Recocido subcrítico de aceros de alta resistencia y estudio de su comportamiento frente al desgaste provocado por la combustión de explosivos
- Autores: Jorge Bermejo Sanz
- Directores de la Tesis: Vladislav Kolarik (dir. tes.), Antonio José Criado Portal (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José María Gómez de Salazar (presid.), Consuelo Gómez de Castro (secret.), Jose Manuel Ruiz Roman (voc.), María del Mar Juez Lorenzo (voc.), Javier Quiñones Díez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad Complutense de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
- Resumen
El desarrollo de nuevos tratamientos térmicos con los que obtener las propiedades mecánicas apropiadas para los aceros y que a la vez resulten en un ciclo de vida más favorable para los productos es un camino para mejorar la sostenibilidad de la industria siderúrgica. Se investigaron distintos tratamientos alternativos de recocido a temperatura subcrítica para los aceros 42CrMo4 y 30CrNiMo8. Estos se realizan a menores temperaturas y durante menos tiempo que los convencionales, sustituyendo además el temple en aceite por temple en agua.
El desgaste provocado por la combustión de explosivos, cada vez más energéticos y agresivos con el acero de los cañones, es una variable que afecta negativamente al ciclo de vida del producto en su etapa de uso. Para evaluar los mecanismos que rigen este desgaste se utilizó método de la cámara de combustión ventilada complementado con el análisis de las partículas arrancadas por la explosión durante los experimentos.
Con el objetivo de explicar y predecir el efecto térmico de la combustión de propelentes, se realizó un modelo de transferencia de calor basado en el cálculo del coeficiente de transferencia de calor para distintas mezclas de gases de combustión.
Las muestras de acero 42CrMo4 se trataron a 770 °C durante 25 minutos, seguido de temple en agua. El resultado es una estructura multifásica que consiste en: martensita, perlita irregular, ferrita y bainita superior.
El tratamiento de muestras de 30CrNiMo8 a 730 °C durante 25 minutos y posterior temple en agua resulta en estructuras multifásicas de perlita irregular, martensita y ferrita.
Las propiedades mecánicas de ambos materiales tras el tratamiento de recocido subcrítico se enumeran a continuación: 42CrMo4: Resistencia a la tracción: 924 MPa Límite elástico: 874 MPa Elongación: 1% Dureza HRC: 43 30CrNiMo8: Resistencia a la tracción: 1043 MPa Límite elástico: 773 MPa Elongación: 14% Dureza HRC: 37 Los principales mecanismos de desgaste son fusión de material y desgaste adhesivo, siendo los efectos térmicos mucho más severos. Las propiedades mecánicas de los materiales no tienen ninguna influencia en los resultados obtenidos en la cámara ventilada.
Se probaron tres propelentes distintos: pólvora negra, de base simple y de base doble. El mayor desgaste fue causado por el propelente de doble base, seguido por el de base simple y la pólvora negra.
Los resultados de la cámara de combustión son análogos a los encontrados en la región adyacente a la recámara de un arma reglamentaria de la OTAN.
El cálculo del coeficiente de transferencia de calor para cada gas de combustion está basado en las propiedades químico-físicas de la mezcla, así como en su mecánica de flujo.
El recocido subcrítico en los aceros de alta resistencia estudiados resulta en materiales multifásicos con propiedades mecánicas del mismo orden de magnitud que las obtenidas por tratamientos convencionales. El ciclo de vida del recocido subcrítico es más favorable que el del tratamiento convencional debido a la reducción del tiempo y la temperatura de tratamiento, así como a la sustitución del medio de temple.
Los mecanismos principales de desgaste observados son desgaste adhesivo y térmico por fusión de material, siendo los efectos térmicos mucho más severos. Las propiedades mecánicas de los materiales examinados no influyen en el desgaste evaluado por este método.
Los experimentos en la cámara de combustión muestran resultados similares a los obtenidos del análisis de la región adyacente a la recámara de un arma reglamentaria de la OTAN.
El cálculo del coeficiente de transferencia de calor para las mezclas de gases formadas tras la combustión de explosivos confirma que el propelente más erosivo es a su vez el que presenta el mayor coeficiente de transferencia de calor.
