Aceros bainíticos y la influencia del boro sobre sus propiedades mecánicas – revisión bibliográfica

En las últimas décadas se han hecho im- portantes desarrollos en equipos industriales de ca- lentamiento y enfriamiento como hornos y muflas, entre otros, que los hacen muy estables y permiten hacer incrementos y decrementos de temperatura de una forma muy controlada y precisa; por esto se ha permitido hacer estudios sobre materiales que nece- sitan de ciertos parámetros para adquirirlos, median- te procesos térmicos y mecánicos combinados como es el caso de los aceros bainíticos. Hoy se investi- ga sobre este tipo de aceros, variándole porcentajes de aleantes como lo es el boro y observar cómo va- rían sus propiedades mecánicas con cada cambio, lo que permite caracterizarlos y dar una fuerte base a las industrias para que utilicen nuevos materiales que tengan menos procesos de fabricación, para que sean más económicos y menos hostiles con el medio ambiente. En el presente artículo se caracteriza la microestructura bainitica y se tienen en cuenta los cambios de distintas propiedades que son de suma relevancia industrial respecto al cambio de la canti- dad de Boro presente, algunas de estas propiedades son el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo último a la ten- sión, la deformación de ingeniería cuando estos ma- teriales son sometidos a tensión y una comparación con los aceros perliticos, los cuales representan una parte importante de aplicaciones industriales

Influence of boron content on the fracture toughness and fatigue crack propagation kinetics of bainitic steels

The relatively good combination of high strength and ductility makes bainitic steels a candidate to replace many other steels in industrial applications. However, in service, ductility and strength are not up to standard requirements. In many industrial components, toughness and fatigue performance are also very relevant. In the present study, bainitic steels with varying content of boron were fabricated, with the aim of analyzing the fracture toughness and changes in the fatigue life. The results show that a relatively small change in the boron content can cause a notable variation in the fracture toughness of bainitic steels. The maximum value obtained in fracture toughness was for the steel with the highest boron content. It was observed that the amount of interlath martensite constituents decreases in steels with the addition of boron, leading to the promotion of the presence of void coalescence and a remarkable rise in the toughness of bainitic steels. An increase on the fatigue life of the bainitic steels with an increase in the boron content was also observed, through analysis by means of Paris’ law. A comprehensive micrographic study was carried out in order to examine the mechanics of fatigue crack growth in the bainitic steels, revealing small longitudinal cracks in bainitic steels that lack boron. These cracks tend to disappear in bainitic steels that contain boron. To elucidate this behavior, micrographs of the surfaces generated by the crack growth process were taken, showing that several nano-cracks appeared between the bainite laths. It is finally argued that this high-energy consumption process of nano-crack nucleation and growth is the reason for the improved toughness and fatigue life observed in bainitic steels.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Influencia del boro en las propiedades mecánicas de aceros bainíticos avanzados

Durante los últimos años se han hecho importantes avances en el área de la metalurgia, dando resultados con tendencia general a remplazar antiguos materiales por otros más resistentes, con menor número de procesos para su obtención y que sean económicamente factibles a la hora de utilizarlos en aplicaciones industriales de gran volumen; este es el caso de los aceros bainíticos, a los cuales en distintos estudios se les ha cambiado el porcentaje de ciertos aleantes y han sido medidos los cambios en distintas propiedades de interés para el desarrollo tecnológico. En el presente trabajo se sigue con esta línea de investigación, presentando los desarrollos teóricos, desarrollos experimentales y los resultados de ensayos de tenacidad sobre una composición base utilizada en varios trabajos de investigadores y con la cual se ha obtenido aceros bainíticos libres de carburos, a la cual se le añadieron distintas partes por millón de Boro para observar si se generaba algún cambio. Esta tesis muestra en un principio cómo se realizó la aleación para obtener la composición deseada, pasando por un tratamiento termomecánico para obtener la microestructura bainítica, los parámetros y el ensayo de integral J realizado para conocer la tenacidad a la fractura de estos materiales y después la toma de fotografías con microscopía electrónica por barrido (SEM) para caracterizar los mecanismos de fractura presentados. A su vez se estudia la propagación de grieta, obteniendo las constantes de la ley de Paris para los aceros fabricados y concluyendo cual tiende a tener un mejor comportamiento a la fatiga con un análisis fractográfico de los aceros.Abstract For the last years, there have been made many important develops in the metallurgic area, results show a tendency to replace common metallic materials for high toughest materials, with less manufacturing processes for their obtaining, and cheaper than conventional steels used in a high volume industrial application; This is the case of the bainitic steels, investigators change chemical composition of bainitic steels and characterize different mechanical properties, analyzing if different chemical composition changes mechanical properties, making bainitic steels useful for technologic develop in different industries. In this work investigator was based in a chemical composition used by other investigators to obtain bainitic steels, but he changed parts per million of Boron, to analyze if those changes generates any difference in fracture toughness; after that he postulate a theoretical behavior of toughness in bainitic steels, dependent of parts per million of Boron in chemical composition of bainitic steels. This thesis shows how the investigator obtain the alloy defining parameters of the chemical composition, after that he makes the steels thermomechanical treatment to change the steels principal microstructure to bainite, characterized by SEM (scanning electron microscope) micrographs. According to ASTM 1820-11 [47] J-Integral test where made in the bainitic steels to obtain their toughness, describing how it changes with parts per million of boron in their chemical composition. Simultaneously, crack propagation where studied and again micrographs were taken by scanning electron microscope (SEM) to get the characterization of the fracture mechanisms of those materials and parameters to identify their fatigue behavior.Maestrí

Aceros bainíticos y la influencia del boro sobre sus propiedades mecánicas – revisión bibliográfica

En las últimas décadas se han hecho im- portantes desarrollos en equipos industriales de ca- lentamiento y enfriamiento como hornos y muflas, entre otros, que los hacen muy estables y permiten hacer incrementos y decrementos de temperatura de una forma muy controlada y precisa; por esto se ha permitido hacer estudios sobre materiales que nece- sitan de ciertos parámetros para adquirirlos, median- te procesos térmicos y mecánicos combinados como es el caso de los aceros bainíticos. Hoy se investi- ga sobre este tipo de aceros, variándole porcentajes de aleantes como lo es el boro y observar cómo va- rían sus propiedades mecánicas con cada cambio, lo que permite caracterizarlos y dar una fuerte base a las industrias para que utilicen nuevos materiales que tengan menos procesos de fabricación, para que sean más económicos y menos hostiles con el medio ambiente. En el presente artículo se caracteriza la microestructura bainitica y se tienen en cuenta los cambios de distintas propiedades que son de suma relevancia industrial respecto al cambio de la canti- dad de Boro presente, algunas de estas propiedades son el esfuerzo de fluencia, el esfuerzo último a la ten- sión, la deformación de ingeniería cuando estos ma- teriales son sometidos a tensión y una comparación con los aceros perliticos, los cuales representan una parte importante de aplicaciones industriales

Influence of boron content on the fracture toughness and fatigue crack propagation kinetics of bainitic steels

The relatively good combination of high strength and ductility makes bainitic steels a candidate to replace many other steels in industrial applications. However, in service, ductility and strength are not up to standard requirements. In many industrial components, toughness and fatigue performance are also very relevant. In the present study, bainitic steels with varying content of boron were fabricated, with the aim of analyzing the fracture toughness and changes in the fatigue life. The results show that a relatively small change in the boron content can cause a notable variation in the fracture toughness of bainitic steels. The maximum value obtained in fracture toughness was for the steel with the highest boron content. It was observed that the amount of interlath martensite constituents decreases in steels with the addition of boron, leading to the promotion of the presence of void coalescence and a remarkable rise in the toughness of bainitic steels. An increase on the fatigue life of the bainitic steels with an increase in the boron content was also observed, through analysis by means of Paris’ law. A comprehensive micrographic study was carried out in order to examine the mechanics of fatigue crack growth in the bainitic steels, revealing small longitudinal cracks in bainitic steels that lack boron. These cracks tend to disappear in bainitic steels that contain boron. To elucidate this behavior, micrographs of the surfaces generated by the crack growth process were taken, showing that several nano-cracks appeared between the bainite laths. It is finally argued that this high-energy consumption process of nano-crack nucleation and growth is the reason for the improved toughness and fatigue life observed in bainitic steels.Peer Reviewe