Desarrollo de aceros rapidos para aplicaciones tribologicas diseño de aleaciones y estudio de tratamientos termicos y criogenicos
- Autores: Vera Trabadelo Campos
- Directores de la Tesis: Iñigo Iturriza Zubillaga (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Navarra ( España ) en 2006
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Martínez Esnaola (presid.), José Manuel Sánchez Moreno (secret.), José Antonio de Saja Sáez (voc.), Elena Gordo Odériz (voc.), Jose Ignacio Verdeja González (voc.)
- Materias:
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- Resumen
- español
TITUL0: DESARROLLO DE ACEROS RÁPIDOS PARA APLICACIONES TRIBOLOGICAS: DISEÑO DE ALEACIONES Y ESTUDIO DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y CRIOGÉNICOS #resumen: La presente tesis gira en torno al estudio de dos aspectos básicos del procesamiento de los aceros rápidos (AR): por un lado, la sinterización y por otro los tratamientos térmicos. El primero es exclusivo de los AR pulvimetalúrgicos, mientras que el segundo atañe a todos los materiales de este tipo, independientemente de cuál sea su proceso de fabricación. En primer lugar se ha evaluado experimental mente la sinterizabilidad de dos polvos de ar (ar-K2 y M42HVIG) cuyas composiciones fueron diseñadas en un trabajo anterior con objeto de ser altamente sinterizables en una atmósfera rica en nitrógeno. Los resultados obtenidos se han comparado con las predicciones teóricas llevadas a cabo en base a cálculos termodinámicos, 1o cual ha permitido deducir que para predecir el comportamiento durante la sinterización de una nueva composición es imprescindible considerar todas aquellas fases que puedan disminuir la actividad de carbono libre en la matriz. Teniendo esto en cuenta y tomando como base la aleación M42HviG,se ha llevado a cabo el diseño asistido por ordenador de una nueva composición de sinterizabilidad mejorada. Por otro lado.se ha realizado un estudio de dos de los tratamientos térmicos más empleados con los ar: el revenido y el recocido isotermo. Para ello se ha analizado cómo y por qué varía el valor de dureza final de los aceros T42 y M42 al modificar diferentes variables de procesamiento. De esta forma, al conocerse el tipo de dependencia existente entre los parámetros empleados en los ciclos térmicos y la dureza del material, se han establecido las bases necesarias para el diseño de ciclos específicos que permitan obtener acero de la dureza deseada. Dado que el campo de aplicación de los AR se está ampliando desde el más habitual de las herramientas de corte al de los componentes estructurales, los esfuerzos se han centrado en lograr material con una dureza aproximada de 50 HRC, que es un valor adecuado para este tipo de usos, concretamente.se ha procedido a estudiar exhaustivamente mediante microscopía electrónica de transmisión el acero T42 (con carbono añadido) tratado térmicamente a dicho valor de dureza, con objeto de comparar las microestructuras resultantes de cada una de las dos clases de tratamientos, se ha determinado que el enfriamiento brusco de este acero desde la temperatura de austenización da lugar a la precipitación de carburos proeutectoides M6C ricos en wolframio y de tamaño nanométrico. Dichos carburos evitan el crecimiento laminar de perlita debido a que limitan la superficie de intercara ferrita/austenita disponible para la nucleación de cementita. Así, la perlita se ve obligada a adoptar una configuración globular en condiciones en las que cinéticamente no se halla favorecida. Además,puesto que se pretende que el material desarrollado sea adecuado para la fabricación de asientos de válvula, también se ha evaluado su tenacidad y resistencia a la fractura, así como su resistencia al desgaste. En este sentido también se ha tenido en cuenta que el desgaste que el acero T42 produce en el material contra el que se ensaya no sea excesivo. Se ha comprobado que el comportamiento presentado por el material desarrollado es claramente superior al del producto dominante en el mercado actual. Por último, se ha dedicado un capítulo aparte al estudio de los tratamientos criogénicos debido a que las características que los definen difieren en gran medida de las de los tratamientos tradicionales; de manera que,hoy por hoy.se desconocen las bases metalúrgicas que fundamentan estos procesos. En el presente trabajo se ha llevado a cabo un gran esfuerzo por ahondar en este tema, para lo cual se han caracterizado la microestructura y propiedades mecánicas de los aceros M35, ASP30 y T42 tratados criogénicamente. Se ha determinado que el único cambio atribuible a la aplicación de dicho tratamiento consiste en la transformación a martensita de parte de la austenita retenida presente en la microestructura.
- English
Development of high speed steels for tribological applications: alloy design and study of heat and cryogenic treatments, thesis ABSTRACT The present work deals with the study of two main aspects of the processing of high speed steels (HSS): sintering and heat treatment. while the former accounts only for powder metallurgical HSSs, the latter has a great relevance, no matter the fabricatión route this type of materials are made by. First, it has been assessed the sinterability of two HSS powders (AR-K2 and M42HVIG), previously designed at CEIT to be highly sinterable in nitrogen rich atmospheres. The obtamed results have been compared with the theoretical predictions in order to check the thermodynamic calculations. This comparison has allowed to conclude that in order to predict the sintering behaviour of a new designed composition it must be considered every carbón containing hypothetical phase (because the more the free carbón in the matrix, the better the sinterability). This permits to improve the computer aided alloy design and, consequently, has been taken into account to develop an M42HVIG based new alloy of optimum sinterability. 0n the other hand, it has been carried out a deep study about two common heat treatments: tempering and isothermal annealing. Firstly, it has been analysed how and why the different processing parameters affect the hardness values of T42 and M42 HSSs. The existing relationship between those mentioned parameters and the hardness states the fundamentals to design thermal cycles in order to obtain HSSs with tailored hardness (and therefore, with the desired mechanical properties). HSSs are usually employed as cutting tools but the strong demand in the market of automotive components for materials with better wear resistance at higher temperatures has introduced these materials in the field of structural components. That is the reason why in the present work a great effort has been made to attain a material with a hardness value of 50 HRC, which is an adequate value for structural applications. The T42 HSS (with added carbón) has been chosen in order to carry out an exhaustive characterisation by means of Transmisión Electron Microscopy of the corresponding microstructure after tempering or annealing to a hardness value of 50 HRC. it has been found out that a sudden cooling from the austenitising temperature promotes the intragranular precipitation of tungsten rich nanometer sized M6C carbides. These carbides act as a barrier for the laminar growth of the pearlite because they limit the available ferrite/austenite interface for the cementite nucleation. So, pearlite must adopt a globular configuration, although according to the high driving forcé involved in the process, the transformation should lead to a laminar morphology. Moreover, taking into account that the specific use of the developed material will be the fabricatión of valve seat inserts, they have been assessed both the mechanical properties (toughness and fracture strength) and the wear resistance. In this sense, it has been al so paid special attention to the wear of the valve material. The T42 HSS wear behaviour is significantly better than that of the most widely used commercial option, without provoking an increase in the valve wear. Finally, it has been studied the cryogenic treatment of high speed steels. The characteristic features of this process differ substantially from those of the heat treatments. As a result of that, nowadays there is still a lack of understanding of its fundamental metallurgical basis. The present work tries to approach to this problem through the study of the microstructure and mechanical behaviour of the cryogenically treated M35, ASP30 and T42 HSSs. it has been found out that the cryotreatment results in a continuation of the austenite-martensite transformation. In the absence of retained austenite it has not been detected any microstructural change
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