Nanomodifier effect on structure and properties changes of heat-treatable steel

Efecto de los nanomodificadores en los cambios de estructura y propiedades del acero tratable térmicamente

En este artículo se estudia el efecto del nanopolvo de carburo de titanio (en lo sucesivo denominado material en nanopolvo, NPM) sobre la estructura y las propiedades del acero tratable térmicamente de carbono medio que contiene vanadio, niobio, molibdeno y cromo. El nanopolvo de carburo de titanio con una dispersión de 80-90 nm en una cantidad del 0,08 % se introdujo en el acero antes de la fundición. Tras el tratamiento térmico, los prototipos se sometieron a pruebas de dureza y resistencia al desgaste. Los resultados muestran que en las muestras experimentales se mejoran estas propiedades, lo que está asociado a cambios en la estructura. El análisis metalográfico de la estructura (fases intersticiales) se realizó utilizando el software ThixometPro (Rusia). En el análisis se estimaron parámetros como el tamaño medio y el perímetro de las fases intersticiales, su forma y el área total ocupada relativa. Los resultados muestran que la introducción del NPM conduce a la disminución del tamaño de las fases intersticiales y al aumento de la esfericidad de la forma. Estos cambios estructurales aumentan la dureza y la resistencia al desgaste.

INTRODUCCIÓN

Tras un tratamiento térmico adecuado, los aceros termotratables poseen toda una serie de propiedades que determinan su uso generalizado. Recientemente, ha aparecido un importante número de trabajos que se ocupan de estudiar la estructura y propiedades del acero tras el tratamiento con diversos modificadores [1-5].

En casi todos los estudios se observa que la introducción de un nanomodificador afecta positivamente a los cambios en la estructura y, por tanto, a las propiedades del acero. Este efecto se manifiesta en la molienda del grano, la reducción de la segregación, etc. Como nanomodificadores se utilizan diversas sustancias: nitruros y óxidos de metales refractarios, partículas de metales puros, partículas revestidas de diversos óxidos.

En este trabajo se estudió el efecto del nanopolvo de carburo de titanio sobre la estructura y las propiedades del acero tratable térmicamente 30H3MF aleado adicionalmente con niobio. La elección del carburo de titanio como modificador se debe a lo siguiente. Por un lado, el carburo de titanio, a diferencia de muchos otros nanomodificadores recomendados (por ejemplo, YtO₂, partículas revestidas de Cr, etc.) es bastante asequible tanto en precio como en prevalencia. Por otra parte, el carburo de titanio que tiene el punto de fusión de 3 140 °С no se funde en la masa fundida de acero y desempeña el papel de centros de cristalización adicionales, es decir, contribuye a la molienda del grano. Además, la presencia de carburo de titanio sólido en la estructura asegura la presencia de la fase sólida MeC que siempre juega el papel de endurecedor.

Así, la introducción de carburo de titanio en la composición del acero tratable térmicamente debería proporcionar el aumento de sus propiedades, como la dureza y la resistencia al desgaste.