Caracterización mecánico-metalúrgica de la conformación en caliente del acero microaleado de medio carbono 38 MnSiVS5

Abstract

En el presente trabajo de investigación se estudia el comportamiento durante un proceso de termoconformado de un acero microaleado comercial de medio carbono. Debido a la persistente falta de tenacidad de estos aceros se hace especial hincapié en la evolución del tamaño de grano durante el proceso de conformado en caliente. Para ello se divide el estudio en dos partes diferenciadas. La primera estudia la evolución del tamaño de grano durante la etapa de recalentamiento o austenización. La segunda estudia la evolución del grano durante el proceso de deformación.<br/><br/>Durante la etapa de austenización se determina bajo que condiciones aparece crecimiento anormal de grano. Se determina la dependencia de la fracción de volumen de partículas precipitadas con la temperatura, y la velocidad de crecimiento de dichas partículas en función del tiempo y la temperatura. Finalmente se verifica el modelo teórico de control del tamaño de grano que explica mejor el comportamiento observado.<br/><br/>Puesto que el tamaño de grano recristalizado dinámicamente viene determinado por las condiciones de deformación se determinaron las ecuaciones constitutivas del comportamiento a fluencia del acero escogido. Partiendo de ecuaciones clásicas se desarrollan expresiones más generales que tienen en cuenta el estado microestructural de partida, especialmente el tamaño de grano inicial. Las ecuaciones constitutivas son de base física, y se comprueba la excelente bondad del modelo teórico con los resultados experimentales. Se verifica que el tamaño de grano recristalizado es más fino cuando la recristalización dinámica tiene lugar en presencia de partículas de segunda fase. Las ecuaciones desarrolladas permiten una sencilla implementación en un análisis por elementos finitos de cara a una posterior modelización y simulación de las mejores condiciones de deformación sobre piezas reales.

The behaviour during a thermomechanical forming process of a commercial medium carbon microalloyed steel is studied in this research work. Special focus on the grain size evolution during a heat forming process is done due to the persistently low toughnesses observed in this type of steel. The thesis is divided in two well differentiated parts. The first one studies the grain size evolution in the re-heating or austenitization step. The second one studies the grain size evolution during the forming process.<br/><br/>The conditions of abnormal grain growth appearance during the re-heating step are determined. The dependence of the volume fraction of particles on temperature is derived. The growing rate of particles is also determined as a function of temperature and time. Finally, the theoretical model of grain growth that offers the best fit to the experimental results is chosen.<br/><br/>The constitutive equations of the hot flow behaviour of the selected steel are derived because the dynamically recrystallized grain size depends on the forming conditions. Modified expressions are developed from classical equations to take account of the initial microstructural state, specially through the initial grain size. Constitutive equations are physic-based, and the excellent fit of the theoretical model adopted to the experimental flow curves is verified. It is also shown the effect of second phase particles in refining the dynamic recrystallized grain size. The developed expressions allow an easy implementation on a finite element analysis in order to effectuate simulations on industrial real workpieces.