Aplicación del tratamiento criogénico profundo con envejecido posterior sobre los aceros inoxidables martensíticos. Evaluación de la dureza, tenacidad y microestructura para condiciones de trabajo severo

Abstract

Se investigo, la manera como afecta la aplicación del tratamiento criogénico profundo DCT(-196°C), cuando se aplica con un envejecido posterior, respecto a las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y microestructura, aplicado a los aceros inoxidables martensíticos, con el propósito de establecer una metodología distinta, respecto al tradicional tratamiento criogénico DCT con revenido posterior. Para este estudio experimental, fue utilizado un horno de mufla, sometiendo las probetas primeramente a una criogenización profunda en un baño de Nitrógeno líquido/4h, después de ser previamente austenizadas a las siguientes temperaturas: 1020-1030-1040-1050 (°C) / 1h; para luego templarlas en aceite. Un primer grupo de muestras criogénicas fueron sometidas a un envejecido posterior realizado a 150°C, con tiempos de inmersión: 2,5 -5- 10 - 20 - 50 – 100 (h). El siguiente grupo, fue sometido a un revenido posterior, a las temperaturas: 480- 500- 510- 520- 530- 540 (°C)/ 2h. Los ensayos de dureza se realizaron bajo normas empleando un Durómetro Universal y las lecturas se hicieron en escala HRC. Los ensayos de Resistencia al Impacto se realizaron en una máquina Charpy siguiendo la norma ASTM E 23 – 93ª. Las medidas se tomaron en joule. La microscopía fue realizada a nivel óptico usando un microscopio 1000X. Se encontró: Para todo el intervalo de envejecido, las muestras austenizadas a 1050°C presentan mayor dureza que las austenizadas a 1040°C, siendo el pico máximo de 30h de envejecido. En todos los casos las muestras envejecidas superan en dureza a las muestras revenidas, inclusive en sus valores mínimos. En las muestras con revenido posterior, la temperatura de revenido casi no afecta a la resistencia al impacto del material. En el Tratamiento criogénico: DCT + envejecido posterior, el máximo valor de la dureza (58.7 HRC) va unido con un valor de tenacidad al impacto (54J) obtenidos con el tiempo de envejecido de 39h, que se considera una condición óptima. La mayor dureza del acero después del tratamiento DCT se atribuye a la transformación de la austenita retenida en martensita. La microestructura está compuesta principalmente por martensita lath y se puede apreciar el tamaño de grano original de la austenita. La elección de la combinación: Dureza-tenacidad, está supeditada a las condiciones de servicios exigidas.

The way in which the application of the deep cryogenic treatment DCT(-196°C) affects, applied with subsequent aging, was investigated, regarding the mechanical properties of hardness, toughness and microstructure, applied to martensitic stainless steels, with the aim of establishing a different methodology compared to the traditional DCT cryogenic treatment with subsequent tempering. For this experimental study, a muffle furnace was used, first subjecting the specimens to deep cryogenization in a liquid Nitrogen bath/4h, after being previously austenitized at the following temperatures: 1020-1030-1040-1050 (°C) / 1 hour; and then tempered in oil. A first group of cryogenic samples were subjected to subsequent aging at 150°C, with immersion times: 2.5 -5- 10 - 20 - 50 – 100 (h). The next group was subjected to subsequent tempering at temperatures: 480-500-510-520-530-540 (°C)/ 2h. The hardness tests were carried out under standards, using a Universal Durometer, and the readings were made on the HRC scale. The Impact Resistance tests were carried out in a Charpy machine following the ASTM E 23 – 93ª standard. Measurements were taken in joules. Microscopy was performed at the optical level using a 1000X microscope. It was found: For the entire aging interval, the samples austenitized at 1050°C present greater hardness than austenitized at 1040°C, with the maximum peak aged being at 30h. In all cases, the aged samples exceed the hardness of the tempered samples, even in their minimum values. In post-tempered samples, the tempering temperature hardly have effect on the impact strength of material. In the Cryogenic Treatment: DCT + subsequent aging, the maximum hardness value (58.7 HRC) is linked to an impact toughness value (54J) obtained with aging time of 39h, which is considered an optimal condition. The higher hardness of steel after the DCT treatment is attributed to the transformation of retained austenite into martensite. The microstructure is composed mainly of lath martensite; and the original grain size of the austenite can be appreciated. The choice of the combination: Hardness-toughness, is subject to the required service conditions of steel.