Propiedades mecánicas y caracterización microestructural de uniones soldadas de aceros microaleados

M. C. MARINELLI; I. ESQUIVEL; F. DIAZ; O. ALBACHIARO; J. RENZI

Mar del Plata

Congreso; 20º Congreso Internacional de Materiales; 2022

Asociación Argentina de Materiales

Uno de los problemas que acarrea la industria automotriz, así como las industrias de maquinarias agrícolas y transporte pesado, es el peso de sus estructuras, provocando mayor consumo de combustible y mayor impacto medioambiental. Es por tal motivo que en los últimos años ha crecido el interés en la utilización de aceros más resistentes y ligeros como ser los aceros microaleados de alta resistencia, conocidos también como HSLA (Higth-Strength Low-Alloy). Estos aceros presentan bajo contenido en carbono con pequeñas cantidades de elementos aleantes que son adicionados para conferir al material mejores propiedades mecánicas en comparación con los aceros al carbono convencionales [1]. En un estudio reciente [2], utilizando simulación con elementos finitos, se modelizó el diseño de una estructura de acoplado utilizando dos aceros diferentes: SAE 1010 y MLC 420 (microaleado laminado en caliente) fabricados por Ternium Siderar SA. Se mostró que con los aceros microaleados es posible una reducción de peso del 35 % en chasis de acoplados. Recientemente, la empresa REMOLQUES OMBU SA radicada en la ciudad de Las Parejas, presentó un gran interés en que estos aceros puedan ser utilizados en el rediseño y desarrollo de nuevas unidades de semirremolques con mayor capacidad, reduciendo la tara de los equipos, sin perder resistencia y brindando seguridad en sus productos. Para tal fin, en trabajos previos [3,4] se estudiaron las propiedades mecánicas del acero microaleado MLC 420. Sin enbargo, se debe tener en cuenta que gran parte de las estructuras consideradas se unen mediante soldadura ya que es más rentable que procesos de fabricación alternativos. En tales casos, el cíclo térmico de la soldadura puede provocar cambios microestructurales que modifiquen las propiedades mecánicas originales del material empleado [5]. Algunos productos fragilizan en la zona afectada por el calor (ZAC) produciéndose microfisuras que propagan, estando la pieza en servicio, y podrían llevar a un colapso prematuro de la estructura. Por tal motivo, este trabajo se centra en la caracterización de las uniones soldadas de aceros MLC 420 y aceros convencionales como el SAE 1010, estudiando principalmente las características microestructurales y cómo influyen en las propiedades mecánicas como ser la dureza y la resistencia a la tracción. Para tal fin, se recibieron chapas soldadas a tope con chaflán doble de acero microaleado MLC 420 y chapas soldadas de acero MLC 420 con acero SAE 1010. El material de aporte utilizado para la soldadura consistió de un alambre sólido ER70S6 y el tipo de soldadura empleado MIG/MAG (GMAW). La metodología empleada consistió en un análisis de las diferentes zonas en la soldadura mediante un estudio metalográfico y mediciones de tensiones residuales, determinación de microdurezas en cada zona y análisis de la respuesta a tracción. En el caso de las uniones soldadas de acero MLC 420, se estudió la influencia de la dirección de laminación frente a las propiedades en tracción. Para ello se consideraron 3 arreglos diferentes según la dirección de laminación de la chapa: LL, LT y TT, siendo L la dirección de laminación y T la dirección transversal. De los resultados se destaca que las chapas de acero MLC 420 soldadas tienen una resistencia a la tracción de aproximadamente 500 MPa, un poco menor a la resistencia mecánica del material base, y una deformación a rotura de aproximadamente 25% (Figura 1a). Cabe mencionar que los resultados en el comportamiento a tracción no presentan diferencias importantes en lo que respecta a la dirección de laminación de las chapas. La zona de estricción y rotura se presentó en el material base donde se concentraron fisuras críticas que llevaron al colapso de la muestra. Con respecto a la microestructura se observaron granos de ferrita equiaxiados distribuidos aleatoriamente con pequeñas islas de perlita. El material de soldadura presenta granos columnares formados por láminas de ferrita acicular con presencia de pequeños carburos y vestigios de perlita, además se observa ferrita proeutectoide en bordes de grano. La ZAC presenta granos poligonales de ferrita proeutectoide y perlita laminar en los bordes de granos. No se observaron cambios bruscos en la dureza.Referente a la soldadura entre aceros SAE1010 y MLC 420, los resultados del ensayo de tracción mostraron que la deformación se produce mayoritariamente en el acero SAE 1010, alcanzando una tensión máxima de 360 MPa aproximadamente y un porcentaje de deformación a rotura del 18% como puede observarse en la Figura 1b. La estricción y la rotura final se dan en la zona del material correspondiente al SAE1010. Con respecto al perfil de dureza se encontró mayor diferencia entre la soldadura y el material base SAE1010 que entre la soldadura y el material MLC 420.Por lo tanto, de los resultados presentados se puede concluir que los aceros microaleados soldadosconservan la resistencia mecánica del material base y en el caso de soldaduras mixtas la resistencia corresponde con la del material más blando, mientras que la eloganción disminuye notablemente.