Caracterización Mecánica a Nanoescala de las Fases Austenita, Ferrita y Sigma a través de la Medición de Dureza y el Comportamiento de Desgaste por Fretting de un Acero Inoxidable Dúplex
Autores: Ribeiro, Jomar José Knaip; Turin, Alba Regina; Nuñez de la Rosa, Yamid E.; Quadros, Pedro Victorio Caetano Abrantes; Calabokis, Oriana Palma; Lepienski, Carlos Maurício; Brunatto, Silvio Francisco; Borges, Paulo César
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Caracterización mecánica
Fracciones
Placas de acero inoxidable dúplex
Tratamientos térmicos
Mediciones de dureza
Comportamiento de desgaste por fretting
Licencia
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Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio tuvo como objetivo la caracterización mecánica, a escala nanométrica, de los constituyentes obtenidos para diferentes fracciones en placas de acero inoxidable dúplex sometidas a tratamientos térmicos a 850, 950, 1000 y 1150 grados C, mediante mediciones de dureza y determinando sus influencias en el comportamiento de desgaste por fretting del acero estudiado. Las fracciones de ferrita (alpha), austenita y fase sigma se determinaron utilizando técnicas de microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD). La caracterización mecánica se llevó a cabo utilizando mediciones de dureza y técnicas de desgaste por fretting a través de nanoindentación. Para fines de comparación, también se caracterizó la microdureza Vickers para determinar el efecto de la fase, que eventualmente se formó, en las propiedades de la microestructura obtenida en su conjunto. Se observaron dos comportamientos distintos, dependiendo de la formación eventual de la fase como función de la temperatura de tratamiento: (i) las muestras tratadas a 850 y 950 grados C mostraron un efecto de endurecimiento (valores HV0.5 de 333 +/- 15 y 264 +/- 13, respectivamente) debido a la precipitación de la fase, que en adelante se denominará "como envejecido", y (ii) las muestras tratadas a 1000 y 1150 grados C (con valores HV0.5 de 240 +/- 13 y 249 +/- 4, respectivamente) no mostraron precipitación de la fase (que en adelante se denominará "como solubilizado"). Los aumentos en los valores de microdureza para las muestras como envejecidas se atribuyeron a la dureza de los precipitados de la fase (que mostraron valores de nano-dureza que variaban en el rango de 8.0-8.5 GPa), que era aproximadamente el doble que la de los granos de austenita y ferrita (ambas fases mostraron valores de nano-dureza en el rango de 3.6-4.1 GPa, en promedio). Cuando se formó (para fracciones del orden del 8% y 3% a 850 y 950 grados C, respectivamente), la fase se observó principalmente en las interfaces o límites de grano alpha. Las pruebas de desgaste por fretting, utilizando una esfera de diamante con un radio de 10 m como cuerpo de contraparte y una carga de 20 mN, revelaron los mismos mecanismos de desgaste en la matriz alpha para todas las condiciones estudiadas. Sin embargo, las muestras como solubilizadas (tratadas térmicamente a 1000 y 1150 grados C) mostraron mayor resistencia al microdesgaste por fretting en los granos austeníticos en comparación con los granos ferríticos, indicando menor deformación plástica en las respectivas cicatrices de desgaste en las pistas obtenidas. En particular, las muestras como envejecidas (tratadas térmicamente a 850 y 950 grados C) exhibieron coeficientes de fricción más bajos debido a sus mayores resistencias superficiales. El desgaste localizado en los granos de fase fue mucho menos pronunciado que en los granos de ferrita y austenita. En general, este estudio proporciona valiosos conocimientos sobre el comportamiento mecánico de los cambios microestructurales en el acero dúplex a escala nanométrica.
Descripción
Este estudio tuvo como objetivo la caracterización mecánica, a escala nanométrica, de los constituyentes obtenidos para diferentes fracciones en placas de acero inoxidable dúplex sometidas a tratamientos térmicos a 850, 950, 1000 y 1150 grados C, mediante mediciones de dureza y determinando sus influencias en el comportamiento de desgaste por fretting del acero estudiado. Las fracciones de ferrita (alpha), austenita y fase sigma se determinaron utilizando técnicas de microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD). La caracterización mecánica se llevó a cabo utilizando mediciones de dureza y técnicas de desgaste por fretting a través de nanoindentación. Para fines de comparación, también se caracterizó la microdureza Vickers para determinar el efecto de la fase, que eventualmente se formó, en las propiedades de la microestructura obtenida en su conjunto. Se observaron dos comportamientos distintos, dependiendo de la formación eventual de la fase como función de la temperatura de tratamiento: (i) las muestras tratadas a 850 y 950 grados C mostraron un efecto de endurecimiento (valores HV0.5 de 333 +/- 15 y 264 +/- 13, respectivamente) debido a la precipitación de la fase, que en adelante se denominará "como envejecido", y (ii) las muestras tratadas a 1000 y 1150 grados C (con valores HV0.5 de 240 +/- 13 y 249 +/- 4, respectivamente) no mostraron precipitación de la fase (que en adelante se denominará "como solubilizado"). Los aumentos en los valores de microdureza para las muestras como envejecidas se atribuyeron a la dureza de los precipitados de la fase (que mostraron valores de nano-dureza que variaban en el rango de 8.0-8.5 GPa), que era aproximadamente el doble que la de los granos de austenita y ferrita (ambas fases mostraron valores de nano-dureza en el rango de 3.6-4.1 GPa, en promedio). Cuando se formó (para fracciones del orden del 8% y 3% a 850 y 950 grados C, respectivamente), la fase se observó principalmente en las interfaces o límites de grano alpha. Las pruebas de desgaste por fretting, utilizando una esfera de diamante con un radio de 10 m como cuerpo de contraparte y una carga de 20 mN, revelaron los mismos mecanismos de desgaste en la matriz alpha para todas las condiciones estudiadas. Sin embargo, las muestras como solubilizadas (tratadas térmicamente a 1000 y 1150 grados C) mostraron mayor resistencia al microdesgaste por fretting en los granos austeníticos en comparación con los granos ferríticos, indicando menor deformación plástica en las respectivas cicatrices de desgaste en las pistas obtenidas. En particular, las muestras como envejecidas (tratadas térmicamente a 850 y 950 grados C) exhibieron coeficientes de fricción más bajos debido a sus mayores resistencias superficiales. El desgaste localizado en los granos de fase fue mucho menos pronunciado que en los granos de ferrita y austenita. En general, este estudio proporciona valiosos conocimientos sobre el comportamiento mecánico de los cambios microestructurales en el acero dúplex a escala nanométrica.