Soldadura por difusión mediante una fase líquida transitoria de aceros inoxidables austeníticos

DI LUOZZO N.; GIMMI F.; FONTANA M.

Bahía Blanca

Congreso; Reunión de la Asociación Física Argentina; 2023

Asociación Física Argentina

El proceso de soldadura por difusión mediante una fase líquida transitoria (transient liquid phase bonding, TLPB) se caracteriza por la utilización de una fina lámina como material de aporte - que se coloca entre las piezas a soldar - e involucra: la fusión del material de aporte y la solidificación isotérmica de la fase líquida. Las soldaduras TLPB se llevan a cabo colocando entre las piezas el material de aporte - con un punto de fusión (Ta) inferior al del metal base (Tb). El conjunto es calentado, con la aplicación de presión P, a la temperatura de proceso Tp, intermedia entre Ta y Tb (Ta < Tp < Tb). Durante el tiempo de permanencia del conjunto a Tp (tp), una rápida interdifusión de los elementos aleantes ocurre entre la lámina, ya líquida, y el metal base. Este proceso difusivo produce un cambio en la composición química en la brecha líquida, lo que ocasiona su solidificación y por consiguiente la soldadura entre ambas piezas. Con una apropiada selección de las condiciones de presión y temperatura, es posible solidificar la totalidad de la brecha líquida isotérmicamente.Utilizando acero al carbono como metal base y cintas metálicas amorfas de base Fe y base Ni, y láminas Cu - se determinó una ventana de trabajo para las variables de proceso (P, Tp, tp) que permitieron obtener soldaduras cuya microestructura en la juntura no cuenta con la presencia de fases secundarias - en particular, intermetálicos, generalmente frágiles. A su vez, y en relación con las propiedades mecánicas, en ensayos de tracción la falla se produjo fuera de la juntura, mientras que en ensayos de flexión las probetas alcanzaron un ángulo de flexión de 180 ºC, sin observarse defectos en la fibra exterior de las mismas.Con todo lo anterior, se comenzó con el estudio de soldaduras TLPB de aceros inoxidables austeníticos Grado 304L como metal base, utilizando como material de aporte cintas metálicas amorfas Metglas SA1 (Fe-5Si-3B, wt. %).En esta primera etapa, se estudió la microestructura de las soldaduras, tanto de la juntura como del material base.En relación con las variables de proceso, las Tp utilizadas fueron de 1225, 1250, 1275 y 1300 ºC, mientras que las P utilizadas fueron de 3, 4, 5, 7 y 10 MPa. En todos los casos, tp fue de 11 min para permitir al B y al Si del material de aporte difundir dentro del metal base. Tanto en el metal base como en la juntura, en todos los casos se pudo distinguir - además de la austenita - la formación de ferrita delta y de precipitados. Estos últimos pueden ser carburos - que se forman a partir del C del metal base, o boruros - a partir del B del material de aporte.En el caso particular de la microestructura de la juntura, se pudo determinar dos casos extremos. Para una Tp de 1225 ºC y P de 3 MPa se observó la mayor cantidad de precipitados, mientras que para una Tp de 1300 ºC y P de 7 MPa se observa la formación de ferrita delta de forma prácticamente continua a lo largo de todo el semiespesor de la juntura.Desde un punto de vista macroscópico, otro caso extremo detectado fue para una Tp de 1275 ºC y P de 10 MPa, donde se produjo una deformación macroscópica de la juntura tal que puede dar lugar a la formación de un concentrador de tensiones. Por lo tanto, se considera que - a excepción de los casos extremos anteriormente mencionados - existe una amplia ventana de variables de proceso para las cuales, si bien no fue posible obtener una microestructura completamente austenítica, tanto en la juntura como en el metal base se obtiene como fase secundaria una solución sólida - ferrita delta - en una fracción baja, y en una fracción todavía mucho menor precipitados en forma de carburos y/o boruros.