Determinación de las propiedades elasticas efectivas de una fundicion nodular ferritica mediante técnicas de homogenización computacional.

DIEGO O. FERNANDINO; ADRIÁN P.CISILINO; ROBERTO E. BOERI

Bariloche

Congreso; XXI Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones; 2014

Asociación Argentina de Mecánica Computacional

La fundición de hierro con grafito esferoidal (FGE) es un material compuesto por nódulos de grafito embebidos en una matriz metálica, para la cual el total de las propiedades resultantes a nivel macroscópico podrían ser predichas mediante un análisis micromecánico. Para llevar adelante este cálculo resulta necesario determinar con una adecuada precisión la influencia de las heterogeneidades presentes en el material, como pueden ser diversos microconstituyentes o las diversas zonas microsegregadas típicas del producto colado, (las cuales suelen presentar defectos y heterogeneidades químicas notables) apreciables mediante técnicas de ataque metalográfico con reactivo color (sensible a la microsegregación). A su vez, a pesar de que las FGE han sido desarrolladas desde 1948, el número de trabajos que analizan la posibilidad de predecir adecuadamente la respuesta constitutiva macroscópica desde un punto de vista computacional, tanto como las interacciones constitutivas y los efectos geométricos relacionados, hoy día siguen siendo muy limitados. En este contexto, este trabajo tiene por objetivo determinar las propiedades elásticas efectivas de una FGE ferrítica, mediante técnicas de homogenización computacional. Para ello, se identificaron las zonas microsegregadas mediante la utilización de un ataque metalográfico con reactivo color. Se caracterizó la respuesta elástica de cada zona identificada mediante ensayos de microindentación instrumentada siguiendo el método Oliver Pharr. Se obtuvo modulo de Young en cada zona identificada. Posteriormente, en el contexto del método de elementos finitos (MEF) y codificado en MATLAB, se implemento la homogenización utilizando condiciones de contorno periódicas. Las geometrías del modelo se generaron automáticamente a partir de micrografías obtenidas en diversas zonas del material, asi como también la determinación del elemento de volumen representativo (RVE). Los modelos se discretizaron utilizando elementos lineales regulares. Los detalles de implementación se pueden encontrar en Barbero (2008). Las propiedades del material homogenizado se compararon con las obtenidas en un ensayo de tracción de una FGE ferrítica de la misma colada. Los resultados permitieron identificar el comportamiento elástico de las zonas indentadas, determinar el tamaño de RVE óptimo para este tipo de FGE y caracterizar la respuesta elástica del material homogenizado, el cual coincidió, con razonable aproximación, con el valor obtenido mediante ensayos experimentales.