Mathematical modeling of phenomena of dynamic recrystallization during hot plastic deformation in high-carbon bainitic steel

Modelización matemática de los fenómenos de recristalización dinámica durante la deformación plástica en caliente en acero bainítico de alto contenido en carbono

Basándose en los resultados de la investigación, se determinaron los coeficientes en las ecuaciones constitutivas, que describen la cinética de la recristalización dinámica en el acero bainítico de alto contenido en carbono durante la deformación en caliente. El modelo matemático desarrollado tiene en cuenta la dependencia de la cinética cambiante en la evolución del tamaño de los granos iniciales de austenita, el valor de la deformación, la velocidad de deformación, la temperatura y el tiempo. Las simulaciones físicas se realizaron en probetas rectangulares de 10 × 15 × 20 mm. Los ensayos de compresión con un estado plano de deformación se realizaron con un Gleeble 3800.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el desarrollo dinámico de la industria ha provocado un aumento de la demanda de nuevos tipos de materiales. En la actualidad, las chapas de acero se fabrican a partir de un tipo de aleaciones, que se mejoran mediante tratamiento térmico produciendo una alta resistencia, caracterizada por una dureza de 600 HV como máximo, pero con una ductilidad limitada que no garantiza una alta resistencia al impacto. El Instituto de Metalurgia Ferrosa de Gliwice ha desarrollado un nuevo tipo de acero, que es un acero bainítico de alto contenido en carbono. Este acero tiene un gran potencial de desarrollo, ya que permite alcanzar un nivel muy alto de resistencia (resistencia a la tracción de hasta 2,5 GPa) y, al mismo tiempo, una buena ductilidad, con una adición relativamente pequeña de elementos de aleación (proporción acumulada del 5 - 6 % en masa) [1]. Desde hace varios años se investiga en todo el mundo una nueva generación de aceros bainíticos de alto contenido en carbono y los resultados obtenidos hasta la fecha indican una alta probabilidad de aplicación práctica de este acero en las industrias de defensa, minería y producción de maquinaria [2]. No existe información en la literatura científica sobre los fenómenos que se producen durante la deformación en el acero bainítico de alto contenido en carbono. Este estudio intenta describir matemáticamente la cinética de la recristalización dinámica, así como el tamaño del grano recristalizado dinámicamente.

METODOLOGÍA Y MATERIAL DE INVESTIGACIÓN

El material utilizado para este estudio es acero bainítico de alto contenido en carbono desarrollado en el Instituto de Metalurgia Ferrosa de Gliwice, cuya composición química se muestra en la Tabla 1. 

Se realizaron diversos estudios para determinar los coeficientes de las ecuaciones constitutivas utilizadas para modelizar los fenómenos matemáticos que se producen durante la deformación en caliente del tipo de acero ensayado. Al principio, se definió el tamaño inicial del grano de austenita, sobre la base de estudios experimentales.