIKRAL 70 PM y (2) una probeta tomada de la ZAT simulada del mismo acero -SHAZ specimen.