Analysis of fracture mechanism of cast steel under hydrostatic pressure

Análisis del mecanismo de fractura del acero de fundición bajo presión hidrostática

Se analizan experimental y numéricamente la deformación plástica y la evolución del daño en aceros fundidos de bajo contenido en carbono que contienen inclusiones no metálicas. El acero de fundición se sometió a los tratamientos térmicos: normalizado, temple en aceite y revenido. Los ensayos se realizaron a presiones hidrostáticas de 500 MPa y 1 000 MPa. En el ensayo de tracción se examinaron la resistencia a la tracción, el alargamiento y la reducción de área. Se realizó la fractografía de las probetas para observar los mecanismos de fractura. Se ha utilizado el método de los elementos finitos para modelizar la deformación de las probetas. La simulación por ordenador se realizó con el sistema ABAQUS. El resultado calculado se comparó con los resultados experimentales.

INTRODUCCIÓN

En los materiales metálicos, la deformación plástica y los mecanismos de fallo dependen del estado de tensiones [1]. En nuestro trabajo anterior se analizó la fractura del acero fundido en el estado espacial de tensiones [2]. Para explicar el proceso de fallo en el estado de tensión espacial se utilizó el modelo de Gurson [3-5] para un material que contiene huecos e inclusiones en las que se forman huecos. En este trabajo se analiza la fractura de acero fundido sometido a alta presión externa.

EXPERIMENTOS Y RESULTADOS

Los experimentos se han realizado con un acero fundido de bajo contenido en carbono. La composición química del material se presenta en la Tabla 1.

Se utilizaron dos tipos de tratamiento térmico para mejorar el acero fundido:

• normalización a 920 °C, 2 h, temple en aceite y revenido a 490°C, 2 h (acero moldeado tipo I);
• normalización a 920 °C, 2 h, temple en aceite y revenido a 350 °C, 0,5 h (acero moldeado tipo II).

Como resultado del tratamiento térmico se obtuvo la estructura ferrítico-pearlítica del material [2].

Para el ensayo de tracción realizado a altas presiones hidrostáticas se utilizaron probetas de 2,5 mm de diámetro y 15 mm de longitud. El ensayo de tracción se realizó sobre las muestras colocadas en la cámara llena de gasolina. La presión hidrostática aplicada fue de 500 MPa y 1 000 MPa.

Se determinó la dependencia de la tensión de tracción y el alargamiento de la muestra para una presión de 500 MPa y 1 000 MPa (Figuras 1 y 2).

La curva tracción-deformación se determinó para muestras de 2,5 mm de diámetro y 15 mm de longitud a presión ambiente. Se realizaron tres ensayos para cada acero moldeado. Los resultados promediados se muestran en las figuras 3 y 4.