Estudio de la transformación martensítica, optimización de la microestructura y prevención de la rotura frágil en piezas coladas de acero X38CrMoV5-1 de alta resistencia

Resumen

La tesis trata sobre el "Estudio de la transformación martensítica, optimización de la microestructura y prevención de la rotura frágil en piezas coladas de acero X38CrMoV5-1 de alta resistencia. El acero X38CrMoV5-1/AISI H11 es un acero martensítico al cromo-vanadio-molibdeno para trabajo en caliente fácilmente endurecible, que se fabrica generalmente por moldeo con la consiguiente presencia de porosidad interdendrítica. La primera parte de la tesis consiste en una introducción donde se expone la motivación existente en la industria para la realización de este estudio, ya que tratará de encontrar una alternativa a la fabricación de piezas por moldeo para aplicaciones en sistemas con garantía de uso, tanto a nivel teórico, teniendo en cuenta la teoría de la fractura frágil, como práctico a través de la optimización del tratamiento térmico y, en consecuencia, de la obtención de buenas propiedades mecánicas, tanto de resistencia como de ductilidad y tenacidad. La tesis se desarrolla en nueve capítulos. El primero de ellos presenta una descripción de la martensita y de sus características principales. También se trata de dar una visión global y general de los aceros microaleados y finalmente se recoge un resumen amplio de los estudios realizados hasta la actualidad del acero X38CrMoV5-1. El segundo capítulo explica las características y propiedades de este acero, así como su método de fabricación y aplicaciones más habituales. En los capítulos tercero y cuarto, se estudia en profundidad las transformaciones de fase de este acero haciendo uso de las técnicas de dilatometría y análisis térmico diferencial. Se analiza la microestructura (matriz y segundas fases) mediante microscopía óptica y la variación de la dureza en función de las distintas variables (temperatura de austenización, tamaño de grano austenítico, velocidad de enfriamiento, etc.) que intervienen en los tratamiento térmicos. En el capítulo quinto se realizan medidas de la porosidad (tamaño y distribución) de las piezas fabricadas por moldeo, seguidas de una caracterización exhaustiva de la microestructura mediante técnicas tales como difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. Este capítulo muestra numerosas micrografías tanto de la matriz como de las segundas fases del acero, dependiendo del método de fabricación elegido: moldeo o mecanizado a partir de una chapa, ya sea en dirección paralela o perpendicular a la de laminación. También se recogen los cálculos realizados para la obtención de la fracción de volumen de los precipitados presentes en el acero. El capítulo sexto trata sobre la optimización del tratamiento térmico aplicado a las piezas fabricadas por moldeo. Tomando como referencia un ensayo de simulación del comportamiento real de estas piezas, se realiza un amplio estudio metalográfico considerando las diferentes variables que influyen para conseguir unas propiedades óptimas, llegando a la determinación del tratamiento térmico más idóneo para esta aplicación. El último capítulo realiza un estudio de las propiedades mecánicas de las piezas fabricadas por moldeo y mediante la teoría de Griffith, se consigue obtener el tamaño de poro máximo permitido para un funcionamiento con garantías de uso. También se aplica la ecuación de Leskovsek para calcular el factor de concentración de tensiones (KIc) y por último, se comparan las propiedades mecánicas de resistencia, límite elástico, estricción y resiliencia ya sea para piezas moldeadas como para piezas mecanizadas en la dirección paralela o perpendicular a la de laminación de una chapa de este acero. Por último, se obtienen unas conclusiones generales y se detalla la bibliografía empleada en esta tesis en los capítulos octavo y noveno, respectivamente