Comportamiento Mecánico de Aceros Sinterizados de Alta Densidad

• Autores: Jorge Luis Bris Cabrera
• Directores de la Tesis: Luis Miguel Llanes Pitarch (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2007
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Marcos Juan Anglada Gomila (presid.), Antonio Manuel Mateo García (secret.), Vicente Amigó Borrás (voc.), José Antonio Calero Martínez (voc.), Elena Gordo Odériz (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Mecánica
      • Medida de propiedades mecánicas
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología metalúrgica
      • Pulvimetalurgia
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • La producción de componentes sinterizados para aplicaciones estructurales ha mostrado un marcado desarrollo en los últimos años. La competitividad de las piezas pulvimetalúrgicas exige obtener componentes de mayores prestaciones a costes razonables. Es ampliamente conocido que uno de los métodos más eficaces para mejorar la respuesta mecánica de los materiales sinterizados consiste en reducir su porosidad. En este trabajo se estudia el comportamiento mecánico de un acero sinterizado de composición química Fe-4,0Ni-1,5Cu-0,5Mo-0,5C en el rango de alta densidad (de 7,2 a 7,5 g/cm3). Para obtener estos niveles de densificación se emplean diferentes rutas de procesamiento que incluyen: compactación en frío, compactación de polvos precalentados, compactación simple y doble, sinterizado a diferentes temperaturas, y tratamientos secundarios.Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el nivel de densidad deseado en una pieza pulvimetalúrgica se puede controlar con la variación en las condiciones de procesamiento. Los niveles más altos de densidad se han obtenido combinando el precalentamiento de los polvos con la doble compactación y doble sinterización.El aumento en densidad conduce a una mejora de todas las propiedades mecánicas independientemente de la ruta de procesamiento a través de la cual se fabrica la pieza. Esta correlación se puede racionalizar teniendo en cuenta que al introducir poros en el material, la resistencia mecánica del material no sólo está afectada por la reducción del área efectiva resistente sino por la concentración de tensiones y la deformación plástica localizada en los cuellos. En este contexto, de cara a mejorar la resistencia mecánica del material, se concluye que es deseable tener poros de menor tamaño, con mayor espaciamiento entre sí, y con geometría mas redondeada.La presencia de deformación plástica localizada evidenciada en las superficies de fractura de los materiales estudiados permite explicar la correlación positiva encontrada entre la tenacidad de fractura y el límite elástico; comportamiento contrario al de los materiales macizos en los cuales el aumento de la resistencia mecánica usualmente se asocia a una fragilización del material y por tanto a una reducción en su tenacidad.El estudio del comportamiento mecánico bajo cargas cíclicas ha permitido establecer que el fallo por fatiga se inicia con la nucleación de microfisuras a partir de los poros más grandes e irregulares, donde la concentración de tensiones es mayor. Posteriormente, la deformación plástica localizada promueve que la grieta se extienda a través de las interfases microestructurales. La heterogeneidad de la microestructura provoca el continuo cambio de orientación de la grieta durante su propagación, y por tanto se presenta como uno de los aspectos que más beneficios aporta a la resistencia en fatiga de los aceros sinterizados aquí estudiados.La velocidad de propagación de fisuras por fatiga experimenta un aumento apreciable cuando la densidad disminuye, mientras que el umbral de propagación de grietas grandes no presenta cambios significativos con la densidad. No obstante, se ha podido comprobar que es posible la nucleación y crecimiento de fisuras a partir de poros cuyo tamaño es inferior al tamaño crítico mínimo establecido por el umbral de grietas grandes. Por tanto, se concluye que cualquier cálculo realizado teniendo en cuenta los resultados del estudio de fisuras grandes arrojaría resultados poco fiables.Finalmente, el estudio del comportamiento a fatiga también ha permitido establecer que la sensibilidad a la presencia de entallas permanece relativamente constante en el intervalo de densidad evaluado y su valor es bastante bajo comparado al que exhiben aceros macizos de aplicación estructural con prestaciones equivalentes, lo cual constituye una característica atractiva de los aceros sinterizados de alta densidad en piezas sometidas a solicitaciones cíclicas.