Microstructural evolution analysis during the near solidus forming processthe case of aisi 316

Resumo

La tendencia actual en los procesos de fabricación busca reducir las etapas y la materia prima utilizada. Para aleaciones de alto punto de fusión, como los aceros, se definió un nuevo proceso denominado Near Solidus Forming (NSF). Mediante este proceso se han fabricado piezas complejas de acero, obteniendo propiedades mecánicas similares a las de la forja, en una sola etapa y disminuyendo tanto el consumo de energía como el de materia prima. El material analizado ha sido un acero inoxidable austenítico, el AISI 316, de gran relevancia en la industria. A pesar de los avances realizados en este campo, an se desconocen las razones que explican su comportamiento, definiendo así el alcance de este trabajo. En primer lugar, se caracterizó termomecánicamente el material en las condiciones representativas del proceso NSF, ya que se observó un gap en la bibliografía, demostrando que el comportamiento del material cambia a temperaturas próximas al solidus. La temperatura de solidificación se determinó mediante análisis DSC, siendo 1435C, y los resultados coinciden con los obtenidos mediante simulación en FactSage. Por ejemplo, aunque la energía de activación era próxima a la indicada en la bibliografía, se obtuvo un valor aproximadamente un 20% superior debido a la formación de ferrita delta, lo que significa que la recristalización se vio dificultada. Además, se optimizó el comportamiento de la ley de fluencia segn la ecuación de Hansel-Spittel, teniendo en cuenta las condiciones de NSF, reduciendo el error de predicción más de la mitad. Asimismo, se comprobó que tenía lugar la recristalización, lo que permite obtener piezas con tamaños de grano pequeños a pesar de la formación de ferrita delta. Aunque el análisis DSC reportó que la ferrita delta tendía a aparecer a temperaturas en torno a 1410C, en condiciones de no equilibrio, se demostró que la ferrita delta se forma a temperaturas superiores a 1300C, influyendo en las propiedades mecánicas, como se comprobó mediante medidas de microdureza. En cuanto a la simulación del proceso, se demostró que la extrapolación utilizando las leyes existentes en la bibliografía hasta las condiciones de NSF fallaba, ya que el comportamiento del material cambia a temperaturas cercanas al solidus. A diferencia con lo que cabría esperar, los tamaños de grano recristalizados se mantuvieron casi constantes con la temperatura a las condiciones comerciales (NSF), ya que la ferrita delta tuvo tiempo suficiente para nuclearse a lo largo de los límites de grano. Por último, se demostró la capacidad del proceso NSF para fabricar un gancho elevador con acero inoxidable. Sin embargo, la ferrita delta es perjudicial para las propiedades mecánicas de la pieza final, por lo que se realizaron pruebas a dos temperaturas diferentes. Se demostró que no sólo la temperatura, sino también la velocidad de calentamiento, son factores importantes para obtener la microestructura deseada en la pieza final cuando se fabrican piezas de acero inoxidable mediante el proceso NSF.