Different routes for the development of microstructures suitable for spheroidisation in a low-alloy medium carbon steel

Resumen

Los aceros de medio y alto carbono son habitualmente empleados en la fabricación de tornillería y componentes para la industria de la automoción. En aras de una adecuada conformación del acero, éste debe satisfacer unas propiedades mínimas en términos de ductilidad y dureza, a fin de evitar la presencia de grietas y flujos plásticos heterogéneos en el producto final. Debido a esto, los aceros son normalmente sometidos a recocidos de ablandamiento que dan lugar a la descomposición de la colonia de perlita, la esferoidización de la cementita laminar, y el ablandamiento de la matriz ferrítica, lo que redunda en una mejora de la conformabilidad del material. El grado de esferoidización alcanzable en una microestructura depende en gran medida de las características de la perlita de partida (gruesa o fina), y la temperatura y duración del tratamiento térmico aplicado. La temperatura final de laminación afecta en la homogeneidad del grano de austenita, e incluso en las características de los productos tras la transformación de fase. La simulación de las secuencias de laminación muestra que al terminar a alta temperatura la austenita es más heterogénea y que tras la transformación de fase se forman constituyentes duros, como bainita o perlita degenerada, a velocidades de enfriamiento relativamente bajas. En cambio al terminar a bajas temperaturas estás fases duras no se llegan a formar para los mismos enfriamientos. Cabe destacar, que las heterogeneidades en el tamaño de grano de austenita además de procurar la formación de fases indeseables, pueden conducir a heterogeneidades en el grano de ferrita, y en consecuencia a una rotura inesperada del material durante la conformación en frío. Además del control de las condiciones de transformación de la perlita, la aplicación posterior de deformación en tibio sobre la perlita puede emplearse para acelerar las cinéticas de esferoidización. Mediante este procedimiento se introducen defectos tanto en la cementite como en la matriz ferrítica, que mejoran los procesos difusivos involucrados en el proceso de esferoidización. En los recocidos de ablandamiento convencionales, la esferoidización se produce de acuerdo con un mecanismo de migración de defectos. En la perlita deformada en tibio, además de este último, entra en juego un mecanismo de esferoidización adicional lo que produce un incremento en el grado de esferoidización resultante del tratamiento térmico. La deformación aplicada hace que la matriz ablande significativamente debido a una recristalización continua de la ferrita que depende de la esferoidización de la cementita y el avance del proceso Ostwald ripening. La recristalización produce una microestructura de ferrita ultrafina tras la aplicación del tratamiento de recocido correspondiente. La aplicación de deformación en la austenita a temperatura intercríticas o subcríticas es otro procedimiento alternativo para la adecuación de las microestructuras previamente al recocido. En este caso la aplicación de deformación en la austenita aumenta la nucleación durante la transformación de fase, e induce la transformación dinámica de ferrita y perlita. El aumento de la nucleación procura una alta densidad de juntas, y en consecuencia la transferencia de soluto se acelera debido a la rápida difusión a través de las juntas de grano. Esto provoca que la cementitas engrosen rápidamente en los bordes, y finalmente se fragmenten favoreciendo así el proceso de esferoidización. Se observa que a medida que se aumenta la deformación aplicada y la velocidad de deformación, mayor es la nucleación inducida por efecto de la deformación. Con respecto a la temperatura, la deformación a temperaturas intercríticas promueve principalmente la inducción de ferrita, mientras que a menores temperaturas dentro del rango subcrítico, la inducción de perlita cobra mayor importancia.